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Índice

Tema.……………………………………………………………………………………1 Introducción…………………………………………………………………………….1 Configuración del Circuito…………………………………………………………….4 Cálculos…………………………………………………………………………………7 Construcción y Pruebas……………………………………………………………..10 Circuito Final con valores Comerciales……………………………………………12 Conclusión…………………………………………………………………………….14

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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.

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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.

Donde Q = Factor de calidad fo = Frecuencia central BW = ancho de banda

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. Donde para poder calcular este filtro se necesitan las siguientes formulas: Pero se debe de cumplir con la siguiente condición:

OfQBW

=

1 2

1 2 3

1

2O

R Rf

C R R Rπ+= 1 2 O

QR

f CAvπ=

2 22 (2 )O

QR

f C Q Avπ=

− 3O

QR

f Cπ=

2

AVQ >

0

50%

3

0

1

4

2

5

V IN R2

R1

-V

+V

C1

C2

R3

V OUT

4

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 kΩ 7.- 1 Potenciómetro de 1.2 kΩ 8.- 1 Potenciómetro de 1 kΩ 9.- 2 entradas para pila 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.

5

C1

10uF

R1

10kΩ

R2

100kΩ

R3

47kΩ

C2

1.0uFR4

10KΩ_LINKey = A

50%

V19 V

V29 V

C3

10uF

R5

10kΩ

R6

100kΩ

C4

1.0uFR7

10KΩ_LINKey = A

50%

V39 V

V49 V

R8

47kΩ

V59 V

V69 V

R9

100kΩ

C5

10uFR1010kΩ

Mezclador

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.

6

V59 V

V69 V

R1

1.0kΩ R268Ω

C1

100nF

C2

100nFR3

1.0kΩR4

1KΩ_LINKey = A

50%

V19 V

V29 V

C3

100nF

C4

100nF

V39 V

V49 V

C5

100nF

C6

100nF

R12

1KΩ_LINKey = A

50%

R6680Ω

R7

6.8kΩ

R810KΩ_LINKey = A

50%

R9

1.5kΩ

R11

2.2kΩ

R5

8.2kΩ

R10220Ω

Selector de tres Bandas Angostas

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.

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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 (fc1) 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). Después se debe de cumplir la condición de Q

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: Para el cálculo de la primera resistencia (R2) se obtiene de la siguiente manera: Para el cálculo de la primera resistencia (R3) se obtiene de la siguiente manera: Para la realización del filtro físicamente se redondean el valor de (R1, R2, R3) a valores próximos de resistencias comerciales. Quedando de la siguiente forma R1 de valor de 1.06 KΩ se redondea a 1 KΩ, la R2 de valor de 70.06 Ω a 68 Ω y la R3 de valor de 2KΩ se coloca una resistencia fija de 1KΩ y una variable de 1KΩ.

4.252.83

1.5OfQ

BW= = =

1 2 5 3.5 1.5C CBW f f kHz Khz= − = − =

1; .707 2.83 .707

2Q Q> > = >

1 6 3

2.831.06

6.28 (0.1 10 ) (4.25 10 ) 1R K

x x x x x−= = Ω

2 6 3 2

2.8370.6

6.28 (0.1 10 ) (4.25 10 ) (2(2.83) 1)R

x x x x x−= = Ω−

3 2(1 ) 1 2R K x K= Ω = Ω

0

3

0

1

4

2

5

V IN

-V

+V

V OUT

100nF

100nF

1.0kΩ

1.0kΩ

68Ω

1KΩ_LINKey = 0

50%

8

0

3

0

1

4

2

5

V IN

-V

+V

V OUT

100nF

100nF8.2kΩ

680Ω

6.8kΩ 10Ω_LINKey = A

50%

2º Banda del ecualizador

Se propone una ganancia (Av) de 1, con un capacitor de 0.1µF. y con una frecuencia de corte 1 (fc1) 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).

1 2 600 400 200C CBW f f Hz Hz= − = − = Después se debe de cumplir la condición de Q

5002.5

200OfQ

BW= = =

1; .707 2.5 .707

2Q Q> > = >

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:

1 6

2.57.9

6.28 (0.1 10 ) (500) 1R K

x x x x−= = Ω

Para el cálculo de la primera resistencia (R2) se obtiene de la siguiente manera:

2 6 2

2.83692.32

6.28 (0.1 10 ) (500) (2(2.5) 1)R

x x x x−= = Ω−

Para el cálculo de la primera resistencia (R3) se obtiene de la siguiente manera: 3 2(8.2 ) 1 16.4R K x K= Ω = Ω

Para la realización del filtro físicamente se redondean el valor de (R1, R2, R3) a valores próximos de resistencias comerciales. Quedando de la siguiente forma R1 de valor de 7.9 KΩ se redondea a 8.2 KΩ, la R2 de valor de 692.32 Ω a 680 Ω y la R3 de valor de 16.4 KΩ se coloca una resistencia fija de 6.8 KΩ y una variable de 10 KΩ

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3º Banda del ecualizador

Se propone una ganancia (Av) de 1, con un capacitor de 0.1µF y con una frecuencia de corte 1 (fc1) 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).

1 2 2.5 1.5 200C CBW f f KHz Khz= − = − = Después se debe de cumplir la condición de Q

22

1Of K

QBW

Ω= = = 1

; .707 2.5 .7072

Q Q> > = >

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:

1 6 3

21.59

6.28 (0.1 10 ) (2 10 ) 1R K

x x x x x−= = Ω

Para el cálculo de la primera resistencia (R2) se obtiene de la siguiente manera:

2 6 3 2

2.227.4

6.28 (0.1 10 ) (2 10 ) (2(2) 1)R

x x x x x−= = Ω−

Para el cálculo de la primera resistencia (R3) se obtiene de la siguiente manera:

3 2(1.5 ) 1 3R K x K= Ω = Ω

Para la realización del filtro físicamente se redondean el valor de (R1, R2, R3) a valores próximos de resistencias comerciales. Quedando de la siguiente forma R1 de valor de 1.59 KΩ se redondea a 1.5 KΩ, la R2 de valor de 227.4 Ω a 220 Ω y la R3 de valor de 3KΩ se coloca una resistencia fija de 2.2 KΩ y una variable de 1KΩ

0

3

0

1

4

2

5

V IN

-V

+V

V OUT

100nF

100nF

1KΩ_LINKey = A

50%2.2kΩ

1.5kΩ

220Ω

10

Mezclador Físicamente Entrada (Discman) Entrada (iPod) Selector de tres Bandas Angostas Físicamente Entrada

Para conectar los dispositivos se requirieron dos cables con entrada Jack macho, de los cuales se determinó la tierra y las líneas de audio.

Una vez hecho esto se escogió qué salida utilizar, decidiéndose por las de color azul.

Salida a bocinas

Tierra

Tierra Salida 1

Salida 2

Salida

Ganancia y Control de Volumen

Mezclador

11

Para conectar las bocinas fue necesario utilizar un cable con entrada Jack hembra, del cual se determinó la tierra y las líneas de audio.

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:

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.

Tierra

Entrada 1

Entrada 2

Tierra Común

9V (positivo)

-9V (negativo)

12

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

13

C1

10uF

R1

10kΩ

R2

100kΩ

R3

47kΩ

C2

1.0uFR4

10KΩ_LINKey = A

50%

V19 V

V29 V

C3

10uF

R5

10kΩ

R6

100kΩ

C4

1.0uFR7

10KΩ_LINKey = A

50%

V39 V

V49 V

R8

47kΩ

V59 V

V69 V

R9

100kΩ

C5

10uFR1010kΩ

V59 V

V69 V

R1

1.0kΩ R268Ω

C1

100nF

C2

100nFR3

1.0kΩR4

1KΩ_LINKey = A

50%

V19 V

V29 V

C3

100nF

C4

100nF

V39 V

V49 V

C5

100nF

C6

100nF

R12

1KΩ_LINKey = A

50%

R6680Ω

R7

6.8kΩ

R810KΩ_LINKey = A

50%

R9

1.5kΩ

R11

2.2kΩ

R5

8.2kΩ

R10220Ω

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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.