Fase4-actividad 4 -Luis andres ramos PDF

Preview

Summary

electrónica digital ejercicios...

Description

Unidad 4: Fase 4 - Presentar solución al problema de luces audio rítmicas de 3 canales

Presentado por: Luis Andrés Ramos Codigo:94391765 Oscar Gutiérrez Codigo: JULIO RAFAEL ANILLO Código: William Alfonso Torres Moran Codigo: 72230484 JACKSON SMITH GIRALDO MARTINEZ Código:

Grupo: 201424_40

Tutor: John Jairo Leiva

Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería (ECBTI)

Ingeniería Electrónica Mayo 2020

Introducción

El presente trabajo contiene la explicación del funcionamiento del circuito de luces de audio rítmicas de 3 canales con el uso de amplificadores operacionales LM324 bajo los conceptos de los filtros activos, osciladores y reguladores donde se explica en forma teórica, argumentativa y practica el funcionamiento de dicho circuito

A lo largo de la historia, el sonido ha sido fuente de inspiración y comunicación para el ser humano, y además, es primordial en los primeros años del desarrollo de la creatividad y de la vida afectiva de una persona. Esto se ve argumentado en numerosos estudios en donde se concluye el beneficio de tener inteligencia musical a temprana edad. El sonido es indispensable en la educación de los niños1 ya que ayuda a mejorar la capacidad de concentración, las capacidades sensorio-motrices, la memoria, a expresar sus sentimientos, a estimular la imaginación y la creatividad, entre otros aspectos, que son fundamentales para el crecimiento y el desarrollo. Pero desafortunadamente no todas las personas tienen el privilegio de contar con un sistema auditivo sano que les permita desarrollarse de esta manera, y estas personas pertenecen a la población de los sordos. Este tipo de iluminación es muy habitual en lugares de baile como clubes y discotecas ya que las luces de diferentes colores y ubicaciones se encienden al ritmo de la música o el audio local y en función al tono del sonido. Con los sonidos graves se pueden accionar luces de un color determinado, azul, por ejemplo. Con los sonidos de tono medio se accionarán otras de otro color, podrían ser amarillas. Y con las notas agudas (como la voz humana) se accionarán otras luces que pueden ser verdes. Aunque esto queda a gusto de cada Uno.

Objetivos.



Plantear teóricamente un funcionamiento del circuito a trabajar.



Realizar los cálculos pertinentes a cada uno de los componentes del circuito para este caso las resistencias de retroalimentación y los voltajes de salida de los filtros activos en su configuración.



Tomar conocimiento de las aplicaciones y funcionamiento de cada una de las configuraciones de los filtros activos.



Simular el circuito propuesto y evidenciar el funcionamiento de cada filtro pasivo con las medidas en el osciloscopio.

Actividades a desarrollar

Individuales:

1. Fundamentación Teórica. (Primera Semana)

Figura No. 1. Diagrama Esquemático de Luces audio rítmicas Fuente: Autor.

1.1. Luego de la lectura de los recursos educativos requeridos para la Unidad 4, Cada estudiante debe describir con sus propias palabras la teoría de funcionamiento del circuito anterior. Argumentación. (Segunda Semana).

1.1

Argumentar matemáticamente el diseño presentado dando respuesta a lo que a continuación se solicita:

-Estudiante 1: a.) Identifique el tipo de filtro activo construido con el amp op U1:A, calcule el valor de R1 para exista una respuesta Butterworth y la frecuencia de corte fc1.

-Estudiante 2: b.) Identifique el tipo de filtro activo construido con el amp op U1:C, calcule el valor de R8 para exista una respuesta Butterworth y la frecuencia de corte fc2 usando como valores de C6 y C5 = 0.1uF.

-Estudiante 3 y 4: c.) Identifique el tipo configuración del amplificador U1:B, teniendo en cuenta los valores calculados fc1 y fc2 calcule BW, fo y Q.

-Estudiante 5: d.) Conociendo los valores de BW fo y Q calcule el valor de R5, R11 y R12 para una ganancia Ao = 2Q2/4.

Desarrollo: Teoría. (Luis Andrés Ramos) Estudiante 5 Filtros: un filtro es un circuito construido o diseñado con el fin de permitir el paso de una banda de frecuencias específica, mientras atenúa todas las señales que se encuentran por fuera de dicha banda, los filtros son usados para el acondicionamiento de una señal de entrada para la digitalización de señales o para el acondicionamiento de una señal producida los circuitos de filtros pueden ser activos o pasivos la diferencia se determina en que los filtros pasivos, constan tan solo de resistores ,inductores y capacitores, mientras que los activos emplean en su funcionamiento transistores o amplificadores operacionales, resistores ,inductores, capacitores y a demás son de menos costo .existen cuatro tipo de filtros que funcionan a la función de transferencia. Se clasifican en: 1-pasa-bajas 2-Pasa-altas 3-Pasa-banda 4-supresor de-banda

Los dispositivos activos proporcionan ganancia de voltaje y los pasivos selectividad de frecuencia en función de su respuesta general. Son los más usados debido que son de bajo costo y su respuesta es más precisa, a un que una desventaja es que requieren de una fuente dual para su funcionamiento. Existen también 4 tipos de diseños de filtros activos: -Butterworth: su ganancia es la más plana posible. Aunque la pendiente de transición es mediocre la respuesta transitoria es satisfactoria. -Chebychev: Tiene mucho rizado en la banda de paso y la pendiente de transición es más alta que la del filtro Butterworth. -Bessel: La deformación de la señal es mínima a un que tiene un desfase lineal con la frecuencia. -Caver o Eliptico: Tiene rizado arriba y en la caída. estos filtros son los más adecuados para una eliminación de una frecuencia especifica. Luis Andrés Ramos:

1.1

R/U1: A- En este caso vemos un circuito conformado por tres etapas o canales los cuales en su función individual hacen las

veces de filtros activos por lo que se van a utilizar amplificadores operacionales (LM324), permitiendo filtrar la señal de entrada. En la primera etapa observamos la configuración de un filtro pasa-bajas de segundo orden sabiendo que presenta 2 polos (número de par RC presente en el circuito) se comporta como un amplificador no inversor puesto que su entrada está conectada a este terminal según su funcionamiento dicho amplificador, el cual determina que todas las frecuencias inferiores a la frecuencia de corte(fc) van a pesar y las amplitudes que excedan esta frecuencia van a ser atenuadas dejando una amplitud de la señal de entrada va a permitir el paso de corriente hacia el led D1.

Seguido el U1: B-como vemos representa un filtro pasa-banda En este caso vemos un filtro activo trabaja con el amplificador U1: B con retroalimentación múltiple se le denomina así debido que existen dos trayectorias de retro alimentación por que la realimentación esta entre la resistencia (R11 y C3); el polo conformado por (C3 y R12) proporcionan la respuesta pasa baja entonces (C4 Y R11), proporcionan la repuesta pasa alta. Su ganancia ( A 0 ¿

se tiene en la frecuencia

central. En esta configuración solo pasan las frecuencias de 800Hz.permitiendo con ello que el led D2 encenderá y apagará con frecuencias de 800Hz y por encima o por debajo de este valor permanecerá apagado determinando valor central de su frecuencia sabiendo que estos filtros solo dejan pasar una frecuencia mientras atenúan las que están fuera de esta banda

Por ultimo vemos un filtro pasa-alto U1:C, el cual solo permite el paso como su nombre lo indica de frecuencias altas en donde su señal de retro alimentación se hace por medio de la resistencia (R13) por lo cual pasaran solo frecuencias altas del orden de 3Khz determinando el paso de la señal si este valor está por encima el led encenderá si estuviese por debajo de este valor no habrá paso de señal y el led ubicado como D3 estará apagado igual que los amplificadores anteriores este es de segundo orden.

Estudiante 5: d.) Conociendo los valores de BW fo y Q calcule el valor de R5, R11 y R12 para una ganancia Ao = 2Q2/4.

R/ Tomando los valores obtenidos anteriores del estudiante (3y4) para el cálculo de (BW, fo, y Q) decimos que: Para la resistencia R5=

Q 2 π f 0 C A0

R 5=

0,35 −6 ( ) 2 π 503.289 Hz (0,01∗10 )(0,0612)

= 572 Ω

Para la resistencia R11. R 11=

R 11=

Q πf0C

0,35 −6

2 π (1591)(0,01∗10 )

=3501=3 KΩ

R 11=7 K Para la resistencia R12 R 12=

Q 2 π f 0 (2Q 2− A 0)

R 12=

0,35 =600 Ω 2 π (503,289 )( 0,245 −0,0612)

2. Solución. (Tercera semana) Luis Andres Ramos: Estudiante 5 2.1

Cada estudiante debe presentar la simulación del circuito de luces rítmicas de 3 canales propuesto en la que se evidencie el correcto funcionamiento y las siguientes mediciones usando el osciloscopio.

-Amplitud de la señal de salida del amplificador U1: A, U1:B y U1:C para una señal sinusoidal de entrada de 100Hz, 500Hz y 3Khz a 5Vp de amplitud.

Determinando para el primero U1: A la respuesta en frecuencia la cual solo deja pasar señales por debajo de la frecuencia de corte.

Para el amplificador U1:B como vemos la curva indica que

Para el amplificador U1:C

JULIO RAFAEL ANILLO Estudiante 2 Fundamentación Teórica. Primero comenzaremos a explicar que son las luces audio rítmicas, este tipo de iluminación es habitual en lugares de baile como clubes o discotecas ya que la luz de diferentes colores se enciende al ritmo de la música o audio local y en función al tono del sonido. Con los sonidos graves se pueden emplear luces de un color determinado azul (para este caso). Con sonidos de tono medio se accionan de color amarillo. Y con las notas agudas (voz humana) podrían ser de color amarillo o rojo.

Habiendo dado esta pequeña introducción pasaremos a explicar el circuito en sí. Tenemos como primera medida nuestros dos generados de corriente directa conectados a tierra, donde el U1_V+, y el U1_V- están conectados al pin 4 (positivo) y pin 11 (negativo) del LM324

Hablaremos un poco del LM348 y el funcionamiento que este tiene en nuestro circuito. Son amplificadores compensadores por frecuencia operacionales que son diseñados expresamente para funcionar de un suministro solo sobre una amplia gama de voltaje. Para este caso se trabaja con filtros activos, los cuales son capaces de dejar pasar señales con ciertas frecuencias seleccionadas al mismo tiempo que rechazan otras con otras frecuencias. Los dispositivos activos proporcionan ganancia de voltaje y los pasivos selectividad de frecuencia. En función de su respuesta general, las cuatro categorías básicas de filtros activos son (para nuestro circuito solo manejaremos las 3 primeras):

-

La pasa bajas

-

La pasa altas

-

Los pasa banda

-

Los supresores de banda.

U1:A En el U1:A se está presentado un filtro pasa baja activo de segundo orden (dos polos) en modo amplificador no inversor

Si los componentes que acompañan este amplificador son diferentes entre sí, se emplea la siguiente formula: f c=

1 2 π√ RA RB C A C B

Pero si los valores de los componentes son iguales, tales que RA = RB y CA = CB, solo para este caso, la expresión para la frecuencia de corte se simplifica de la siguiente forma: f c=

1 2 πRC U1: B

El U1: B se representa como un filtro pasa banda con retroalimentación múltiple, el cual es una fusión de un pasa baja con un pasa alta, se dice que es de retroalimentación

múltiple porque si observamos en la salida se manda a la entrada a través del R11 y C3. Hay que tener presente que la función de pasa baja será entre R5 y C3 y el pasa alta será entre C4 y R11, la resistencia 12 es propio de esta configuración para que funcione.

U1: C Por ultimo tenemos el U1: C, el cual es un filtro pasa alta de segundo orden (2 polos), también es un amplificador no inversor.

Al igual que en el U1: B, si los valores de los componentes llegan a ser iguales, o sea que RA=RB=R y CA = CB = C. La expresión para hallar su frecuencia critica quedaría simplificada de la siguiente manera: f c=

1 2 πRC

JULIO RAFAEL ANILLO

Argumentación Estudiante 2 Argumentar matemáticamente el diseño presentado dando respuesta a lo que a continuación se solicita:

JULIO RAFAEL ANILLO

a.) Identifique el tipo de filtro activo construido con el amp op U1:A, calcule el valor de R1 para exista una respuesta Butterworth y la frecuencia de corte fc. -Estudiante 2:

b.) Identifique el tipo de filtro activo construido con el amp op U1:C, calcule el valor de R8 para exista una respuesta Butterworth y la frecuencia de corte fc usando como valores de C6 y C5 = 0.1uF. Estudiante 2: JULIO RAFAEL ANILLO Respuesta: El circuito eléctrico se comporta como un filtro pasa altas. El filtro paso alto ideal es un circuito que permite el paso de las frecuencias por encima de la frecuencia de corte (Fc) y elimina las que sean inferiores a ésta, se puede observar que posee dos polos y es un amplificador no inversor. Los valores para la constante K y el factor de calidad Q dependen de la tabla de aproximación que se vaya a usar.

Hay que tener en cuenta que la ganancia A de este filtro debe ser igual o mayor uno A >1 Aplicamos las ecuaciones.

Empezamos a calcular el valor de la resistencia R8, teniendo en cuenta que: R1=R13 R2= R14

Entonces: R13 =

R14 =

m 2 π f 0C R13 m2

Si R1= R2 =1k Ra=1 k

Rb=? Teniendo en claro estos parámetros, decimo que la ganancia es: A=1

Teniendo este valor calculamos el valor de la resistencia Rb Rb = A R 2

Rb=1∗1 k=1 k Hallamos la frecuencia de corte, recordando los valores que nos proporcionaron de los condensadores 1 y 2. R1= R2 =R

C1 =C2=C f c=

1 2 πRC

f c=

1 2 π∗1 k∗0.1∗10−6 F

f c =1591.54 Hz JULIO RAFAEL ANILLO :

Simulación enviada al foro

https://campus113.unad.edu.co/ecbti63/pluginfile.php/2584/mod_forum/attachment/2718 36/SimulacionFase4.pdsprj

JULIO RAFAEL ANILLO

Oscar Gutiérrez: Estudiante: -Estudiante 3 y 4: Este circuito está diseñado para trabajar con filtros activos, porque cuenta con amplificadores en función de luces audio rítmicas de 3 canales. Los filtros activos son circuitos capaces de dejar pasar señales con ciertas frecuencias seleccionadas al mismo tiempo que rechazan otras con otras frecuencias. Como también proporcionan ganancia de voltaje.

Para el primer canal U1:A, cuenta con un circuito de filtro pasa baja activo de segundo orden con dos polos, donde cuenta con una banda de paso que su función es solo dejar pasar las frecuencias que estén por debajo de la frecuencia de corte, que es la señal correspondiente para el encendido del diodo LED- (D1).

Para el segunda canal U1:B, cuenta con un circuito de filtro activo pasa banda con realimentación múltiple, que son la combinación de un filtro pasa bajas con un filtro pasa altas, forman una banda de paso delimitada que su función es rechazar cualquier señal que este por debajo de la frecuencia del filtro pasa alta y cualquier señal que este por arriaba de la frecuencia del filtro pasa bajas, dejando pasar solo la señal correspondiente para el encendido del diodo LED- (D2).

Y para el tercer canal U1:C, cuenta con un circuito de filtro pasa alta activo, donde cuenta con una banda de paso que su función es solo dejar pasar las frecuencias que estén por arriba de la frecuencia de corte, y dejar pasar la señal correspondiente para el encendido del diodo LED- (D3).

Argumentación: Oscar Gutiérrez:

-Estudiante 3 y 4: c.) Identifique el tipo configuración del amplificador U1:B, teniendo en cuenta los valores calculados fc1 y fc2 calcule BW, fo y Q.

BW =f c2−f c 1 BW =1591.54 HZ −159.154 HZ BW =1432.38 HZ

0=¿ √ f c 1∗f c2 f¿ 0=¿ √ 159.154∗1591.54 f¿ 0=¿ 503.289 HZ f¿ Q=f 0 /BW Q=503.289 HZ /1432.38 HZ Q=0.35

Simulación: Oscar Gutiérrez:

3.1 Cada estudiante debe presentar la simulación del circuito de luces rítmicas de 3 canales propuesto en la que se evidencie el correcto funcionamiento y las siguientes mediciones usando el osciloscopio.

-Amplitud de la señal de salida del amplificador U1: A, U1:B y U1:C para una señal sinusoidal de entrada de 100Hz, 500Hz y 3Khz a 5Vp de amplitud.

JACKSON SMITH GIRALDO MARTINEZ : Estudiante:1

En la descripción de este circuito y su funcionamiento vamos a tratar el tema de filtros activos para la aplicación de luces audio rítmicas.

El circuito está conformado por tres filtros activos formados por filtros pasivos unidos a un amplificador operacional el cual aporta ganancia a la señal filtrada. Estos filtros activos van a dejar pasar las frecuencias según la configuración de cada uno de la siguiente manera.

Empezamos con el primer filtro activo denominado en el circuito como U1:A, el cual es un filtro activo pasa bajas que va a atenuar las frecuencias por encima de su frecuencia de corte, dejando pasar solo las frecuencias bajas hacia el circuito de carga para encender el LED D1 de las luces audio rítmicas.

En segundo lugar, encontramos un filtro activo pasa banda denominado U1:B, el cual es un filtro activo pasa banda que atenúa las frecuencias que estén por encima y por debajo de las frecuencias permitidas para la banda según la configuración del filtro, luego las señales con frecuencias dentro de la banda pasan al circuito de carga donde se enciende el LED D2 de las luces audio rítmicas.

Por último, encontramos el filtro pasa altas denominado U1:C, el cual solo nos va a dejar pasar frecuencias superiores a la frecuencia de corte del filtro activo,

pasando así estas frecuencias a el circuito de carga donde se enciende el LED D3 de nuestras luces audio rítmicas.

Como vemos para esta aplicación los LEDS de nuestro circuito estarán encendiendo y apagando de acuerdo con las frecuencias que pasen por los filtros activos, teniendo así un encendido de los LEDS al ritmo de la señal de audio que se aplique a su entrada.

Argumentación: JACKSON SMITH GIRALDO MARTINEZ : Estudiante 1 2.2

Argumentar matemáticamente el diseño presentado dando respuesta a lo que a continuación se solicita:

-Estudiante 1: a.) Identifique el tipo de filtro activo construido con el amp op U1:A, calcule el valor de R1 para exista una respuesta Butterworth y la frecuencia de corte fc1. Para este filtro se identifica un filtro activo pasa bajas de segundo orden tipo SallenKey con filtros pasivos RC.

Tomamos el valor del factor de amortiguamiento de 0,586 para una respuesta Butterworth de este tipo de filtro activo de segundo orden y la siguiente fórmula. R1 =0,586 R2 Despejamos R1 de esta ecuación obteniendo

R1=0,586 • R 2

Reemplazamos valores R1=0,586 •1 kΩ=0,586 kΩ R1=586 Ω

Para el cálculo de la frecuencia de corte tomamos la siguiente formula ya que las resistencias y los condensadores de los filtros son de igual valor. f c=

1 2 πRC Reemplazamos valores en la ecuación y operamos.

f c=

1 =159,2 Hz 2 π • 1000 • 1 x 10−6

f c =159,2 Hz

Simulación: : JACKSON SMITH GIRALDO MARTINEZ :

William Alfonso Torres Moran Estudiante: 3 y 4: Luego de la lectura de los recursos educativos requeridos para la Unidad 4, Cada estudiante debe describir con sus propias palabras...