Trabajo Mezclador

5/28/2018 Trabajo Mezclador

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE INGENIERA

TRABAJO:Proyecto: MEZCLADOR DE AUDIO

BECERRI L VEGA UVALDO ALONSOMORALES DOMNGUEZ ERI CK OMAR

CIRCUI TOS INTEGRADOS ANLOGICOSPROF: LAURO SANTIAGO CRUZ

GRUPO:0420/SEP/13


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NDICE

INTRODUCCIN 3

DESARROLLO 5

CONCLUSIONES 11

BIBLIOGRAFA 14

APNDICE 15


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INTRODUCCINEl mezclador de seales (o tambin llamado sumador de seales) consisten en sumar

seales que convergen a un nodo en la entrada inversora de un amplificador, mientras

que la entrada no inversora est conectada a tierra como se observa en la figura 1, en

donde las seales de entrada al amplificador son Ve1, Ve2,, Ven.

Figura 1: Sumador Inversor

Para el anlisis de este amplificador usamos superposicin, ya que es un sistema lineal e

invariante en el tiempo, y as conseguiremos el voltaje de salida en funcin de

Ve1,Ve2Ven. Por superposicin:

(1) (2) (3)

Sumando 1,2 y 3 para obtener Vs (4)Como vemos en la ecuacin 4, la salida del amplificador de la figura 1 est determinado en

funcin de cada una de las entradas (V1, V2,, Vn), donde cada entrada es amplificada

con la relacin - . Con lo anterior observamos que tenemos control sobre la ganancia


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del amplificador, y tambin que la salida de este amplificador es una salida invertida con

respecto a la seal de entrada.

Otro concepto importante para el diseo del amplificador sumador es la etapa de

potencia, la cual est formada por transistores NPN y PNP en una configuracin colector

comn. Los atributos de esta configuracin son los siguientes:

Figura 2: Transistor NPN. Colector Comn.

Caractersticas del transistor en Colector Comn:

Ai Alta

Av Ze Alta

Zs Baja

Con las configuraciones anteriores se tienen las armas suficientes para armar unmesclador de seales de audio, en donde los voltajes V1, V2, , Vn son las entradas de

audio, Zf, Z1, Z2,, Zn son resistencias que controlarn la ganancia que tendr cada seal

de entrada, y por ltimo, los transistores que formarn parte de la etapa de potencia del

circuito, proporcionando la corriente suficiente para alcanzar una potencia de 3[W] a la

salida, que es la potencia de la bocina utilizada.


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DESARROLLODISEO.El mezclador a disear e implementar es un mezclador de 3 seales de audio y 1 seal de

un micrfono. Ests 4 seales de entrada vienen a representar las seales V1, V2, V3 y V4

en un amplificador operacional con configuracin sumador inversor, por lo que el circuito

base lucira de la siguiente manera:

Figura 3

La configuracin de la figura 3 mezcla las seales de forma satisfactoria, sin embargo en

nuestro diseo consideramos dos bocinas en paralelo de 3[W] y 8[] cada una, por lo que

para alcanzar una potencia aceptable se debe meter una etapa de potencia en nuestra

configuracin. En este caso la configuracin Push-Pull es implementado dentro la

retroalimentacin del amplificador operacional, esto da como ventaja que el voltaje de

encendido de los transistores (VBE) sea despreciable, gracias a la ganancia muy alta del

amplificador, de lo contrario este voltaje deformara la seal. As pues el push pull se

comportara de la siguiente manera:

Se utilizan dos transistores en colector comn: uno NPN (T1) y otro PNP (T2) con lo que

cuando la seal de entrada sea positiva, el voltaje en B1 ser positivo por lo que el diodo

en VBEprende, mientras que en B2 el voltaje es negativo haciendo que el diodo en V EBno

prenda. Ahora en la parte negativa de la seal de entrada, el diodo de T1 no prende y el

de T2 prende. Con lo anterior se tiene una salida sin amplificacin en voltaje, es decir, la

seal de entrada es la misma que el voltaje de salida del push-pull, pero la corriente es

amplificada.


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Figura 4

Una vez aclaradas las configuraciones anteriores, las implementamos en un solo circuito

de la siguiente manera:

Figura 5

Analizando la figura 5:

Por biclogo: En el nodo B: (5)Del nodo C: (6)


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En el nodo A: (7)En el nodo D: (8)

(9) (10) (11) (12) (13)

Sustituyendo 9 y 11 en 12: Dado que 1=2: (14)De 7 en 13:

(15)Para el amplificador: Como podemos observar la corriente a la salida del push-pull ser amplificada veces,

con lo que alcanzamos una buena amplificacin.

La resistencia RLes la bocina por lo que debemos saber que voltaje y corriente. Ya que la

bocinas que utilizaremos son de 3[W] a 8[

] y estas estn en paralelo, se deber obteneren el nodo D 1.22[A] y 4.89[V]

1

Dado que son 4 canales, cada canal debe aportar alrededor de 1.2 [V] a la salida, por lo

que de la ecuacin 4, debemos implementar una relacin de las resistencias de entrada

con la resistencia de retroalimentacin ( ) ptima para su buen funcionamiento.

Como las 3 entradas de audio tendrn entregarn un voltaje promedio parecido, debemos

pre-amplificar el micrfono electret para que a la entrada del sumador tuviera un voltaje

promedio parecido a las dems entradas. Como sabemos, el transistor en configuracin

Emisor Comn tiene una ganancia de voltaje grande, una ganancia de corriente grande,

impedancia de entrada pequea e impedancia de salida grande, por lo que decidimosutilizar un transistor en esta configuracin de la siguiente manera:

1Vase la memoria de clculos en el apndice


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Figura 6

El voltaje de entrada de 5[V], y la configuracin de la resistencia R1 y el capacitor C1 sonproporcionados por los datos del diseador2. Con el arreglo de los elementos R3 R2, C2 y

T1 logramos una amplificacin tanto de corriente como de voltaje. La salida Vs de la figura

6 ser la entrada de uno de los canales de la figura 5.

IMPLEMENTACIN.Para implementar el circuito utilizamos 5 amplificadores LM741, 4 potencimetros de

10[K] y resistencias de distintos valores. Se utiliz tambin una fuente de voltaje que

entrega +17[V] y -17[V] con la cual se polariz el circuito3.

Dado que el mezclador requiere que se tenga control absoluto de las ganancias de cada

canal y por consiguiente, de la ganancia total del circuito, implementamos tres

amplificadores ms, los cuales estaran posicionados antes de la entrada al sumador

inversor, es decir, cada canal de audio tendr su propio amplificador y posteriormente

cada seal de salida de esos amplificadores ir a cada una de las entradas del sumador

inversor. La razn de esta implementacin es que la ganancia de cada canal pueda

reducirse a cero ya que para que la relacinse reduzca a cero es necesario que Zf sea

cero. Esto lo logramos colocando un potencimetro en la retroalimentacin, con lo que

podemos manipular sin mayor problema la amplificacin de cada uno de los canales, cosa

que si se tratara de hacer implementando un potencimetro en el arreglo de la figura 5 no

se poda hacer puesto que si se colocaba el potencimetro en la entrada de cada seal la

relacin nunca sera cero y as la ganancia siempre tendra un valor, por lo que la seal de

audio siempre sonara, o bien, si el potencimetro se pona en la retroalimentacin no se

tendra control individual de las ganancias individuales.

Con esto, los cuatro amplificadores utilizados tendrn la configuracin de la figura 7.

2Vase el datasheet del electret CUI INC en el apndice.3Vase el circuito de la fuente en Diagramas en el apndice.


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Figura 7

Cada uno de los amplificadores conectados a las 3 entradas de audio tendrn una

ganancia mxima de 8.34, ya que el voltaje promedio RMS de una seal de celular o de i-

pod es de 0.7[V]. Sin embargo para el electet la amplificacin es mayor, ya que en su

implementacin, la voz tiende a perderse cuando se mezcla con otra seal de audio, poreso la ganancia mxima en el amplificador de este fue de 30.3

5.

Para el preamplificador del micrfono (figura 6) utilizamos una =3306 ya que el

transistor utilizado es un transistor TBJ 547. La ganancia para esta pre-amplificacin es de

9.84 y ya que el voltaje que entrega el electret es de 0.06[V] aproximadamente, con esta

ganancia su amplitud mxima sera de 0.6 Aproximadamente. As logramos dejar la

amplitud del electret parecida a las dems entradas de audio.

Una vez obtenidas las salidas de cada amplificador se van al sumador inversor (figura 5), el

cual tendr una ganancia unitaria, porque solamente ser utilizado para sumar las sealesy para implementar la etapa de potencia. De la ecuacin 5 obtenemos la amplificacin: Y como Medimos un voltaje mximo de 5[VRMS] a la salida en la bocina y una corriente mxima en

cada una de las bocinas (recordando que son dos bocinas en paralelo) de 0.8[mA]por loque el push-pull cumple con su cometido.

Consideraciones prcticas:

Con el objetivo de atenuar el ruido en la salida del circuito, implementamos un capacitor

de 2200*F+, que actuaba como un filtro pasa altas, ya que se encuentra en serie con la

lnea de transmisin de lnea.

4Vase detalles en la memoria de clculos del apndice5Vase detalles en la memoria de clculos del apndice6Vase el datasheet del transistor 547


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Una vez montado el circuito en el gabinete, haba un ruido ocasionado por una cada de

voltaje en los alambres que conectaban la fuente de voltaje con el mezclador de seales,

siendo ms especficos en la lnea de la alimentacin V- haba una cada de voltaje

ocasionado por la bocina ya que esta es un inductor, por esto implementamos un

capacitor de 22[nF] para corregir el pequeo desfasamiento ocasionado por la bocina.

Para hacer pasar el circuito de la protoboard a la PCB, optamos por dividir en tres etapasel circuito y hacer tres PCB por separadas, dado que hacer todo en una sola PCB

complicaba el proceso del soldado de las piezas y el tamao de la misma aumentaba.

Para alimentar al electret con 5[V] utilizamos un regulador de voltaje LM7805 el cual

conectamos entre la alimentacin positiva entregada de la fuente haca la entrada de 5[V]

de la figura 6.

Por ultimo optamos por adaptar un apagador7al circuito, el cul interrumpe la lnea de

alimentacin positiva de la fuente.

El diagrama para la simulacin y para la PCB del circuito me muestra en el apndice en la

seccin de diagramas.

SIMULACIONES

Salida A izquierda. Micrfono sin amplificar.

Salida B izquierda. Micrfono con pre amplificado.

Salida A derecha. 4 canales sumados.

Salida B derecha. Canal 1 sin amplificar.

Salida C derecha. Canal 2 sin amplificar.Salida D derecha. Canal 3 sin amplificar.

De la salida en el osciloscopio se puede apreciar:

Canal A derecha. Las 4 seales se combinan (3 de audio de celular y una de micrfono)formando una seal de audio con voltaje aproximado de 0.7 [v]

Canal B derecha. Seal de audio de 2 [KHz] con un voltaje de 700 [mV].7Diagrama de conexin del apagador en la seccin de diagramas del apndice.


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Canal C derecha. Seal de audio de 1.5 [KHz] con un voltaje de 700 [mV]. Canal D derecha. Seal de audio de 1 [KHz] con un voltaje de 700 [mV]. Canal A izquierda. Seal del micrfono de 300 Hz con un voltaje de 50 [mV]. Canal A izquierda. Seal del micrfono amplificada con un voltaje de 500 [mV].

Para las amplificaciones de los audios de celular se amplific:10[ ]

8.331.2[ ]

F

v

E

R KVa

R KV

Para el micrfono:

Pre amplificado: se amplific alrededor de 10 veces, llevando la seal a valores similaresobtenidos por las entradas de audfonos.

Amplificado: Esta etapa consta de una amplificacin aproximada de:10[ ]

30.3330[ ]

F

v

E

R KVa

R KV

Esta amplificacin es ms grande debido a que la seal es mucho menor cuandosale del pre amplificado a comparacin de las del celular.


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CONCLUSIONES

Becerril Vega Uvaldo AlonsoEste proyecto ha sido de gran utilidad para m, adems de aprender sobre amplificadores

que es lo concerniente a la materia tambin aprend sobre otras cosas como el electret, la

configuracin para transistores push-pull, la eleccin de una bocina con la potenciaadecuada para nuestro fin, y otras cosas de gran inters para la carrera.

En lo que se refiere al aprendizaje que debamos tener con los amplificadores, pude tener

experiencia con el uso del LM741 como amplificador de seales de audio y como sumador

de seales. Esta configuracin de hacer por separado cada amplificacin se debe a que

para tener el control en el volumen y realmente llegara a cero emisin de sonido

debamos poner el preset en la realimentacin y de valor mayor para que la resistencia de

entrada para que amplificara, y al llevarlo a su mnimo valor se hiciera cero. La bocina la

escogimos arbitrariamente, pero ayud el que muchos de los clculos correspondieran

con lo necesario para el buen funcionamiento de la bocina.

Muchos de los problemas que nos encontramos los solucionamos directamente en la

prctica sin hacer clculos, cosa que te abre el panorama para en caso de volver a

aparecer el problema tener la habilidad de resolverlo. El problema de mayor magnitud fue

el micrfono, ya que su amplificado es diferente y en la prctica este dispositivo es muy

sensible, desde tocarlo directamente, hasta al ruido del entorno. Para su pre amplificado

decidimos usar un transistor TBJ ya que si amplificaba la seal a comparacin del

amplificador operacional que no nos entregaba una respuesta.

La etapa del sumador no present problemas, ya que nicamente se trata de una

configuracin con ganancia unitaria. As mismo la etapa del push-pull fue de fcil

aplicacin con lo aprendido en la teora, slo se tuvo que elegir el transistor ms adecuado

para nuestra aplicacin.

Otro inconveniente fue el llevar el circuito de la protoboard a un circuito impreso, estocon mayor responsabilidad sobre los programas usados que solo podan hacer la

configuracin con dos caras. Esto se arregl dividiendo todo el circuito en tres partes:

sumador, las tres entradas de audio de celular con su amplificacin y el micrfono con su

pre amplificacin y amplificacin.

En conclusin el mezclador de seales fue de gran ayuda para tener conocimientos nuevos

y reforzar los vistos en clase. Me surgen preguntas como Por qu el pre amplificado no

funcion con un amplificador operacional? Qu tienen de diferente los amplificadores

operacionales enfocados en audio? En vista de que mis compaeros tienen tambin

problemas con el micrfono, Cul ser la configuracin adecuada para su funcionamiento

ptimo?Morales Domnguez Erick Omar.El concepto del circuito bsico para la implementacin de este proyecto es fcil y rpido

de analizar, sin embargo conforme se implementa de forma prctica, surgen problemas

que a nivel pizarrn no se toman en cuenta, un ejemplo claro es la implementacin del

capacitor que hicimos entre la alimentacin negativa de la fuente y la tierra de la misma,

para evitar cadas de voltaje en dicha lnea y as evitar distorsiones en la seal de salida del

circuito. Observ tambin que cuando se pone una ganancia muy alta en los


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amplificadores, la seal de ruido se satura y esto se representa en que la seal no se oye

bien.

La implementacin de capacitores ayuda a evitar el ruido ya que funcionaban como filtros

paso altas, es decir, solo las frecuencias grandes eran las que pasaban y as se recortaba

un poco de ruido en la seal de salida.En el diseo del circuito pudimos utilizar amplificadores TL082 en lugar de amplificadores

LM741 ya que los primeros tienen dos amplificadores en un solo dispositivo, mientras que

los LM741 solo tienen uno por lo que utilizan ms espacio. As mismo, dado que no se

utiliz la compensacin en los amplificadores, patitas sin utilizar de los amplificadores.

No se compens en los amplificadores las corrientes de Iio, Ib y el voltaje Vio dado que a

voltajes pequeitos no importaba mucho lo que pasaba puesto que el odo apenas

comenzaba a or.

En los presets utilizados, conectamos dos de sus patitas entre si, dado que daba una

mayor estabilidad en el ruido, es decir, no entraba ruido al circuito, solo que al soldar

estas patitas las perillas se prendan y apagaban en sentidos que eran poco prcticos.


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BIBLIOGRAFA

Electrnica s, Aprende practicando:Preamplificador para el electret, recuperado el 20 de

Septiembre de: http://www.electronicasi.com/ensenanzas/electronica-elemental/aprender-electronica-practicando/aprende-practicando-pre-amplificador-para-microfono-electret/.

Electrnica y ciencia: Blog tcnico sobre proyectos caseros de electrnica, informtica yfsica: Utilizar un micrfono electret, recuperado el 21 de Septiembre de:

http://electronicayciencia.blogspot.mx/2010/06/utilizar-un-microfono-electret.html
http://www.electronicasi.com/ensenanzas/electronica-elemental/aprender-electronica-practicando/aprende-practicando-pre-amplificador-para-microfono-electret/http://www.electronicasi.com/ensenanzas/electronica-elemental/aprender-electronica-practicando/aprende-practicando-pre-amplificador-para-microfono-electret/http://www.electronicasi.com/ensenanzas/electronica-elemental/aprender-electronica-practicando/aprende-practicando-pre-amplificador-para-microfono-electret/http://electronicayciencia.blogspot.mx/2010/06/utilizar-un-microfono-electret.htmlhttp://electronicayciencia.blogspot.mx/2010/06/utilizar-un-microfono-electret.htmlhttp://electronicayciencia.blogspot.mx/2010/06/utilizar-un-microfono-electret.htmlhttp://www.electronicasi.com/ensenanzas/electronica-elemental/aprender-electronica-practicando/aprende-practicando-pre-amplificador-para-microfono-electret/http://www.electronicasi.com/ensenanzas/electronica-elemental/aprender-electronica-practicando/aprende-practicando-pre-amplificador-para-microfono-electret/


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ApndiceMemoria de clcul os

Clculo de voltaje y corriente en las bocinas:

Ilustracin 1

[][][] [][] []

Dado que son iguales: [] []

Pre-amplificacin del micrfono electret:

Ilustracin 2


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El anlisis en DC

Ilustracin 3

En el nodo de Va: (1.1)Suponiendo transistor en activa directa:

(1.2)

(1.3) (1.4)El anlisis de AC:

Ilustracin 4


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Utilizamos el circuito de la ilustracin 4 para acomodarlo en un modelo de parmetros : (1.5) (1.6)

Ilustracin 5

En nodo A

(1.7)

De la ecuacin 1.1:

[] [] [] []De la ecuacin 1.2: [][]Dela ecuacin 1.5:

[][] []

De la ecuacin 1.6:


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[][] De la ecuacin 1.7:

[][][] [] Amplificador de los canales de audio.

En la figura 6 se muestra un amplificador en configuracin inversora, por lo que:

Donde: []

[

]

Por lo que la amplitud mxima de Vs1: [][] Como los tres amplificadores sern iguales:

Ilustracin 6

Amplificador para el canal del micrfono:

[][]


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Ilustracin 7

Diagramas.

Diagrama del apagador del mezclador:

Ilustracin 8

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