Índice
Tema.……………………………………………………………………………………1
Introducción…………………………………………………………………………….1
Configuración del Circuito…………………………………………………………….4
Cálculos…………………………………………………………………………………7
Construcción y Pruebas……………………………………………………………..10
Circuito Final con valores Comerciales……………………………………………12
Conclusión…………………………………………………………………………….14
1
Ecualizador de 3 Bandas Este circuito mezcla dos señales de audio para después seleccionar tres tipos de frecuencia permitiendo por medio de una bocina escuchar el resultado.
Introducción Teórica Para la realización de este proyecto se necesita saber qué es un filtro y lo podemos definir de la siguiente forma “Es un circuito que se diseña para dejar pasar una banda especifica de frecuencias, mientras atenúa todas las señales fuera de esa banda”. Dentro de los filtros se pueden clasificar de diferentes formas según su tecnología (pasivos, activos y digitales), según su respuesta en frecuencia (pasa bajas, pasa altas, pasa bandas y de banda suprimida) y según por su trasferencia (Butterworth, Chebyshev, Bessel y Caver o Elíptica). En las siguientes graficas se puede observar los filtros según su respuesta en frecuencia.
En nuestro proyecto se utilizo un filtro pasa banda angosta de tipo activo, pero para poder entender mejor los filtros pasa banda angosta tenemos que definir algunos puntos importantes los cuales se mostraran a continuación. Un filtro activo esta formado por elementos de resistencias, capacitares y como elemento activo utilizan amplificadores operacionales. Las bobinas generalmente no se utilizan debido a su costo elevado y al tamaño voluminoso; además presentan una resistencia que modifica bastante el funcionamiento del amplificador operacional.
2
Las ventajas que presenta un filtro activo son las siguientes: son mucho más compactos, ligeros, menos costosos con una flexibilidad en diseño, no meten perdida de inserción y la principal generan una ganancia a la señal. Un elemento principal en los filtros pasa banda es el Factor de Calidad (Q), donde es el cociente de la frecuencia central entre el ancho de banda, siendo un indicador de que tan selectivo sea nuestro pasa banda, mientras sea mas alto el valor de Q mas angosto será el ancho de banda y mejor la selectividad del filtro.
Q=
f O
Donde Q = Factor de calidad f o o = Frecuencia central BW = ancho de banda
BW
Cuando u filtro es pasa banda ancha se acoplan 2 etapas independientes una para pasabalas y otra para pasa altas. En nuestro proyecto se utilizara la configuración de “Retroalimentación Múltiple”, como se muestra a continuación. C1 2
R34
5
50% R1
+V
C2
3
1
V OUT
V IN
R2 -V
0 0
Donde para poder calcular este filtro se necesitan las siguientes formulas:
f O
R2
=
=
1
R1 + R2
2π C
R1 R2 R3
R1
Q 2
2π fO C( 2 Q
−
=
Q 2π fO CAv
R3
Av)
=
Q fO C
π
Pero se debe de cumplir con la siguiente condición:
Q>
AV 2
3
Material 1.- 5 OP-AMP UA741CP 2.- 1 OP-AMP TL081CP 3.- 6 Capacitores cerámicos de 0.1 µF 4.- 3 Capacitores electrolíticos de 10 µF 5.- 2 Capacitores electrolíticos de 1 µF 6.- 3 Potenciómetros de 10 k 7.- 1 Potenciómetro de 1.2 k 8.- 1 Potenciómetro de 1 k 9.- 2 entradas entradas para pila cuadrada. cuadrada. 10.- Dos conectores machos tipo Jack. 11.- Un conector hembra tipo Jack. 12.- 2 protoboards. 13.- 2 bocinas de computadora. 14.- 2 pilas cuadradas de 9V. 15.- 6 cables caimán-caimán. 16.- y Resistencias cuyo valor y cantidad se muestran en los siguientes diagramas.
4
Mezclador
R2 100kΩ
R9
V1 9V
C1
R1
10uF
10kΩ
100kΩ
V5
C2 1.0uF
10KΩ _LIN R4 Key = A
9V
R3 C5 47kΩ
V2 9V
50%
10uF
V6
R10 10kΩ
9V
R6 100kΩ
V3 9V
C3
R5
10uF
10kΩ
C4 10KΩ _LIN 1.0uF
R7 Key = A
47kΩ
V4 9V
R8
50%
El mezclador se divide en dos partes; la primera se encarga de recibir los datos de dos fuentes auditivas como puede ser un iPod, un discman, etc., que tenga entrada para conector tipo Jack, y amplifica la señal 10 veces para que después con el potenciómetro se tenga un control de volumen de cero a máximo según se le de giro. La segunda parte es el mezclador de señales, en este caso dos, que dan como resultado dos señales unidas al mismo tiempo por un solo canal y que sirve como señal de entrada para la selección de tres bandas.
5
Selector de tres Bandas Angostas C2 R3
100nF
R4
1.0kΩ
V5 9V
C1
R1 1.0kΩ
50% 1KΩ _LIN Key = A
R2 100nF 68Ω
V6 9V
C4 R7
100nF
R8 10KΩ _LIN Key = A
6.8kΩ
V1 9V
C3
R5 8.2kΩ
50%
R6 100nF 680Ω
V2 9V
C6 R11 2.2kΩ
100nF
R12 V3 9V
C5
R9 1.5kΩ
50% 1KΩ _LIN Key = A
100nF
R10 220Ω
V4 9V
En la entrada de este circuito se conecta la salida del mezclador, y su función consiste en seleccionar tres tipos diferentes de frecuencia en un ancho de banda angosto, descartando como consecuencia la totalidad de la frecuencia del audio para hacer pasar tres selecciones de 500hz, 2khz y 4.25khz respectivamente y ser escuchadas con una sola línea de salida por medio de unas bocinas. Para poder notar el correcto funcionamiento de la selección de frecuencia se optó por variarla por medio de potenciómetros, que junto con la resistencia en serie se acerca al valor calculado.
6
Cálculos teóricos Para los cálculos teóricos la resistencia R3 es variable, por lo que se recomienda poner una resistencia fija de la mitad de la resistencia variable, y agregarle la otra mitad del valor con una resistencia variable.
1º Banda del ecualizador Se propone una ganancia (Av) de 1, con un capacitor de 0.1µF. y con una frecuencia de corte 1 ( fc 1) de 3.5 KHz y una frecuencia de corte de 5KHz y con una frecuencia central (fo ) de 4.25 KHz. Como primer paso se debe se sacar el valor del ancho de banda (BW).
BW=
f
C1
−
f
C 2
=5
kHz− 3.5 Khz= 1.5
Después se debe de cumplir la condición de Q Q=
f O BW
=
4.25 1.5
=
2.83
1
Q>
2
; Q > .707 = 2.83 > .707
Si se cumple, ya que Q es mucho mayor. Con el capacitor propuesto se realizan los valores de las resistencias. Para el cálculo de la primera resistencia (R1) se obtiene de la siguiente manera: R1
=
2.83 −6
3
6.28 x(0.1 x10 ) x(4.25 x10 ) x1
= 1.06 K Ω
Para el cálculo de la primera resistencia (R 2) se obtiene de la siguiente manera: 2.83 = 70.6Ω R2 = −6 3 2 6.28 x(0.1 x10 ) x(4.25 x10 ) x( 2( 2.83) − 1) Para el cálculo de la primera resistencia (R 3) se obtiene de la siguiente manera: R3 = 2(1 KΩ) x1 = 2 KΩ Para la realización del filtro físicamente se redondean el valor de (R 1, R 2, R 3) a valores próximos de resistencias comerciales. Quedando de la siguiente forma R1 de valor de 1.06 K se redondea a 1 K , la R2 de valor de 70.06 a 68 y la R3 de valor de 2K se coloca una resistencia fija de 1K y una variable de 1K. 2
100nF 4
1.0kΩ
3
1KΩ _LIN Key = 0 +V
5
50%
1
1.0kΩ V IN
V OUT
100nF 68Ω 0
-V
0
7
2º Banda del ecualizador Se propone una ganancia (Av) de 1, con un capacitor de 0.1µF. y con una frecuencia de corte 1 ( fc 1) de 400 Hz y una frecuencia de corte de 600 Hz y con una frecuencia central (fo ) de 500 Hz. Como primer paso se debe se sacar el valor del ancho de banda (BW). BW=
f
C1
−
f
C 2
= 600
Hz− 400 Hz= 200
Después se debe de cumplir la condición de Q Q=
f O BW
=
500 200
=
2.5
1
Q>
2
; Q > .707 = 2.5 > .707
Si se cumple, ya que Q es mucho mayor. Con el capacitor propuesto se realizan los valores de las resistencias. Para el cálculo de la primera resistencia (R1) se obtiene de la siguiente manera: R1
2.5
=
−6 6.28 x(0.1 x10 ) x(500) x1
= 7.9 K Ω
Para el cálculo de la primera resistencia (R 2) se obtiene de la siguiente manera: R2
=
2.83 6
6.28 x(0.1 x10 − ) x(500) x( 2( 2.5)
2
− 1)
=
692.32Ω
Para el cálculo de la primera resistencia (R 3) se obtiene de la siguiente manera: R3 = 2(8.2 KΩ) x1 = 16.4 KΩ
Para la realización del filtro físicamente se redondean el valor de (R 1, R2, R3) a valores próximos de resistencias comerciales. Quedando de la siguiente forma R1 de valor de 7.9 K se redondea a 8.2 K , la R2 de valor de 692.32 a 680 y la R3 de valor de 16.4 K se coloca una resistencia fija de 6.8 K y una variable de 10 K 2
100nF 4
6.8kΩ
3
10Ω _LIN Key = A +V
5
50%
1
8.2kΩ V IN
V OUT
100nF 680Ω 0
-V
0
8
3º Banda del ecualizador Se propone una ganancia (Av) de 1, con un capacitor de 0.1µF y con una frecuencia de corte 1 ( fc 1) de 1.5 KHz y una frecuencia de corte de 2.5KHz y con una frecuencia central ( fo ) de 2 KHz. Como primer paso se debe se sacar el valor del ancho de banda (BW). BW=
f
C1
−
f
C 2
=
2.5 KHz− 1.5 Khz= 200
Después se debe de cumplir la condición de Q Q=
f O BW
=
2 K Ω 1
=
2
1
Q>
2
; Q > .707 = 2.5 > .707
Si se cumple, ya que Q es mucho mayor. Con el capacitor propuesto se realizan los valores de las resistencias. Para el cálculo de la primera resistencia (R1) se obtiene de la siguiente manera: R1
2
=
3 −6 6.28 x(0.1 x10 ) x( 2 x10 ) x1
= 1.59 K Ω
Para el cálculo de la primera resistencia (R 2) se obtiene de la siguiente manera: R2
=
2. −6
3
6.28 x(0.1 x10 ) x( 2 x10 ) x( 2( 2)
2
− 1)
=
227.4Ω
Para el cálculo de la primera resistencia (R 3) se obtiene de la siguiente manera: R3
=
2(1.5 KΩ) x1 = 3 KΩ
Para la realización del filtro físicamente se redondean el valor de (R 1, R2, R3) a valores próximos de resistencias comerciales. Quedando de la siguiente forma R1 de valor de 1.59 K se redondea a 1.5 K , la R2 de valor de 227.4 a 220 y la R3 de valor de 3K se coloca una resistencia fija de 2.2 K y una variable de 1K 2
100nF 4
2.2kΩ
3
1KΩ _LIN Key = A +V
5
50%
1
1.5kΩ V IN
V OUT
100nF 220Ω 0
-V
0
9
Mezclador Físicamente
Entrada (Discman)
Entrada (iPod) Ganancia y Control de Volumen
Mezclador Salida
Selector de tres Bandas Angostas Físicamente Entrada
Salida a bocinas
Para conectar los dispositivos se requirieron dos cables con entrada Jack macho, de los cuales se determinó la tierra y las líneas de audio. Salida 1 Tierra
Tierra Salida 2
Una vez hecho esto se escogió qué salida utilizar, decidiéndose por las de color azul.
10
Para conectar las bocinas fue necesario utilizar un cable con entrada Jack hembra, del cual se determinó la tierra y las líneas de audio.
Entrada 1 Entrada 2 Tierra De igual forma se identificó la tierra para conectarla a la tierra del sistema, y se escogió la entrada azul como línea de audio. Como el circuito utiliza amplificadores operacionales se optó por utilizar una fuente positiva de 9V y una fuente negativa de -9V, para esto se hizo el siguiente arreglo de pilas cuadradas:
-9V (negativo)
9V (positivo)
Tierra Común Con ayuda de cables caimán-caimán se conectaron las entradas, las salidas y las tierras como corresponde, se colocó el arreglo de pilas y se conecto con los dos circuitos para la alimentación.
11
Al realizar la primer prueba no funcionó adecuadamente debido a que las baterías con las que se disponía se habían agotado, causando mucho ruido a la salida que se escuchaba por las bocinas. Una vez corregido el problema se intentó de nuevo, teniendo éxito al instante; al mover el volumen de las dos entradas respondía perfectamente, y al mover la frecuencia de selección por medio de los potenciómetros colocados se notaba auditivamente el cambio.
Circuito Final
12
R2 100kΩ
R9
V1 9V
C1
R1
10uF
10kΩ
100kΩ
V5
C2
9V
10KΩ _LIN R4 Key = A
1.0uF
R3 C5 47kΩ
V2 9V
50%
10uF
V6
R10 10kΩ
9V
R6 100kΩ
V3 9V
C3
R5
10uF
10kΩ
C4 10KΩ _LIN
R7 Key = A
1.0uF
R8 47kΩ
V4 9V
50%
C2 R3
100nF
R4
1.0kΩ
V5 9V
C1
R1 1.0kΩ
50% 1KΩ _LIN Key = A
R2 100nF 68Ω
V6 9V
C4 R7
100nF
R8 10KΩ _LIN Key = A
6.8kΩ
V1 9V
C3
R5 8.2kΩ
50%
R6 100nF 680Ω
V2 9V
C6 R11 2.2kΩ
100nF
R12 V3 9V
C5
R9 1.5kΩ
50% 1KΩ _LIN Key = A
100nF
R10 220Ω
V4 9V
13
Comentarios y conclusiones Podemos concluir que gracias a este proyecto se pudo observar y comprender mejor la utilización de los filtros, en especial los filtros pasa banda angosta, pues se llevó a cabo el proyecto del ecualizador de 3 bandas, además de poder reafirmar los conocimientos de la materia de dispositivos electrónicos donde se utilizaron los amplificadores operacionales, en este caso como para el mezclador se utilizó un amplificador como sumador para mezclar las señales del mp3 y la del discman. Un factor importante para tomar en cuenta es que siempre existirá el ruido en cualquier circuito, y es más notorio cuando se trabaja con audio, para poder eliminarlo es necesario manipular el volumen con objetos plásticos para que no genere interferencia y también es recomendable en ruido excesivo poner dos capacitares en el voltaje positivo a tierra y en el voltaje negativo a tierra.
14
