Práctica 5 Electrónica 2: Verano 2016
Br. Sergio Juarez, Br.Jorge Puerto Ingeniería Física FIUADY
[email protected], sergiojc90@gmail.
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R esumen esumen — En este documento se presentan los resultados obtenidos al realizar el diseño de un ecualizador de audio de tres bandas basado en filtros activos de segundo orden.
CONTENIDO — 1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA. 2. INTRODUCCIÓN 3. DISEÑO DEL FILTRO PASA BAJOS 4. DISEÑO DEL FILTRO PASA BANDA CON FRECUENCIAS DE CORTE DE 500 Hz Y 2 KHz 5. DISEÑO DEL FILTRO PASA BANDA CON FRECUENCIAS DE CORTE DE 2KHz Y 20 KHz 6. ECUALIZADOR DE AUDIO 7. RESPUESTA EN FRECUENCIA 8. IMPLEMENTACIÓN 9. CONCLUSIONES
1. OBJETIVOS - Implementar los filtros activos en la construcción de
un ecualizador de 3 bandas con un rango de frecuencias entre 20Hz y 20KHz, y la frecuencia de banda central de 1kHz.
OBJE TIVOS E SPE SPE CÍ FI COS COS - Analizar las partes del ecualizador para implementar los filtros activos adecuados adecuados..
- Calcular los valores de resistencias y capacitores necesarios para cada filtro activo de manera que obtengamos las frecuencias frecuencias de corte adecuadas - Hacer modificables las ganancias de los filtros de manera que podamos ajustar el volumen de cada uno de los anchos de banda, de manera que podamos ajustar agudos, graves y voces principalmente.
2. INTRODUCCION Una de las aplicaciones de los amplificadores operacionales es la creación de filtros activos, los cuales nos permiten la eliminación de frecuencias no deseadas , en su mayoría ruidos y que tiene ventajas sobre los filtros pasivos como la ganancia que puede añadirse al filtro y un buen aislamiento , lo cual permite añadir los filtros en cascada de manera que la función de transferencia total llegue a ser el producto de la función de transferencia de las etapas ; con la principal desventaja de necesitar alimentaciones para el amplificador operacional. Para esta ocasión se analizarán los filtros activos pasa altas, pasa bajas y pasa bandas para su posterior aplicación en un ecualizador de 3 bandas, lo cual nos permitirá modificar las frecuencias de sonido que se escuchan de un archivo de audio cualquiera.
3. DISEÑO DEL FILTRO PASA BAJOS En el diseño del sistema de ecualización se estableció una etapa de filtro pasa bajos con una frecuencia de corte de 500 . Así pues, para un condensador de 0.47, se obtiene un valor de resistencia de 677.25 Ω pero para facilitar la implementación se usaran las resistencias más próximas a los valores comerciales disponibles, en este caso la resistencia utilizada será de 680 Ω. Para esta práctica no consideraremos el factor de calidad que se suele calcular para filtros activos por lo que la ganancia de la red de amplificación no inversora será de 2 / esto se obtiene manteniendo el mismo valor en las dos resistencias de la terminal no inversora. El circuito final se presenta en la imagen 1.
bajos para el sistema de Imagen1. Etapa de filtro pasa bajos ecualización de audio. KHz y 20 KHz KHz Imagen 3. Diseño del filtro filtro pasa banda para frecuencias entre entre 2 KHz y
4. DISEÑO DEL FILTRO PASA BANDA CON FRECUENCIA DE CORTE DE 500 HZ Y 2KHZ
6.
ECUALIZADOR DE AUDIO
La imagen 4 contiene el diagrama esquemático del ecualizador de audio diseñado.
Para obtener un sistema que permita el paso de los componentes espectrales pertenecientes al intervalo entre 500 y 2 es posible conectar un filtro pasa bajos en cascada con un filtro pasa altos, con frecuencias de corte configuradas en y respectivamente. Considerando que para ambas frecuencias se utilizaran capacitores de 0.47 las resistencias necesarias son de 677.25 Ω y 169.31 Ω respectivamente y loscircuito valoressecomerciales son de 680 Ω y 150 Ω. Este presenta en empleados la imagen 2.
Imagen2. Esquemático para el filtro filtro pasa banda para frecuencias Hz y 2 KHz de corte de 500 Hz y
5. DISEÑO DEL FILTRO PASA BANDA CON FRECUENCIAS DE CORTE DE 2 KHZ Y 20 KHZ El siguiente paso fue diseñar un filtro pasa banda con un rango de frecuencias entre 2 y 20 . Para el límite inferior de 2 se utilizaron nuevamente capacitores de 0.47 y resistencias 150 Ω. Sin embargo para el límite superior de 20 se utilizaron capacitores de 22 para utilizar resistencias de 330 Ω, esto debido a que la resistencia necesaria para usar capacitores de 0.47 es muy pequeña y puede presentar dificultades al momento de implementarse. El diseño del circuito se muestra en la imagen 3.
Imagen 4. Ecualizador de audio de 3 bandas basado en filtros activos de segundo orden
7. RESPUESTA EN FRECUENCIA La respuesta de frecuencia de cada una de las etapas de filtrado del sistema diseñado fue obtenida mediante una herramienta informática de simulación de circuitos, con el objetivo de verificar el correcto funcionamiento del ecualizador. En la imagen 5 se observa la respuesta en frecuencia para la etapa de pasa bajos. Nótese la frecuencia de corte próxima a 500 .
KHz y 20 KHz Imagen7. Respuesta en frecuencia frecuencia del filtro filtro pasa banda de 2 KHz y
frecuencia uencia del filtro pasa bajos. Imagen 5. Respuesta en frec
La imagen 6 presenta el comportamiento de frecuencia del filtro pasa banda. Obsérvese la frecuencia inferior de 500 y la superior de 2 .
Imagen 8. Respuesta en frecuencia frecuencia del Sistema de ecualización de audio de 3 bandas basado en filtros activos de segundo orden.
8. IMPLEMENTACION El ecualizador de audio diseñado se implementó en un protoboard. En la imagen 9 se observa el resultado r esultado final de la implementación.
Hz y Imagen 6. Respuesta en frecuencia frecuencia del filtro pasa banda de 500 Hz y 2 KHz
En la imagen 7 se muestra el comportamiento de frecuencia del filtro pasa banda de 2 y 20 . Nótese las frecuencias de corte de 2 y 20 . Finalmente en la imagen 8 es posible observar el comportamiento de todo el sistema de ecualización, en esta ocasión atenuando los componentes espectrales de baja frecuencia. Imagen 9 Implementación en protoboard
9. CONCLUSIONES La implementación de los filtros fue exitosa sin embargo faltaron algunos detalles entre los cuales faltó un controlador de volumen de los filtros que podría realizarse con potenciómetros en las resistencias de las ganancias de los filtros activos en lugar de resistencias fijas, así como el análisis de la respuesta de la frecuencia del ecualizador de 3 bandas, sin embargo el objetivo principal que era separar en 3 bandas el espectro audible de un archivo de sonido fue un éxito.
