AGC (control automático de ganancia)
El requisito fundamental que se exige a cualquier cámara de vigilancia es que pueda captar con nitidez imágenes de momentos críticos. Aquellas escenas que sean de especial interés deberán grabarse con un nivel de brillo adecuado (ni demasiado oscuras, ni demasiado brillantes).
La función de control automático de ganancia (AGC), incorporada en la mayoría de las cámaras de vigilancia de Sony, permite captar imágenes de gran nitidez incluso bajo condiciones lumínicas insuficientes. En aquellas situaciones en las que resulta imposible captar suficiente luz incluso con el iris del objetivo completamente abierto, la función AGC de la cámara amplifica electrónicamente la señal de vídeo, con lo que se incrementa y optimiza el brillo de las imágenes.
Otra de las situaciones en las que la aplicación de la función AGC resulta efectiva es en aquellas áreas donde es imposible controlar el iris del objetivo. Por lo general, las cámaras remotas disponen de una función de iris automático o control remoto del iris, lo que permite mantener una exposición correcta. Sin embargo, cuando no se encuentran disponibles dichas funciones de control del iris del objetivo, la función AGC puede ayudarnos a conseguir el brillo de imagen correcto. Esto permite utilizar objetivos de iris manual de bajo coste, y en general, sistemas más económicos.
Control automático de ganancia es un sistema adaptativo que se encuentra en muchos dispositivos electrónicos. El nivel de señal de salida media se alimenta de nuevo para ajustar la ganancia a un nivel adecuado para una amplia gama de niveles de señal de entrada. Por ejemplo, sin AGC el sonido emitido desde un receptor de radio AM podría variar en una medida extrema de una débil para una señal fuerte, el AGC reduce de manera efectiva el volumen si la señal es fuerte y lo levanta cuando es más débil.
Ejemplos de casos de uso
Receptores de AM de radio
En 1925, Harold Alden Wheeler inventó el control automático de volumen y obtuvo una patente. Karl Kpfmller publicó un análisis de los sistemas de AGC en 1928. A principios de la década de 1930 prácticamente todos los receptores de radiodifusión que incluyen control de volumen automático.
AGC es una desviación de la linealidad en los receptores de radio AM. Sin AGC, una radio AM tendría una relación lineal entre la amplitud de la señal y la forma de onda de sonido - la amplitud del sonido, que se correlaciona con la intensidad, es proporcional a la amplitud de la señal de radio, debido a que el contenido de información de la señal se realiza por los cambios de amplitud de la onda portadora. Si el circuito no eran bastante lineal, la señal modulada no se pudo recuperar con fidelidad razonable. Sin embargo, la fuerza de la señal recibida variará ampliamente, dependiendo de la potencia y la distancia del transmisor, y la ruta de atenuación de la señal. El circuito AGC mantiene el nivel de salida del receptor de fluctuación demasiado mediante la detección de la fuerza total de la señal y el ajuste automático de la ganancia del receptor para mantener un nivel de salida promedio de aproximadamente constante. Para una señal muy débil, el AGC no tiene ningún efecto, lo que permite que el receptor funcione a su máxima ganancia; como se incrementa la señal, el AGC reduce la ganancia.
Por lo general, es desventajoso para reducir la ganancia del extremo frontal de RF del receptor de señales más débiles como baja ganancia puede empeorar la relación señal a ruido y el bloqueo, por lo tanto, muchos diseños de reducir la ganancia sólo para señales más fuertes.
Dado que el detector de diodo AM produce una tensión de CC proporcional a la potencia de la señal, este voltaje puede ser alimentado de nuevo a las etapas anteriores del receptor para reducir la ganancia. Se requiere una red de filtro de modo que los componentes de audio de la señal no influyen sensiblemente ganancia, lo que impide "aumento de modulación" que aumenta la profundidad de modulación efectiva de la señal, lo que distorsiona el sonido. Receptores de comunicaciones pueden tener sistemas de AVC más complejos, incluyendo las etapas adicionales de amplificación, diodos detector AGC separados, diferentes constantes de tiempo para la difusión y bandas de onda corta, y la aplicación de diferentes niveles de tensión de AGC a diferentes etapas del receptor para evitar la distorsión y modulación cruzada. Diseño del sistema AVC tiene un gran efecto en la capacidad de uso del receptor, las características de ajuste, la fidelidad de audio, y el comportamiento en caso de sobrecarga y las señales fuertes.
Los receptores de FM, a pesar de que incorporan etapas limitador y detectores que son relativamente insensibles a las variaciones de amplitud, aún se benefician de AGC para evitar la sobrecarga en las señales fuertes.
Radar
Una solicitud relacionada de AGC es en los sistemas de radar, como un método de superación de los ecos de suelo no deseados. Este método se basa en el hecho de que los rendimientos de desorden mucho más numerosos que los ecos de los objetivos de interés. La ganancia del receptor se ajusta automáticamente para mantener un nivel constante de desorden visible en general. Si bien esto no ayuda detectar blancos enmascarados por mayor desorden circundante, ayuda a distinguir fuentes intensas de destino. En el pasado, el radar AGC se controla electrónicamente y afectó a la ganancia de todo el receptor de radar. Como los radares evolucionaron, AGC se convirtió en software de computadora controlada, y afectó la ganancia con mayor granularidad, en las células de detección específicos.
De audio/vídeo
Una cinta de audio genera una cierta cantidad de ruido. Si el nivel de la señal en la cinta es baja, el ruido es más prominente, es decir, la relación señal a ruido es menor de lo que podría ser. Para producir la grabación menos ruidoso, el nivel de grabación debería estar lo más alto posible sin ser tan alto como para recortar o seriamente distorsionar la señal. En profesional de grabación de alta fidelidad el nivel se ajusta manualmente utilizando un medidor de nivel de lectura. Si de alta fidelidad no es un requisito, un nivel de grabación adecuado puede ser establecido por un circuito de AGC que reduce la ganancia medida que aumenta el nivel de la señal promedio. Esto permite una grabación utilizable a hacerse incluso para el habla a cierta distancia del micrófono de una grabadora de audio. Consideraciones similares se aplican con reproductor de vídeo.
Una desventaja potencial de la AGC es que al grabar algo como la música con pasos silenciosos y fuertes como la música clásica, el AGC tenderá a hacer que los pasajes silenciosos más fuerte y las partes ruidosas más silenciosas, la compresión de la gama dinámica, el resultado puede ser un musical reducida si la calidad de la señal no se vuelve a expandir cuando se juega, como en un sistema de compresión-expansión.
La mayoría de carrete a carrete grabadoras y reproductores de cinta tienen circuitos AGC. Los que se utilizan para la alta fidelidad de permitir que sea anulado manualmente.
La mayoría de los circuitos VCR usan la amplitud del impulso de borrado vertical para operar el AGC. Sistemas de control de copias de vídeo como Macrovision explotar esto, la inserción de los picos en el pulso que será ignorado por la mayoría de los televisores, pero causan AGC del VCR a sobrecorregir y corromper la grabación.
Vogad
Un dispositivo de ajuste de ganancia operado por la voz o el volumen que funciona con dispositivo de ajuste de ganancia es un tipo de AGC o compresor para la amplificación del micrófono. Se utiliza por lo general en transmisores de radio para evitar la sobremodulación y para reducir el rango dinámico de la señal que permite aumentar la potencia transmitida media. En telefonía, este dispositivo tiene una amplia variedad de amplitudes de entrada y produce una amplitud de salida generalmente consistente.
En su forma más simple, un limitador puede consistir en un par de volver a sujetar de nuevo diodos de derivación, que simplemente el exceso de amplitud de la señal para conectar a tierra cuando se supera el umbral de conducción del diodo. Este enfoque será simplemente recortar la parte superior de grandes señales, que conduce a altos niveles de distorsión.
Mientras recorte limitadores se utilizan a menudo como una forma de protección de último recurso contra la sobremodulación, un circuito vogad bien diseñado controla activamente la cantidad de ganancia para optimizar la profundidad de modulación en tiempo real. Además de prevenir la sobremodulación, aumenta el nivel de las señales de calma para que undermodulation también se evita. Undermodulation puede conducir a una mala penetración de la señal en condiciones de ruido, por lo tanto vogad es particularmente importante para las aplicaciones de voz, tales como radioteléfonos.
Un buen circuito vogad debe tener un tiempo de ataque muy rápido, por lo que una señal inicial de voz no causa un repentino estallido de modulación excesiva. En la práctica, el tiempo de ataque será de unos pocos milisegundos, por lo que un recorte limitador está todavía a veces se necesita para captar la señal en estos picos cortos. Un tiempo de decaimiento mucho más tiempo se emplea generalmente, por lo que la ganancia no consigue impulsado demasiado rápido durante las pausas de la normal en el habla natural. Demasiado poco tiempo la decadencia conduce al fenómeno de la "respiración", donde el nivel de ruido de fondo Obtiene potenciado en cada hueco en el discurso. Circuitos Vogad normalmente se ajustan de manera que a bajos niveles de entrada de la señal no está totalmente impulsada, sino que siguen una curva de impulso lineal. Esto funciona bien con los micrófonos de cancelación de ruido.
Grabación del teléfono
Dispositivos para grabar ambos lados de una conversación telefónica deben registrar tanto la señal de relativamente grande desde el usuario local y la señal mucho más pequeño desde el usuario remoto a loudnesses comparables. Algunos dispositivos de grabación telefónica incorporan control automático de ganancia para producir grabaciones de calidad aceptable.
Biológico
Como es el caso con muchos conceptos que se encuentran en la ingeniería, control automático de ganancia también se encuentra en los sistemas biológicos, especialmente los sistemas sensoriales. Por ejemplo, en el sistema visual de vertebrados, la dinámica del calcio en los fotorreceptores de la retina ajustar la ganancia para adaptarse a los niveles de luz. Más adelante, en el sistema visual, se cree que las células en V1 para inhibir mutuamente, haciendo que la normalización de las respuestas de contraste, una forma de control automático de ganancia. Del mismo modo, en el sistema auditivo, las neuronas eferentes olivococlear son parte de un bucle de control de ganancia de bio-mecánica.
CONTROL AUTOMATICO DE VOLUMEN
En realidad hay que analizar detalladamente lo que esto hace, pero desde un tiempo atrás, cuando los televisores y radios no traían control remoto., uno tenia que levantarse para bajar o subir el volumen del aparato.
Pero, ahora que tenemos el control remoto y podemos (por ejemplo) alterar el volumen sin siguiera levantarnos, tampoco alcanza. Pasa que uno se mete en la cama, se abriga todo, mete los brazos adentro, se acurruca y disfruta de un programa cualquiera. No se, podemos citar un caso: Crónica TV, cantando los números de la lotería. Esos chicos y chicas de la lotería, que hablan tan parejo, suave, calmado, da gusto escucharlos incluso cuando uno no jugo ni un peso. Y de repente aparecen los carteles rojos "MACABRO MORBOSO ESPECTACULAR: MATAN A TAXISTA AHORCÁNDOLO CON EL PIOLÍN DE SU PROPIO ZAPATO... ES PRIMICIA DE CRÓNICA TV... EN INSTANTE LAS IMÁGENES SIN EDITAR". Hasta ahí todo bien, pero como no parece alcanzarles con semejante sensacionalismo por vídeo usan el audio: ponen unas trompetas, trombones, platillos y quien sabe cuanta cosa mas a todo volumen, además del locutor que grita por los cuatro costados contando como es que acogotaron al taxista. Entonces uno tiene que resignarse, sacar los brazos afuera de la cama y bajar el volumen haciéndolo chupar frío al cuete. Es cierto que el control remoto TENDRÍA que poder funcionan debajo de las colchas y sábanas, pero no funciona y no es solución el hacerle agujeritos a las cobijas para que la señal pueda pasar, hay que hacer algo que funcione y que en lo posible sea automático. En consecuencia desarrollamos este proyecto. Un control automático de volumen para TV y radio. Ajusta el nivel a un punto fijo. Si está bajo lo sube, si está alto lo baja (que deducción mas boluda, no?).
Basándonos en un integrado desarrollado para grabadores de cassette, el cual incluye en su pastilla circuitos de control automático de nivel, hicimos un equipo capaz de nivelar una señal de audio sin importar su nivel original. En otras palabras controla el volumen por nosotros y a nuestro gusto.
Como ven, el circuito es por demás simple y se reduce a un puñado de componentes pasivos, además del circuito integrado.
Por mas que tenga un televisor, radio o vídeo grabadora mono le recomendamos armar las dos etapas porque el día de mañana puede tener un equipo estéreo y no va a ponerse a soldar de nuevo. Además, lo que puede economizar armando un solo canal es insignificante.
La alimentación puede ser cualquier tensión continua de entre 6 y 12 voltios, y no necesariamente estabilizada. Lo que es importante es que esté bien filtrada, para evitar ruidos de alterna en el audio.
Sabemos que este sistema funciona porque actualmente lo tengo en casa, pero no tenemos la placa de circuito impreso porque no me digné a hacerla (tengo todo en protoboard, que tipo vago). Si alguien la hace y tiene ganas, por favor mandarla por mail. Gracias.
Este dispositivo es ideal para ser intercalado entre la vídeo y el TV por medio de los conectores de AV. También es adecuado para ponerlo entre en sintonizador y el amplificador de una cadena de audio. En el caso de colocarlo dentro de algún equipo o TV tener precaución con las vías de audio, porque en algunos equipos éstas pueden tener DC dando vueltas por ahí y pueden hacer macanas. Si lo ponen en un circuito a modificar, controlar de no ponerlo después del control de volumen, para evitar que este mando quede inutilizado.
CONTROL AUTOMATICO DE NIVEL
1.- INTRODUCCIÓN.
Cuando asistimos a un concierto de música clásica, observamos que la intensidad del sonido varía de unos pasajes a otros. El director de la orquesta indica a los músicos cuando deben intensificar el sonido de sus instrumentos y cuando deben atenuarlo. Esta variación de intensidad del sonido se llama "dinámica". Cuando se graba en una cinta o en un CD un concierto de música clásica se pierde algo de la "dinámica" debido a las características de grabación y reproducción de los diferentes soportes.
Por otro lado, la música moderna suena casi siempre con el mismo volumen, normalmente muy alto. Basta entrar en una discoteca para observar el elevado y constante volumen de la música. También podemos ver de vez en cuando algunos automóviles con las ventanillas bajadas y un volumen de música (¿?) ciertamente elevado. Parece como si el coche fuese dando saltos. En estos casos, la "dinámica" es muy baja, pues, como ya se ha indicado, la intensidad del sonido es siempre la misma.
Hay ocasiones en que una excesiva "dinámica" no es conveniente, ya que esto nos obliga a estar ajustando continuamente el volumen de audición. Un ejemplo de esta situación puede ser cuando estamos viendo en la televisión una película policiaca o de vaqueros. A una escena donde el héroe susurra tiernas palabras a su amada, puede seguir otra donde los malos y los buenos se disparan mutuamente, con el consiguiente aumento de volumen sonoro, lo que nos obliga a actuar sobre el mando a distancia, sobre todo si hay niños durmiendo. Así mismo, los bloques de anuncios intercalados en los distintos programas suelen tener un volumen más elevado.
En estas ocasiones, sería deseable un dispositivo que mantuviese el volumen del sonido más constante. Un circuito de estas características debe tener un "Control Automático de Nivel, (Automatic Level Control, ALC)", para mantener el volumen de salida lo más uniforme posible a pesar de las variaciones en la señal de entrada.
2.- DESCRIPCIÓN.
Para conseguir esta uniformidad en el nivel sonoro, se puede utilizar el circuito integrado TDA7284. Este es un integrado desarrollado para grabadores de casete, el cual incluye en su pastilla circuitos de control automático de nivel. El integrado dispone de dos circuitos iguales, lo que hace posible su utilización en montajes estereofónicos.
El esquema interno del integrado TDA7284 lo podemos ver en la figura número uno. Está compuesto por dos amplificadores operacionales, uno para cada canal y un circuito para mantener el nivel de salida constante. Así mismo el integrado incorpora unos interruptores electrónicos que no serán de utilidad para nuestro propósito, pero que se pueden utilizar para otras funciones, como por ejemplo, el cambio de ecualización en un grabador de cassettes según el tipo de cinta utilizado.
En la figura número dos podemos ver el esquema simplificado del circuito de control automático de volumen. Este circuito consiste en un amplificador operacional, cuya ganancia viene determinada por las resistencias R2 y R3. La señal de salida es rectificada por los diodos D1 y D2 y la tensión continua resultante se aplica al circuito "T" que controlará las condiciones del amplificador de entrada mediante el elemento "Rd". De esta forma, a un incremento de la señal de entrada le seguirá una disminución de la ganancia total del sistema, y a una disminución de la señal de entrada le seguirá un aumento de la ganancia total del circuito, manteniendo la señal de salida constante para variaciones de la señal de entrada.
Supongamos que en un determinado momento "t0", la señal de entrada "Vi" sufre un incremento instantáneo, como se puede ver en la figura número tres. Normalmente este aumento de la señal de entrada lleva al amplificador de entrada a saturación y el tiempo que dura esta condición se llama tiempo de limitación "tl".
El tiempo "tl" depende principalmente de la constante de tiempo "R1-C2", la tensión de alimentación y la señal de entrada. El criterio para elegir la longitud de "tl" es el resultado de varios compromisos. Si "tl" es demasiado largo la señal de salida se oirá con distorsión ya que durante este tiempo es cuadrada. Si "tl" es demasiado corto la sensación de incremento de nivel se pierde, ya que hay una compresión de la dinámica y, además, puede haber ciertas inestabilidades.
El tiempo que transcurre hasta que la señal de salida vuelve al valor nominal, "tset" será aproximadamente igual a cinco veces el valor de "tl". Según las pruebas realizadas, el valor de "tset" estará comprendido entre 200 y 300 milisegundos.
Supongamos ahora que la señal de entrada sufre una disminución de su nivel, como se puede ver en la figura número cuatro.
El tiempo de recuperación, "trec", es el que transcurre desde el momento que la señal de entrada reduce su nivel, "t0", hasta que la señal de salida alcanza de nuevo su valor nominal. Este tiempo depende de la constante de tiempo "R5-C3" y de la variación de la señal de entrada. En este caso también es necesario un valor de compromiso, ya que si este tiempo es demasiado largo se deteriora la relación señal-ruido, y si es demasiado corto la dinámica se pierde.
En la figura número cinco tenemos un gráfico donde podemos ver las variaciones de la señal de salida respecto de las variaciones de la señal de entrada. Como se puede observar, la señal de salida permanece casi constante con un valor de un voltio para señales de entrada comprendidas entre 5 y 200 milivoltios aproximadamente, lo que corresponde a una dinámica de entrada de unos 35 decibelios, lo cual es un valor satisfactorio para una utilización normal del integrado.
Para evaluar de forma práctica las posibilidades del TDA7284 se ha utilizado el montaje representado por el esquema de la figura número seis. Se ha realizado un montaje estereofónico para que su utilización sea más universal. De esta manera podremos conectar en su entrada cualquier fuente de sonido, sintonizador de radio, salida de sonido de un reproductor de vídeo, tarjeta de sonido de ordenador, etc. La salida la conectaremos a un amplificador de audio en la entrada auxiliar.
Para la construcción del circuito utilizaremos el circuito impreso representado en la figura número siete. La disposición de los componentes sobre la placa de circuito impreso la podemos ver en la figura número ocho.
Los componentes necesarios para la construcción del circuito son los siguientes:
C01
1nF
C02
1nF
C03
10µF
C04
10µF
C05
10µF
C06
100µF
C07
100µF
C08
10µF
C09
10µF
C10
10µF
R01
2K2
R02
2K2
R03
4M7
R04
56K
R05
56
R06
56K
R07
56
R08
10K
R09
10K
U01
TDA7284
U02
LM78L08
3.- CONSTRUCCIÓN.
Una vez obtenido el circuito impreso por cualquiera de los métodos habituales, procederemos al montaje de los diversos componentes. Comenzaremos colocando las resistencias en sus lugares correspondientes, seguiremos con los condensadores de disco, condensadores electrolíticos y resto de los componentes. Para el montaje del integrado U1, TDA7284 utilizaremos preferiblemente un zócalo. De esta manera evitamos dañarlo durante el proceso de soldadura y también es más fácil su sustitución en caso de avería.
En la figura número nueve podemos ver la placa de circuito impreso con todos los componentes montados y lista para su colocación en la caja. La caja utilizada en el montaje del prototipo es de plástico de un tamaño ligeramente superior al de la placa de circuito impreso. Para la sujeción del circuito en la caja podemos utilizar unos separadores metálicos o bien fijar la placa con unos trozos de cinta adhesiva por los dos lados. Esta es la solución adoptada en el prototipo.
En los laterales de la caja colocaremos un conector de salida de señal y unos cables para la alimentación y entrada de señal. El tipo de conector utilizado dependerá del uso que se vaya a dar al montaje. En el prototipo se montaron jack estéreo macho y hembra, del mismo tipo que el que tienen las tarjetas de sonido de ordenador, ya que las primeras pruebas se hicieron intercalando el circuito entre la tarjeta de sonido y el amplificador. La alimentación se tomó de los 12 voltios presentes en los conectores de alimentación de discos duros y disqueteras.
4.- OPERACIÓN.
Una vez terminado el montaje procederemos a su puesta en funcionamiento. Como ya se ha indicado, las primeras pruebas del prototipo se realizaron intercalando el montaje entre la tarjeta de sonido del ordenador y el amplificador de potencia. El propósito era mantener constante el nivel de audio a pesar de las variaciones que pudiera sufrir la señal de entrada, cosa muy corriente cuando se están viendo ficheros de vídeo. El montaje también será útil si se dispone de una tarjeta de TV instalada en el ordenador.
Ajustaremos el nivel de entrada al circuito mediante los mandos de volumen del ordenador y el nivel de salida mediante los potenciómetros montados en el circuito impreso. Es importante no aplicar excesiva señal en la entrada para que en las pausas no aumente excesivamente el ruido de fondo. La experiencia nos dirá el nivel de entrada más adecuado y la posición correcta de los potenciómetros R8 y R9, que siempre deberán tener posiciones parecidas para mantener el balance entre los dos canales.
Si todas las pruebas son correctas, una vez realizados los ajustes necesarios podemos cerrar la caja con sus correspondientes tornillos. El aspecto final del prototipo se puede ver en la figura número once.
5.- RESUMEN.
En el presente artículo se ha descrito un circuito de control automático de nivel equipado con el circuito integrado TDA7284. El montaje será de utilidad en aquellas ocasiones que sea necesario mantener el nivel de audio dentro de unos estrechos márgenes, a pesar de las variaciones de la señal de entrada. Las aplicaciones del circuito pueden ser muy variadas y queda a discreción del lector darle el uso que estime conveniente.
El montaje descrito en el presente artículo no ha sido probado en grandes series y, por tanto, no se tiene certeza de que su funcionamiento sea 100% correcto. Solamente se describe la construcción y el funcionamiento del prototipo.
El autor no se hace responsable de posibles derechos de copia. La información para la realización de este montaje procede de diversas publicaciones, libros, revistas, etc., así cómo de los propios conocimientos del autor.
El autor no se hace responsable de posibles daños y/o perjuicios causados por la construcción y/o uso de este dispositivo, daños personales o muerte, daños a la propiedad, daños al medio ambiente, lucro cesante, perdida total o parcial de datos informáticos o cualquier tipo de daño que se pudiera derivar del montaje y/o uso de este dispositivo.
No se aconseja el uso de este dispositivo en aplicaciones críticas, cómo son control de maquinaria peligrosa, control de navegación o tráfico, maquinaria de mantenimiento de vida o sistemas cuyo mal funcionamiento pueda provocar causas o efectos anteriormente mencionados. Este dispositivo no es tolerante a fallos.
El autor declina cualquier responsabilidad, ni se hace responsable de no mencionar a los dueños de las posibles patentes que aquí se pudieran reflejar.
El dispositivo descrito en el presente artículo es un montaje experimental, cuyo propósito es el estudio de los diferentes aspectos de la Electrónica, por tanto, no está destinado a su utilización industrial ni para su explotación comercial en cualquiera de sus facetas.
El autor no efectúa ninguna actividad comercial relacionada con este u otros montajes publicados en esta u otras revistas o publicaciones de cualquier tipo.
El presente artículo y todos los publicados hasta el momento en la revista "RADIOAFICIONADOS", están recopilados en un DVD a disposición de quien lo solicite. Se incluyen todos los textos, así como las fotografías, dibujos, gráficos, plantillas de circuitos impresos, etc.
