PROYECTO TERMINAL148.206.53.84/tesiuami/UAM7113.pdf · cable se permea atravez del aislante 2 hasta alcanzar el ... aun cuando se hayan transpuesto en varias secciones. 2.1.2.DESCRIPCION

P R O Y E C T O T E R M I N A L

PROFESOR ASESOR: ING. YUDIEL PEREZ ESPEJO

. ALUMNO : LEOPOLDO ARIAS TREJO 7


ANALIZADOR DE SEÑALES TELEFONICAS POR COMPUTADORA FILTRAJE DE LA SERAL TELEFONICA .

INDICE

1 . 1.1. 1.2. 1.3. 2. 2.1. 2.1.1. 2.1 -2 . 2.2. 2.2.1. 2.2.2. 2.3. 2.3.1. 2.3.2. 2.4. 2.4. l .

2.4.2. 2.5. 2 .5 . l . 2.5.2. 2.6. 2.7.

INTRODUCCION ANTECEDENTES OB JET I VOS PROPUESTA FILTRAJE DE LA SERAL BALANCEO DE LINEA FUNC ION DESCRIPCION LIMITADOR DE VOLTAJE FUNCION DESCRIPCION FILTRO PASABAJOS FUNC I ON DESCRIPCION AMPLIFICADOR FUNC I ON DESCRIPCION FUNCION GLOBAL OPERAC I ON CONSTRUCCION CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA

1 4 6 5 1 8


l . INTRODUCCION

El proyecto se divide en tres partes:

La primera parte se refiere al filtraje de la señal telefónica , la segunda se trata de la digitalizacion de la señal y la tercera sobre la programación de la computadora de tal forma que se gráfique la señal en pantalla. En este proyecto el circuito fue diseñado para señales pequeñas, excluyendo la señal de campana y de pulso interdigital.

1.1. ANTECEDENTES

La experiencia que obtuve al observar las señales telefohicas directamente en la linea,es que éstas se encuentran deformadas por el ruido,aÚn las señales de corriente directa (D.C.) como son el colgado y descolgadolo presentan;ademas,los tonos que según datos teóricos deben ser de 450 HZ,en realidad son mayores. Tambien existen señales demasiado rápidas para ser medidasen osciloscopio sin memoria,como son el pulso interdigital y los pulsos del discado, cuyas formas se pueden estimar aún cuando aparezcan por fracciones desegundo en la pantalla.


1.2. OBJETIVOS

La final idad de este proyecto ANALIZADOR DE SEÑALES TELEFONICAS POR COMPUTADORA es la de visualizar las principales señales telefónicas evitando el ruido que aparece en el osciloscopio al medirlas directamente.

1.3. PROPUESTA

El ruido se elimina por medio de filtraje,ademas, al representar las señales por medio de software, gráficamente se obtiene un modelo ideal de la señal fisica,libre de ruido en pantalla. Este proyecto ha sido planeado exclusivamente para señales de A.C. y baja amplitud y frecuencia (menores a 50 V A.C. y 4 KHZ respectivamente). El ANALIZADOR DE SEÑALES TELEFONICAS POR COMPUTADORA es especialmente uti1 para fines educativos.


2. FILTRAJE DE LA SERAL

Especif icarnente, la primera parte del proyecto, que se refiere al filtraje, persigue la cap- tación ,adaptación y filtrado de la señal tele- fónica para su entrega como una selial clara (1ibre::de ruido de 18.- 1 inea) y en un cierto rango de voltajes necesario para la siguiente etapa del proyecto (la parte sobre el muestre0 de la señal y su digitalizacidn).

El filtraje consiste de los bloques mostrados en la fig.2.1 ,que en conjunto forman la primera etapa del proyecto.

Fig.2.1. Diagrárna de bloques de la etapa de filtraje.

b -f

Fi .2.2. Diagrdma esquemático del circuito de filtraje. NOTA: El circuito NO esta protegido contra voltajes altos.

r4 La presencia de un voltaje alto puede dañar l o s resistores de entrada y e l circuito amplificador operacional de,entrada.


2.1. BALANCEO DE LINEA

El balanceo de linea se utiliza en las ocaciones cuando existe un desbalance de voltajes en circuitos acoplados. Aveces,se presentan diferentes problemas en la linea como son el ruido, interferencia,desbalance por tierra flotante,atenuación,etc. El ruido es causado por varias fuentes: la radiofre- cuencia,las caracteristicas del canal de transmisioh, la temperatura y otras situaciones. La diafonta es un problema de interferencia entre canales que producen campos electromagnéticos entre si. Una tierra flotante que no este bien definida produce lecturas erroneas de la señal. De estos problemas,el de diafonfa y perdida de señal por mal acoplamiento son resueltos con la linea balanceada. Las perdidas de señal debidas a Ia distancia de1 cableado, tambieh,son resueltas instalando estaciones a v p l ificadoras a todo I C largo del .cableado,previarnente .calculadas,

En la siguiente discusiÓn,veremos la definicion de algunos terminos pertenecientes a la diafonfa y algunas forrnas de resolverla,;entre ellas el balanceo de 'linea.- ,-


i ..

Diafonía. La diafonia es un problema en el acoplamiento entre circuitos,que resulta en interferencia indeseable. Esto ocurre en el acoplamiento directo capacitivo o inductivo entre conductores,antenas o modulacio6 cruzada entre canales en sistemas de onda portadora. A qenudo.el acoplamiento resulta-en una señal 'ajena ,al ,canalc? y entonces,es necesario el diseñar el medio de transmisión para disminuir la probabilidad de interferencia entre dos señales ajenas a menos del 1% . Causas de la diafonfa. El acoplamiento entre circuitos causa corrientes inducidas por medios electromagneticos,las cuales inducen voltajes en las redes inductivas. Paradiafonla. Diafonía que aparece en el lado del circuito afectado,que corresponde al lado de donde proviene la fuente del circuito perturbador. Telediafoni'a. La diafoni/a que aparece en el otro extremo.

~~ ~ ". ." ~. ~. ~... " "

Por ejemp1o:en el circuito de la fig.2.1.1. se muestran dos circuitos unidos por una relacion de capacitancias e impedancias Zo. Ya que los valores de los capacitores no son estrictamente iguales,entonces habra un desbalance y aparecera 1 a di af on fa.

Fig.2.1.1. Circuito desbalanceado por las capacitancias del puente de Wheatstone.


En el circuito de la fig.2.1.1., tenemos

Ya que C # C",existe un desbalance en la relación de capacitancias para anular voltajes y,por lo tanto,una corriente en Zo que produce diafonfa.

Métodos de reduccion de la diafonf a. Al reducir la separación entre los conductores de uno o de ambos pares,los campos establecidos por los dos conductores, ocupan aproximadamente la misma posición y se neutralizan entre si.

Transposición. La transposición consiste de cruzar las lineas del circuito A o B de tal forma que como las corrientes que circulan en las lineas transpuestas son de mágnitudes iguales y direcciones opuestas se opongan los campos electromagnéticos y,por lo tanto, se nulifiquen los voltajes inducidos en el circuito B y ,entonces,se elimine la diafonfa. 4" s-3

3 5 - 1 BZjE0 i

1 I e

Fig.2.1.2. Transposicioh para la eliminacion de la diafonía.

Sin embargo,varias transposiciones son necesarias a lo largo de la linea,ya que una sola eliminara la diafonía en una pequeña seccion S de la linea. El espaciamiento entre transposiciones depende de la maxima longitud de onda de la señal.


Para bajas frecuencias (grandes longitudes de onda) esto no presenta mucho problema,pero para altas frecuencias,las distancias entre transposiciones son bastante reducidas.

Si en una conexión,la resistencia serie, o la resistencia de aislamiento de uno de los conductores del par es lige- ramente diferente debido a uniones imperfectas,[aisladores defectuosos),las corrientes entonces son de diferente mágnitud en el circuito endrgizador y en el perturbado, por lo tanto,aunque se transpongan los cables habra diafonfa. Es necesario que los conductores de un par sean construidos con las mismas caracteristicas electricas.

5 S,

Fig.2.1.3. Serie de transposiciones para eliminar la diafonía f en una seccion de pares de cables.

Fig.2.1.4. Diafonía creada por dos circuitos en donde las caracteristicas de ambos son desiguales.


Por ejemplo,en los. dos-conductores cdri diferentes m p a s aislantes de la fig.2.1.4. , el primer conductor transporta una corriente I1 atrávez del conductor 1

y con el aislante 1 como cubierta,sin embargo,de &te primer cable escapa un campo electromagnético que invade las cercanias del segundo conductor y ,

suponiendo que el aislante de este segundo conductor es mucho menos protector que el aislante l,entonces, e1 campo electromagnético proveniente del primer cable se permea atravez del aislante 2 hasta alcanzar el conductor 2, y asi, crea una corriente 12,1a cual, I, + .Por este motivo,aunque se realize la transposición de cables ,ambas corrientes diferentes causaran diafonfa en ambos conductores,que se traduce en forma de ruido o señales extrañas a la original. La transferncia de campo electromagnético es mutua entre los conductores y, a menos que se refuerzen lo suficiente para hacer sus caracteristicas iguales, .-

ambas corrientes no tendran magnitudes iguales y los campos electromagnéticos no se contrarrestaran entre s i mismos. La fijacion de la tierra ffsica tambien es importante, debido a que en sistemas de tierra flotante como en transformadores de aislamiento si no se tiene tal precaucion,la tierra flotante introduce un nivel de voltaje de offset indeseable en las señales. Los falsos contactos,soldaduras y otros,causan ruido externo que interfiere en las señales

I

telefÓnicas,Al igual que las fuentes de radiofre- cuencia,todo esto contribuyendo a la diafonfa.


2.1.1. FUNCION

La función del balanceo de linea es el adaptar corrientes y voltajes a un nivel adecuado evitando la interferencia por ruido (diafonia), causada por induccion electromagn&ica en circuitos de acoplamiento capacitivo e inductivo. La corriente que circula por el circuito induce corrientes en otros circuitos alrededor,por lo que tambien crea voltajes que pueden ser neutralizados por varias técnicas como la transposición de cables,aislamiento,etc.

Los cables dañados o sin buen aislamiento pueden causar diafonía aun cuando se hayan transpuesto en varias secciones.

2.1.2.DESCRIPCION 1 7

Fig.2.1.2.1. Balanceo de linea.

~1 circuito de balanceo de linea firopueStO,@n éSte'.ProYecto,está compuests de dos resistores de balance de corriente de 1 Kohm,un amplificador operacional LM741 configurado como seguidor de voltaje y un transformador de aislamiento de 1:l . Ambos el seguidor de voltaje y el transformador aislan la linea telefo'hica del circuito de filtrado kransmi- tiendo unicamente el voltaje di,sponible en,la- linea hacia es:~i~~~i'~~ $ ( ;c . medio de induccion electromagnetlca-


2.2. LIMITADOR DE VOLTAJE

La limitación de voltaje es especialmente Útil debido a la existencia de imperfecciones f fsicas en las lineas de transrnisidn. Tales defectos f isicos como corto-circuitos, circuitos abiertos,tierras flotantes,desviaciones de temperatura,descargas eléctricas y defectos causados por el clima. En esos casos,el voltaje que normalmente se mantiene a un nivel controlado,se dispara,causando daño a lo largo de la linea atravez de picos de voltaje. Algunos de esos picos llegan a ser de miles de volts,por lo cua1,es necesario la implementación de circuitos que limiten el nivel excesivo de voltaje. Estos circuitos están constituidos a base de diodos rectificadores y algunas veces diodos reguladores e impedancias de alta potencia para limitar la corriente que va con los voltajes altos. Los diodos tambien funcionan como interruptores que se abren en caso de voltajes negativos y asi protegen al resto del circuito,y los diodos de avalancha tienen la funcion de regular el voltaje a un nivel fijo o fijado por el manufacturador. En seguida veremos las caracteristicas de los diodos rectificadores y Zeners y su uti1 ización en el circuito de limitación de voltaje.


El diodo es un elemento semiconductor hecho a base de germanio o silicio (Ge y Si respectivamente) formando lo que se denomina una unión p-n (ver fig. 2.2.1.) . Al polarizar esta unión p-n con un voltaje referenciando a la parte l'n'l como tierra,se denomina polarización directa y esta contribuye al flujo de una corriente desde la parte "p" hasta la parte llnl'. Si se invierte el voltaje,esto se denomina polarización inversa y dentro de la unión p-n el potencial aumenta con mignitud negativa y "estrangula" al canal donde fluye la corriente, dejando pasar un mínimo casi considerando al dispositivo como un circuito abierto. Asi ,al polarizar la unión en'forma directa ,esta se puede considerar como un resistor con un voltaje Vd y en polariza- ción inversa esta aparece como un circuito abierto debido a la alta impedancia que muestra (ver fig. 2.2.2. a ) y b) ) .

Fig. 2.2.1. Representacion de un diodo como union p-n.

Fig. 2.2.2. a) Polarizaciin directa y b) polarización inversa de una unión p-n.


Utilizando la propiedad del diodo de funcionar como un interruptor,e'ste se puede combinar con redes resistivas y capacitivas para formar varios circuitos como son los rectificadores de media onda y onda completa,puentes rectificadores,muestreadores,recortadores de voltaje, sostenedores de nivel de voltaje,detectores de envolvente,etc. Existen diferntes tipos de diodos como son los rectificadores, los Zener ,de tunel ,etc. Los diodos Zener ,ademis de rectificar el voltaje ,tambien lo regulan a un nivel establecido. .La fig.2,2.3. muestra la .caracteristica -de un diPda :Zener:

" I I

Fig.2.2.3. Caracteristiia de un diodo Zener. 1 4 6 5 1 8 En la región de avalancha, (Vd Vz),para grandes variaciones de corriente existen pequeñas variaciones de voltaje. El Zener continua regulando hasta que se le suministre la corriente Izk ,a partir de la cua1,se comporta como rectifi- cador y para un cierto voltaje V ,la corriente se dispara exponencialmente. Usualmente,se utiliza un resistor limitador de corriente para mantener al Zener en la región de avalancha como se muestra en la fig. 2.2.4.

Fig.2.2.4. Circuito regulador de voltaje utilizando un diodo Zener.

P R O Y E C T O T E R M I N A L "i)i ct'

Fig.2.2.5. Salida del circuitb regulador de voltaje de la fig.2.2.4.

En la fig.2.2.5. se ve el resultado del circuito regulador de voltaje . Combinando dos diodos Zener invertidos se logra crear una ventana de voltaje,erl donde la señal pase tal como es a la entrada,estableciendo cotas superior e inferior. El limite superior es producido por el Zener apuntando hacia abajo y el limite inferior por el Zener apuntando hacia arriba en la fig.2.2.5.

-4

c

Fig.2.2.6. Recorte de voltaje en dos niveles independientes.

Con el circuito de la fig.2.2.6. es posible establecer cotas positiva y negativa ,unicamente resta el cálculo de R tomando en cuenta los requisitos de corriente y

potencia de los diodos Zener.


2.2.1. FUNCION

Las funciones que cumple la etapa limitadora de voltaje son las de bloqueo de la señal de corriente directa por medio del capacitor de 0.47 uF,y tambien la de reducir el rango del voltaje a no mas de - t 5 V de amplitud máxima en corriente alterna por medio de los diodos Zener.

2.2.2. DESCRIPCION

Fig.2.2.2.1. Etapa limitadora de voltaje.

El capacitor de 0.47 uF es utilizado para el bloqueo de la parte de D.F. de la señal telefÓnica.está preparado para recibir voltajes altos (hasta 200 V ) . Le sigue un resistor de 10 Kohms a 5 Watts para adaptar una corriente de 22 mA a los diodos Zener que son los corn- ponentes que limitan el voltaje alto a tan solo - + 5 V. La señal es recibida en &a terminal C-B y se entrega en la terminal D-B.


2.3. F I LTRO PASABAJOS

El filtro pasabajos es un caso especial de la familia de filtros que se utiliza para limitar en banda a las señales electricas. Existen varios tipos de filtros pasabajo, como son los Chebyshev, Butterworth ,el fpticos y se caracterizan en que de alguna manera se acercan al filtro pasabajos ideal. El filtro pasabajos ideal tiene una amplitud fija en el rango de frecuencias a partir de cero hasta la frecuencia de corte del filtro Fc. Los filtros pasabajos reales Únicamente se aproximan al filtro pasabajos ideal, ya que tienen una caida gradual de la amplitud maxima hasta cero, teniendo como referencia la frecuencia de corte Fc, en donde la amplitud de la señal mide el 70% de la amplitud maxima de la señal, y a partir de este valor desciende hasta cero, a esta frecuencia se le llama frecuencia de rechazo Fr. Los filtros pasabajos son de dos caracteristicas: activos y pásivos. Los filtros pásivos se caracterizan por estar constituidos de elementos pásivos unicamente, como por ejemplo redes resistivas capacitivas, y ademas estos filtros tienen ganancia logaritmica negativa. Los filtros activos ,ademas de tener elementos pásivos contienen elemntos activos como transistores o amplificadores operacionales y estos filtros tienen ganancia lo- garftmica positiva.


. . i . . _

Existen diferentes tipos de filtros,pero básicamente se clasifican en filtros pasabajo,pasabanda,pasa-alto, rechazabanda.

Fig.2.3.1. Tipos de filtros. alfiltro pasabajo. b) Filtro pasabanda. c) Filtro pasa-alto. d) Fi ltro rechazabanda.

En esta parte del f iltraje de la señal telefónica, utilizamos un filtro pasabajo por lo que la siguiente discusión esta enfocada a ese tipo de filtro unicamente.

Un filtro ideal es irrealizable por medio de redes resistivas-capacitivas,por lo que unicamente se aproxima


el filtro físico a un numero determinado de orden finito n; n indica el numero de polos del filtro o raices complejas del polinomio Pn( S ) . Mientras mas etapas de orden pequeño se añadan en cascada,se forma un filtro de mayor orden. Usualmente,se necesita un orden de 4 ,pero para aplicaciones de mayor prec i siÓn un f i 1 tro de 60 o mayor orden puede ser construido. El numero de polos de un filtro influye en la incl inacidn de la pendiente de en cada polo por un factor de 20 db/decada. Asi,un filtro de 40 orden tiene una inclinacioh final de 80 dbldecada.

i

l o o 9c

'

.#

sc *

?c- bQ - sc- 4e - 3:

Fig.2.3.i. Respu

IO

.- ic - '?G

-

-

de 40 orden.

Mientras mas etapas en cascada se añadan a un filtro la pendiente de la respuesta en frecuencia se vuelve mas vertical aproximandose al filtro idea1,sin embargo, esto se vuelve antieconómico,asi que se escoje-la mayor precisión del filtro al menor Orden.


Existen diferentes clases de un mismo tipo de filtro. Por ejemp1o;estas son Chebyshev,Butterworth,elfpticos,etc. Como ejemplo de un filtro pasabajos Chebyshev es el que utilizamos de este

A"- proyecto.

Fig.2.3.3. filtro pasabajos Chebyshev de 20 orden.

Al combinar dos filtros como los de la fig.2.3.2. en cascada,se obtiene un filtro pasabajos de 40 orden.

Un filtro pasabajo tiene como ecuacion caracteristica a

H ( s ) = l/Pn(s)

donde Pn(s) es un polindmio de orden n con raices complejas.

Para el filtro pasabajos tipo Chebyshev utilizado,tenemos las siguientes ecuaciones:

1) GO = - 10 (Ho/20) ; 2) C = 1O/Fo (Fo en Hz y C en uF)

3) - = (BirnQ2/(4 Cjm)(l - S) ) ; 4) D = V(4 pi Fo C (1-Q )

7) R2 = Gammifm)/ R 3


9 ) c1 = fqc c2 = c ;

Donde Wo = 2 pi FO ; m es el número de etapa del filtro de 40 orden m = (l..í?) ;

y los siguientes coeficientes:

m 1 2

B í.m) * Cjmi 0.528313 1 .33003 1 l. 275460 O. 622925

Los parametros de diseño son :

Fo = 4 Khz (frecuencia de corte) n = 4 (orden del filtro) HO = O (ganancia del filtro en decibeles)

Los resultados son: m = l m = 2 C1= 100 pF R1=R2= 120 Kohm C1= 1.2 nF R1=R2= 50 Kohm

C2= 3.9 nF R3= 86 Kohm C2= 3.9 nF R3= 25 Kohm

El filtro final se encuentra en la fig. 2.3.2.1.

Los parahetros de las formulas 1) al 9) son los siguientes:

Ganancia del filtro. Ganancia del filtro en decibeles. Frecuencia de corte del filtro. Para'metros de di seño . Capacitancias del filtro. Resistencias del filtro. Variabl'es en general. Frecuencia de corte del filtro en radianes Número de etapa del filtro. m = (1..2)


2.3.1.FUNCION

La funcion principal de esta etapa del fi&tr-ado es la de restringir la señal telefhica de voz al rango especifico de 4 Khz de tal forma que el ruido de mayor frecuencia sea eliminado y se entregue una señal clara,limpia de ruido.

1 4 6 5 1 8

Fig.2.3.2.1. Etapa de filtrado (filtro pasabajo de 40 orden).

El circuito de la fig.2.3.2.1. es un filtro pasabajos Chebyshev de 40 orden ,compuesto por dos filtros de 20 orden en cascada con ganancia de O db. La frecuencia de corte del filtro esta en 3.25 Khz y la frecuencia de rechazo en 3.5 Khz . La señal entra al filtro por la terminal D-B y sale de este por E-B. Los elementos activos del filtro son dos amp1 if icadores operacionales LM741 alimentados con voltajes de polarización de +12 V y -12 V ,el resto son componentes pás vos ( res stores y capaci tores 1.


2.4. AMPLIFICADOR

Los circuitos amplificadores éstan constituidos por elementos activos como son los transistores discretos e integrados en sus varias configuraciones. Cuando los transistores estan integrados en estructuras analógicas llamadas ampl if icadores operacionales,que combinados con elementos pa#sivos,especialmente resistores que determinan sus ganancias,se utilizan como bloques de construccion de circuitos de funciones lineales como por ejemp1o;arnplificadores sumador&, inversores,multiplicadores, integradores,diferenciadores,filtros activos,etcetera. Los circuitos amplificadores ,además de utilizarse para fines analógicos y de potencia,tambi& se utilizan en funciones de control como comparadores de nivel de voltaje y en la conversio'n ánalogico digital. Como amplificadores se tiene que tomar en cuenta el rango de frecuencia de amplificación, los niveles máximos y minimos de operacioh, la ganancia a lazo cerrado y el voltaje de offset que podria introducir a la siguiente etapa. Debido a la alta impedancia de entrada del amplificador operacional tambien se utiliza en circuitos de acoplamiento entre circuitos de diferente impedancia. Esto es importante porque transmite el voltaje adecuado desde su entrada hasta su sal ida,a travéz de la red de retroalimentación sin perdidas;un ejemplo es el ampl if icador seguidor de voltaje.

I


Un circuito activo, a diferencia de un circuito pdsivo, se caracteriza por contener elementos activos como transistores o amplificadores operacionales. Esta vez,vamos a tratar de amplificadores operacionales, que vienen en forma integrada. El amplificador operacional (op-amp) es un amplificador de alta ganancia acoplado directamente,al cual se le añade una red de retroalimentación para control de la respuesta a la salida. Se utiliza para circuitos lineales y no lineales. El amplificador operacional (ver fig. 2.4.1.) está basado en un par diferencial de transistores en donde uno de las termina es referenciado a como salida unica

les de salida del par diferencial tierra y 1 (single en

a otra terminal se,,considera

Fig.2.4. l. Amp1 if icador operacional (simbolo y representaciin como par diferncial con transistores).

Un amplificador operacional tiene las siguientes caracteristicas ideales: 1.

2. 3. 4 .

Resistencia de entrada R . = og ; Resistencia de salida R = O ; Ganancia de voltaje A = - m ; Ancho de banda B W - m ;

1

O

V


5. Balance perfecto Vo = O cuando V1=V2 ; 6. Las caracteristicas no cambian con la temperatura.

La resistencia de entrada de un amplificador operacional es muy grande por eso,se considera como buen aislante de acoplamiento de circuitos . La baja impedancia a la salida ayuda a la transmisión de voltajes amp1 if icados sin distorsiok . La ganancia de voltaje a lazo abierto es grande y negativa idealmente y esto,fuerza a que en el analisis práctico la ganancia a lazo cerrado (closed-loop gain) sea finita. ldealmente,el amplificador aumentaria las señales de todas las frecuencias del espectro,sin embargo, prácticamente no es asi;los amplificadores tienen un cierto rango de frecuencias de operación para las cuales amplificarán las señales. El balance perfecto se consigue en la construcción del circuito integrado; los componentes del par diferencial deben estar perfectamente igualados para que en el caso de voltajes iguales estos se resten mutuamente y la salida sea nula. En realidad,algunas caracteristicas del amplificador si cambian minimamente con la temperatura como voltajes de salida,por ejemplo,por lo que en algunos circuitos se notan cambios de algunos cuantos milivolts. Por rriedio de combinaciones de redes resistivo-capacitivas y amplificadores operacionales es posible la construcción de varios circuitos para diferentes funciones tales como amplificadores inversores,no-inversores,sumadores, logarítmicos,multiplicadores,integradores,difernciadores filtros ,etc. En este caso,utilizamos un amplificador inversor,el cual introduce un cambio de 180' a la fase-de la-seCial,amplif

9

icada.


El circuito amplificador inversor se muestra en la fig.2.4.2. *U2

Fig.2.4.2. Circuito inversor a base de un op-amp.

El analisis del circuito es:

La corriente I en la fig.2.4.2. esta dada por

Despejando el voltaje de salida Vo de (1) da como resultado

Vo = Vx(R2/Rl + 1) - V. R /R In 2 1 (2)

Debido a la red de retroalimentaciÓn,el op-amp es for- zado a una #'tierra virtual" en Vx, por lo tanto Vx = O .

Entonces,la ganancia del circuito inversor es

P R - O Y E C T O T E R M I N A L

2.4.1. FUNCION

La funcio'n deieste arnplificador:es~lda de,multipliW- el valor de la señal que le es provista por un factor de 2. El amplificador es independiente del filtro para asegurar la eficiencia del circuito por medio de la modularidad.

2.4.2.DESCRIPCION 1 JLIZ

I

Fig.2.4.2.1. Amplificador con ganancia 2.

El amplificador se basa en un componente activo que es el circuito integrado LM741 con dos resistores que son los que determinan el valor de la ganancia de lazo con factor 2. debido a que (1000 ohms/500 ohms = 2). El voltaje a amplificar entra por las terminales E-B y se entrega por las terminales F-B.


2.5.l.OPERACION

El circuito necesita una fuente dual de - t12 volts para su al imentaciÓn.El voltaje dual alimenta los elementos activos en las etapas de balanceo de linea,filtro pasabajos y ampli- ficación. El circuito limpia de ruido a la señal telefohica y la limita a niveles aceptables para la siguiente etapa del proyecto,que es el muestreo. Los dos resistores de entrada transmiten una corriente de 20 mA al transformador de aislamiento para inducir esa corriente en el circuito acoplado,ademas ,el amplificador operacional con alta impedancia a la entrada sirve para acoplar a la linea con la baja impedancia del transformador. A partir del punto C en el circuito,fluye la corriente de 20 mA y el capacitor de 0.47 UF recorta la señal de D.C.;la señal de A.C. que no es afectada por tal capacitor pasa por el resistor limitador de corriente (en caso de altos voltajes) y finalmente es limitada por los diodos Zener,los cuales entregan un voltaje no superior a - t 5 volts que aparece en el punto D.

El filtro pasabajos de 40 orden esta compuesto por dos filtros de 20 orden. La señal entra en el punto D y es filtrada dos veces hasta llegar al punto E,en donde es amplificada por un factor de 2 y emerge en el punto F.

- .


2.5. FUNCION GLOBAL

Basicamente,la función global de esta primera etapa del proyecto,que se refiere al filtraje,como se indica en la fig.2.5.1 ::consiste en adaptar el c,ircuito a la: linea telefÓnica,la adaptacion de la señal al circuito,la lirnitacio'h en frecuencia de la señal telefónica con

.*. I , ,

fines de eliminacion del ruido del canal telefónico y la adaptacion en amplitud de la spa1 telefónica. ~1 objetivo del I balanceo .de' -l.inea_es.-elia~ustaff,.lasc, impedancias de la linea telefónica y la del circuito en si,de modo de proveer la maxima transferencia de energia desde la linea telefónica. La parte del circuito de filtraje,que se refiere a la limitacion de voltaje,tiene como objetivo el ajustar el voltaje externo a niveles manejables para el proyecto. La tercera parte del circuito de filtraje es el filtro en si,que limita la señal a una frecuencia de corte de 3.5 KHZ y una frecuencia Cr? rechazo de 4 KHZ,asi eli- minando el ruido de mayor, frecuencia. La ultima parte del circuito de filtraje se encarga de ajustar la señal filtrada a niveles adecuados para la siguiente fase del proyecto,que es la digitaLizaciÓn de la señal.

c o € BALANCEO LIMITADOR DE - 4 4 1 FILTRO DE LINEA VOLTAJE

I PASABAJAS

! - a - e

Fig.2.5.1. Diagrama de bloques de la etapa de filtraje (repeticion de la fig.2.1. para conveniencia).


2.5.2.CONSTRUCCION 146518

El circuito de filtraje de la señal telefohica esta construido de la siguiente manera: Las conexiones estan hechas por medio de wirewrap (Entrelazado de alambre) en una tabli I la Radioshack 276-147. Las conexiones del voltaje de alimentacioh estan identificadas por los pedazos de cinta adhe- siva en los alambres rojo y azul al extremo superior izquierdo . (vea fig. 2.5.2.1.). Del extremo superior izquierdo al derecho ,se encuentran los dos resistores de 1 Kohm,el amplificador operacional LM741 (8 pins) con la muesca dirigida hacia el lado izquierdo sobre una base de circuito integrado para su fati1 reemplazo. En seguida esta el transformador de aislamiento (de 600 ohms, 1 : 1 ) se conecto sin utilizar su terminal centra1,le sigue el capacitor de bloqueo de D.C. colocado horizontalmente y en el extremo superior derecho se encuentra un resistor de carbin de 10 Kohms, 5 watts colocado verticalmente. A la mitad de la tablilla se encuentran los diodos Zener conectados horizontalmente con los citodos frente a frente ( los citodos son 1 as rayitas negras en los componentes fisicos) . Las redes resistivas y capacitivas del extremo inferior derecho corresponden al primer filtro pasabajos de 20 orden que es parte del filtro pasabajas principal de 40 orden. A la izquierda ,le sigue un amplificador operacional con la muesca hacia la derecha y otro arreglo resistivo- capacitivo con su respectivo amplificador operacional. Arriba de este amplificador operacional se encuentra otro,que corresponde a la amplificacion de la señal para su adaptación a la siguiente parte del proyecto. Los dos ultimos resistores de 500 ohms y 1 Kohm al extremo inferior izquierdo tambien Son Parte de la amplification final..La señal se recibe por 10s cables del extremo inferior izquierdo-

1

I

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I I I Li

7 V N I W 1 1 3 1 0 1 3 3 A O t l d


2.6. CONCLUSIONES

La linea telefónica esta plagada de ruido por lo que las señales varian aleatoriamente ya que son afectadas por éste. AI pasar la señal telefónica por el filtro,se nota una señal mas clara, aunque aún se nota un poco de desviacion de frecuencia con respecto a 450 HZ,

el circuito también limita ciertas señales a un nivel aceptable para las siguientes etapas. El acoplamiento de impedancias puede ser un gran problema en este tipo de circuitos,por lo que es necesario utilizar un seguidor de voltaje con alta impedancia a la entrada y baja impedancia a la salida,ademas del transformador de aislamiento que sirve para aislar la linea telefónica del circuito. El alto voltaje puede dañar la parte de balanceo linea. La solucion para esto es un circuito limitador de voltaje,que debido a falta de tiempo y algo de espacio,no fue adaptado,asi que las señales mayores a 50 volts deben ser evitadas para no quemar ambos resistores de balanceo y el circuito amplificador operacional que sirve como seguidor de voltaje, que son importantes para el ya mencionado balanceo. En caso de voltaje alto,ambos resistores y el amplificador operacional deben ser reemplazados.

P R O V E C T O T E R M I N A L

2.7. BIBLIOGRAFIA

1. FUNDAMENTOS DE INGENIERIA TELEFONICA. Enrique Herrera Perez. Editorial LIMUSA,1983.

2. INTEGRATED ELECTRONICS. Millman, Jacob. Halkias, Christos C. Editorial MCGRAW-HILL,1983.

3. OPERATIONAL AMPLIFIERS. DESIGN & APPLICATIONS. Graeme, Jerald G. Tobey, Gene E. Huelsman, Lawrence P. Editorial MCGRAW-HILLY1985.

4. COPIAS-:DE COMUNICA€IONES 4. Perez Espejo, Yudiel.

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PROYECTO TERMINAL148.206.53.84/tesiuami/UAM7113.pdf · cable se permea atravez del aislante 2 hasta alcanzar el ... aun cuando se hayan transpuesto en varias secciones. 2.1.2.DESCRIPCION