- Objetivos
- Marco
teórico - Filtros
- Resonancia
- Ecualizador
- Funcionamiento
- Función de
transferencia - Circuito
impreso - Bibliografía
Diseñar un ecualizador por medio del cual
lograremos dar una verdadera utilidad a los
conocimientos obtenidos en el presente curso.
Ser capaces de filtrar 5 rangos de frecuencias distintas
de una señal compuesta por gran cantidad de las mismas,
como lo es el sonido.
Desarrollar habilidades para la elaboración de
circuitos
electrónicos que funcionen con señales
alternas.
El amplificador operacional es un
dispositivo lineal de propósito general el cual tiene
capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una
frecuencia definida por el fabricante; tiene además
límites
de señal que van desde el orden de los nV, hasta
unas docenas de voltio (especificación también
definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se
caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta,
generalmente mayor que 105 equivalentes a
100dB
El A.O es un amplificador de alta ganancia directamente
acoplado, que en general se alimenta con fuentes
positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones
tanto por arriba como por debajo de tierra (o el
punto de referencia que se considere).
El nombre de Amplificador Operacional proviene de una de
las utilidades básicas de este, como lo son realizar
operaciones
matemáticas en computadores
analógicos (características operativas).
El Amplificador Operacional ideal se caracteriza
por:
- Resistencia de entrada,(Ren),
tiende a infinito. - Resistencia de salida, (Ro), tiende a
cero. - Ganancia de tensión de lazo abierto,
(A), tiende a infinito - Ancho de banda (BW) tiende a
infinito. - vo = 0 cuando v+ =
v-
Ya que la resistencia de
entrada, Ren, es infinita, la corriente en cada
entrada, inversora y no inversora, es cero. Además el
hecho de que la ganancia de lazo abierto sea infinita hace que la
tensión entre las dos terminales sea cero, como se
muestra a
continuación:
Un filtro eléctrico o electrónico
es un elemento que discrimina una determinada frecuencia
o gama de frecuencias de una señal eléctrica
que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto
su amplitud como su fase.
Función De
Transferencia.
Ésta determina la forma en que la señal
que aplicamos cambia en amplitud y en fase al atravesar el
filtro. La función de
transferencia elegida tipifica el filtro. Algunos filtros
habituales son:
- Filtro de Butterworth, con una banda de paso suave y
un corte agudo - Filtro de Tschebyschef, con un corte agudo pero con
una banda de paso con ondulaciones - Filtros elípticos o de Cauer, que consiguen
una zona de transición más abrupta que los
anteriores a costa de oscilaciones en todas sus
bandas - Filtro de Bessel, que, en el caso de ser
analógico, aseguran una variación de fase
constante
Se puede llegar a expresar matemáticamente la
función de transferencia en forma de fracción
mediante las transformaciones en frecuencia adecuadas. Se dice
que los valores
que hacen nulo el numerador son los ceros y los que hacen nulo el
denominador son polos.
El número de polos y ceros indica el orden del
filtro y su valor
determina las características del filtro, como su
respuesta en frecuencia y su estabilidad.
El orden de un filtro describe el grado de
aceptación o rechazo de frecuencias por arriba o por
debajo, de la respectiva
frecuencia de corte. Un filtro de primer
orden, cuya frecuencia de corte sea igual a (F) presentará
una atenuación de 6dB a
la primera octava (2F), 12dB a la segunda octava (4F), 18dB a la
tercer octava (8F) y así sucesivamente. Uno de segundo
orden tendría el doble de pendiente (representado en
escala
logarítmica).
Esto se relaciona con los polos y ceros: los polos hacen
que la pendiente suba con 20dB y los ceros que baje, de esta
forma los polos y ceros pueden compensar su efecto.
Para realizar filtros analógicos de
órdenes más altos se suele realizar una
conexión en serie de filtros de 1º o 2º orden
debido a que a mayor orden el filtro se hace más complejo.
Sin embargo en el caso de filtros digitales es habitual obtener
órdenes superiores a 100.
Atendiendo a sus componentes constitutivos, naturaleza de
las señales que tratan, respuesta en frecuencia y método de
diseño
los filtros se clasifican en los distintos grupos que a
continuación se indica.
Filtro paso bajo: Es aquel que permite el
paso de frecuencias bajas, desde frecuencia 0 o continua hasta
una determinada. Presentan ceros a alta frecuencia y polos a
bajas frecuencia.
Filtro pasó alto Es el que permite
el paso de frecuencias desde una frecuencia de corte determinada
hacia arriba, sin que exista un límite superior
especificado. Presentan ceros a bajas frecuencias y polos a altas
frecuencias.
Filtro pasó banda: Son aquellos que
permiten el paso de componentes frecuenciales contenidos en un
determinado rango de frecuencias, comprendido entre una
frecuencia de corte superior y otra inferior.
Filtro elimina banda: Es el que dificulta
el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado
rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte
superior y otra inferior.
Filtro multibanda: Es que presenta varios
rangos de frecuencias en los cuales hay un comportamiento
diferente
Filtro variable: Es aquel que puede
cambiar sus márgenes de frecuencia
Filtros activos y
pasivos
Filtro pasivo: Es el constituido
únicamente por componentes pasivos como
condensadores, bobinas
y
resistencias.
Filtros activos: Es aquel que puede
presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida
respecto a la de entrada. En su implementación se combinan
elementos activos y pasivos. Siendo frecuente el uso de
amplificadores operacionales, que permite
obtener resonancia y un elevado factor
Q sin el empleo de
bobinas.
Filtros
analógicos o digitales
Atendiendo a la naturaleza de las señales
tratadas los filtros pueden ser:
Filtro analógico: Diseñado
para el tratamiento de señales
analógicas
Filtro digital: Diseñado para el
tratamiento de señales digitales.
fenómeno que se produce en un circuito en el que
existen elementos reactivos (bobinas y condensadores)
cuando es recorrido por una
corriente alterna de una frecuencia
tal que hace que la reactancia
se anule, en caso de estar ambos en serie o se haga
máxima si están en paralelo..
Es un dispositivo que modifica el contenido en
frecuencias de la señal
que procesa (por ejemplo una canción). Es decir,
cambia las amplitudes de sus coeficientes de Furrier
lo que se traduce en diferentes volúmenes para cada
frecuencia.
De un modo doméstico generalmente se usa para
reforzar ciertas bandas de frecuencias, ya sea para compensar la
respuesta del equipo de audio (amplificador
+ parlantes)
o para ajustar el resultado a gustos personales.
"explicación de los sonidos que se encuentran en
cada rango de frecuencias"
63 Hz | Destaca los sonidos graves masivos como los de |
125 Hz | Subiendo da sensación de plenitud. Si |
250Hz | Bajando el mando disminuye posible |
500 HZ | Aumenta la fuerza |
1 KHZ | Actúa sobre la voz del cantante. se puede |
2 kHz | Estimula el oído. Puede dar sensación |
4 kHz | Si está muy alto puede dar también |
8 kHz | Aumenta la brillantez de instrumentos de cuerda |
16 kHz | Aumenta la presencia de sonidos sutiles, como |
Para el diseño de este ecualizador decidimos
Utilizar filtros pasa banda "angosta" activos, pues son los que
mejor se adecuan y nos permiten solucionar de una mejor forma el
problema planteado.
La resistencia de entrada del filtro queda establecida
con la resistencia, con la resistencia de retroalimentación 2R se garantiza
una ganancia máxima de 1 en la frecuencia de resonancia
fc.
Ajustando Rf es posible cambiar o realizar ajustes finos
a la frecuencia de resonancia, sin modificar la ganancia o el
ancho de banda.
El funcionamiento de este filtro de banda angosta se
caracteriza por las siguientes ecuaciones.
B = (0.1591)/(RC) B= Fc/Q
ESQUEMA GENERAL DEL ECUALIZADOR.
Tanto en la entrada como el la salida el ecualizador
tiene un sumador o mezclador de audio, para garantizar la entrada
y la salida de una única señal
compuesta.
También cada banda cuenta con un seguidor de
voltaje cuya función principal es la de aislar en cierto
modo la señal de entrada de la señal de
salida.
CALCULOS DE LOS FILTROS PASA BANDA:
Primero
R= 20K
C= 100n FC= 97.427 Hz
Rf= 10K B= 79.55 Hz
Segundo
R= 20K
C= 22n FC= 442.85 Hz
Rf= 10K B= 361.590 Hz
Tercero
R= 10K
C= 10n FC= 1590.99 Hz
Rf= 10K B= 1591 Hz
Cuarto
R= 2K
C= 10n FC= 7954.9 Hz
Rf= 2K B= 7955 Hz
Quinto
R= 1K
C= 10n FC= 15909.902 Hz
Rf= 10K B= 15910Hz
http://www.uv.es/~marinjl/electro/ao.htm
Tomado 30 de noviembre de 2005
http://64.233.187.104/search?q=cache:s1qs466xMjgJ:perso.wanadoo.es/chyryes/circuitos/ecual.htm+ECUALIZADOR&hl=es
Tomado 30 de noviembre de 2005
http://rt001w60.eresmas.net/optimizando_el_sistema.htm
Tomado 30 de noviembre de 2005
http://es.wikipedia.org
Tomado 30 de noviembre de 2005
Robert F. Coughlin; Amplificadores operacionales y
circuitos
integrados lineales;
Prentice Hall Hispanoamérica sa.; 1993
Richard C. Dorf; Circuitos
Eléctricos Quinta Edición; Alfaomega; 2003
FELIX SEBASTIAN RINCON TOBO
NATALIA MOLANO
CIRCUITOS 2
BOGOTA
2005