Activ i Dad Final

TRABAJO FINAL

ANALISIS DE CIRCUITOS AC

PRESENTADO POR: JOHN ANGARITA PIRAJAN OSCAR CASTILLO PEREZ ROBERT JOSE MAYO

PRESENTADO A: ING : MANUEL ENRIQUE WAGNER TUTOR

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA JULIO 2017

INTRODUCCIÓN

Mediante la temática del curso de Análisis de Circuito AC, se enfocó en darnos a conocer el funcionamiento de generación y reproducción de sonidos de cualquier índole, requiriendo ciertos medios electrónicos, en este caso mediante un acople de un amplificador de audio y la salida mediante los altavoces. El amplificador de audio permite que la comunicación del sonido sea captado correctamente en una señal de audio más acorde a nuestro oído, y es que a la hora de ser reproducida y pasada por diversos procesos electrónicos es de compensar errores, la señal se escuchará con más nitidez. Es por esta razón que el tema central de este proyecto se refiere a eso en crear un separador de frecuencias, que acople amplificador de audio y estos a unos altavoces que reproduzcan los sonidos graves, medios y agudos, que en la reproducción del sonido sea una fiel generación de ondas sonoras audibles corrigiendo ciertos problemas de ruidos y suciedad en la onda.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Realizar los cálculos y verificación necesaria para un circuito separador de frecuencias que acopla un amplificador de audio a los altavoces de frecuencia alta, media y baja.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Conocer el proceso de la señal de onda una vez que pasa por el amplificador.  Verificar los procesos de cada uno de los filtros para que llegue el sonido de la mejor forma posible sin ruido y sin errores.

PROPUESTA

El trabajo final se enfocó en un circuito separador de frecuencias, que acople amplificador de audio y altavoces de frecuencia con bajas un Woofer hasta 3 KHZ y con altas un Tweeter de 40Khz a 1 KHZ Con la realización del circuito con Resistencias, condensadores y inductancias, realizando los cálculos, tablas y las respectivas graficas en el simulador.

Circuito separador de frecuencias

Una aplicación común de los filtros es la red de separación que acopla un amplificador e audio a los altavoces de frecuencia alta y baja, como se muestra en la figura. La red consta básicamente de un filtro RC pasa altos y de un filtro RL pasa bajos. Dirige las frecuencias mayores a una frecuencia de corte determinada (FC) hacia el altavoz de alta frecuencia, y las frecuencias menores de la frecuencia de corte hacia el altavoz de bajas frecuencias. Estos altavoces se ha diseñado para obtener ciertas respuestas en frecuencia, el de bajas frecuencias (WOOFER) se diseña para reproducir la parte baja del espectro de frecuencia hasta aproximadamente 3 Khz. El altavoz de frecuencias altas (TWEETER) puede reproducir frecuencias de audio desde cerca de 4 Khz hasta casi 1 Khz. Es posible combinar los dos tipos de altavoces para reproducir el rango de audio completo de interés y proporcionar la óptima respuesta en frecuencia. Al sustituir el amplificador con una fuente de tención, el circuito equivalente aproximado en la red de separación se muestra en la figura, donde los altavoces se modelan mediante resistencias. Como un filtro pasa altas, la función de transferencia V1/V2 es dada por 𝐻1 (𝑤) =

𝑉1 𝑗𝑤𝑅1𝐶 = 𝑉𝑠 1 + 𝑗𝑤𝑟1𝐶

De manera similar, la función de trasferencia de filtro pasa bajas está dada por 𝐻1 (𝑤) =

𝑉2 𝑅2 = 𝑉𝑠 𝑅2 + 𝑗𝑤𝐿

Los valores de R1,R2,L y C Pueden elegirse de modo tal que los dos filtros tengan la misma frecuencia de cruce, tal como se indica en la figura.

El principio que está detrás de la red de separación se utiliza también en el circuito resonante de un receptor de televisión, donde es necesario, separar las bandas de video y de audio y de las frecuencias portadores de RF. Lavanda de frecuencia inferior (información de la imagen en el espectro de aproximadamente 30 Hz. Hasta casi 4Mhz) se canaliza hacia el amplificador de video del receptor, en tanto que la banda de alta frecuencia (Información del sonido cerca de 4,5 mhz) se canaliza hacia el amplificador de sonido del receptor. Implementar, calcular y verificar el circuito separador de frecuencias con un simulador de circuitos con todos los elementos tome los datos para que pueda construir una curva del comportamiento del sistema. Se diseña de tal forma que

las frecuencias por debajo de los 3 Khz. Sean reproducidas por el

woofer (filtro RC) y las superiores a esta por TWEETER (filtro RL)

Diagrama esquemático

Señal de entrada

10V P_P

ECeECUACIONES 𝐺𝑑𝐵𝑅𝐶 = 20 𝐿𝑜𝑔 (

1 √1 + (𝑅𝐶𝑤)2

𝐺𝑑𝐵𝑅𝐿 = 20 𝐿𝑜𝑔 (

𝑋𝐿 √𝑅 2 + 𝑋𝐿2

)

)

La frecuencia de corte es aquella donde la amplitud de la señal entrante cae hasta 70.7% de su valor máximo. Y esto ocurre cundo

la reactancia capacitiva es igual a la resistencia ( XC= R) la

frecuencia de corte sería: 𝐹

𝑐=

1 2∗𝜋∗𝑅𝐶

RESISTENCIA (Ohm) 112

FRECUENCIA 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900 4200 4500 4800 5100 5400 5700 6000 6300 6600 6900 7200 7500 7800 8100 8400 8700 9000 9300 9600

FILTRO PASABAJOS (WOOFER) CAPACITANCIA (uF) FRECUENCIA DE CORTE (Hz) 0,47 3023,462719

REACTANCIA CAPACITIVA 1128,759415 564,3797075 376,2531384 282,1898538 225,751883 188,1265692 161,251345 141,0949269 125,4177128 112,8759415 102,6144923 94,06328459 86,82764731 80,6256725 75,25062767 70,54746344 66,39761265 62,70885639 59,40839027 56,43797075 53,75044834 51,30724614 49,07649631 47,03164229 45,1503766 43,41382366 41,80590426 40,31283625 38,92273845 37,62531384 36,41159403 35,27373172

GdB RC -0,042548978 -0,167750486 -0,368718132 -0,635309922 -0,95565221 -1,317581435 -1,709728222 -2,122159875 -2,546637234 -2,976601754 -3,407008797 -3,83409541 -4,255138518 -4,668233367 -5,072104616 -5,465952353 -5,849330296 -6,222051416 -6,584115891 -6,935656693 -7,276898854 -7,608129199 -7,929673993 -8,241882573 -8,545115448 -8,839735743 -9,126103139 -9,404569651 -9,675476785 -9,939153698 -10,19591609 -10,44606565

REACTANCIA CAPACITIVA 1200 1000

XC

800 600 Series1

400 200

0 0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Frecuencia

GdB Filtro RC 0 -2

dB

-4 -6

GdB RC

-8

-10 -12

Frecuencia

La frecuencia de corte es aquella donde la amplitud de la señal entrante cae hasta 70.7% de su valor máximo. Y esto ocurre cundo

la reactancia inductiva es igual a la resistencia ( XL= R) la frecuencia de

corte sería: 𝐹

𝑐=

1 2∗𝜋∗𝑋𝐿

FILTRO PASAALTOS (TWEETER) RESISTENCIA (Ohm) 112

FRECUENCIA 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900 4200 4500 4800 5100 5400 5700 6000 6300 6600 6900 7200 7500 7800 8100 8400 8700 9000 9300 9600

INDUCTANCIA (mH)

FRECUENCIA DE CORTE (Hz)

5,9

3021,248929

REACTANCIA INDUCTIVA 11,1212286 22,2424572 33,3636858 44,4849144 55,606143 66,7273716 77,8486002 88,9698288 100,0910574 111,212286 122,3335146 133,4547432 144,5759718 155,6972004 166,818429 177,9396576 189,0608862 200,1821148 211,3033434 222,424572 233,5458006 244,6670292 255,7882578 266,9094864 278,030715 289,1519436 300,2731722 311,3944008 322,5156294 333,636858 344,7580866 355,8793152

GdB RL -20,10391607 -14,20869662 -10,88811574 -8,656280561 -7,038813155 -5,817525383 -4,871141589 -4,12412275 -3,525912706 -3,041060677 -2,643916139 -2,315503125 -2,041546929 -1,81116452 -1,615963872 -1,44940844 -1,306360077 -1,182745388 -1,075309215 -0,981430575 -0,898983957 -0,826233897 -0,761754212 -0,704365646 -0,653087393 -0,607099138 -0,565711151 -0,528340557 -0,494492412 -0,463744504 -0,43573509 -0,410152943

REACTANCIA INDUCTIVA 400 350 300

XL

250 200 REACTANCIA INDUCTIVA

150 100 50 0 0

2000

4000

6000

8000 10000 12000

Frecuencia

GdB Filtro RL 300 900 1500 2100 2700 3300 3900 4500 5100 5700 6300 6900 7500 8100 8700 9300

0 -5

dB

-10 GdB RL

-15 -20 -25

Frecuencia

Frecuencia de cruce o de corte 0

-5

-10

dB

GdB RC GdB RL

-15

-20

-25

Frecuencia

Respuesta a las frecuencias filtro pasa bajos RC

Respuesta a las frecuencias pasa altos

Identificación de la frecuencia de corte en la simulación.

CONCLUSIONES

Después de realizado el anterior trabajo se pudo sacar las siguientes conclusiones:



Para construir y diseñar un sistema amplificador de audio y altavoces de frecuencia con bajas, se deben tomar en cuenta diversos aspectos, tales como: La red consta básicamente de un filtro RC pasa altos y de un filtro RL pasa bajos. Dirige las frecuencias mayores a una frecuencia de corte determinada (FC) hacia el altavoz de alta frecuencia, y las frecuencias menores de la frecuencia de corte hacia el altavoz de bajas frecuencias.



Se pudo conocer las frecuencias en que trabajan cada uno de los altavoces bajas frecuencias (WOOFER) se diseña para reproducir la parte baja

del espectro de frecuencia hasta

aproximadamente 3 Khz. El altavoz de frecuencias altas (TWEETER) puede reproducir frecuencias de audio desde cerca de 4 Khz hasta casi 1 Khz. 

Con los conocimientos adquiridos en el curso nos permitió diseñar este circuito lo cual nos permite construir cualquier sistema de amplificación.



Con la frecuencia de corte podemos separar las frecuencias en las cuales podemos descomponer una canción.



Cuando se segmentan las frecuencias se puede tomar una señal y realizar su análisis para que sea agradable al oído humano.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Bueno, R. L., Tellez, D. (2008). Altavoces. Tesina, Facultad de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica, Universidad Instituto Politécnico Nacional, Culhuacan, México.

DALCAME

Grupo

de

investigación

biomédica,

Electromiografía;

http://www.dalcame.com/emg.html (2005).

http://ele-mariamoliner.dyndns.org/~jsalgado/analogica/6CA-filtros.pdf

BOYLESTAD, Robert. Introducción al análisis de circuitos. (Decima edición). 2004. Editorial Pearson.