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

Suponga que trabaja para una compañía que diseña, prueba, fabrica y comercializa instrumentos electrónicos. Su cuarta asignación es presentar trabajando en equipo con los mismos compañeros, una solución llamada luces audio rítmicas de 3 canales, La cual permite que según el rango de frecuencias seleccionados por canal se pueda encender un led, de manera tal que al recibir una señal de audio los led se enciendan según el ritmo de los tonos, para el diseño se solicita un canal para las notas bajas uno para notas medias y uno para notas altas, se dispone nuevamente del amp op LM324 para implementar los filtros activos de segundo orden.

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.

En el esquema planteado en la presente actividad, se puede analizar que el circuito consta de tres etapas, cada una configurada de forma tal que se comporta como un filtro activo, utiliza un amplificador operacional para realizar el filtrado de la señal de entrada. Este circuito de Luces Audio Rítmicas que está conformado por 3 filtros( pasa baja no inversor con un operacional LM324, pasa bandas inversor con LM324 y pasa altas no inversor) funcionan como un amplificador de frecuencia, la cual tiene tres LED que identifican con qué frecuencia está encendiendo, esto se debe a que el circuito se montó con tres frecuencias diferentes que en este caso fuero 100Hz, 800Hz y 3Khz y me permitió observar que de acuerdo a la frecuencia con la que el circuito funciona me permite aumenta el voltaje en un lado y en otro; se debe tener en cuenta que funciona cada uno de ellos porque uno es un pasa baja, un pasa altas y un pasa bandas de segundo orden. Un amplificador operacional se comporta como un Filtro Paso Bajo. El filtro paso bajo ideal es un circuito formado por un resistor y un capacitor, que permite el paso de las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte (Fc) y elimina las que sean superiores a ésta. La reactancia capacitiva cambia con la frecuencia. Para altas frecuencias XC es baja logrando con esto que las señales de estas frecuencias sean atenuadas. En cambio, a bajas frecuencias (por debajo de la frecuencia de corte) la reactancia capacitiva es grande, lo que causa que estas frecuencias no se vean afectadas o son afectadas muy poco por el filtro. “La frecuencia de corte es aquella donde la amplitud de la señal entrante cae hasta un 70.7 % de su valor máximo. Y esto ocurre cuando XC = R. (reactancia capacitiva = resistencia). Si XC = R, la frecuencia de corte será: Fc = 1 / (2 x π x RC). La banda de frecuencias por debajo de la frecuencia de corte se llama Banda de paso, y la banda de frecuencias por encima de Fase llama Banda de atenuación”.

(Segunda Semana).

1.1

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

-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.

Datos Podemos constatar que el filtro para el amplificador OP U1:C es un filtro pasa-altos activo de segundo orden (Sallen Key) pues este solo permite el paso de altas frecuencias y mitiga las bajas. Este actúa en función de transferencia de tal forma que R8 2 S R vo H (s)= = vi R 1 1 S 2+ 2− 8 S + 2 2 RC R C R

( ) ( ) 1+

Para que pueda hallarse una respuesta Butterworth el factor de calidad debe ser de 0.7071 Ahora bien, podemos emplear la siguiente forma R8 1 2− = R Q Donde R8 K=1+ R 1 W o= RC Hallaremos ahora R8 para respuesta de Butterworth 1 ∗R Q Reemplazamos datos 1 R8 = 2− ∗( 1000 Ω ) 0,7071

(

R8 = 2−

)

(

)

R8 =585Ω Con estos podemos hallar la ganancia de la tal forma que R8 R 585 K=1+ 1000 K=1+

K=1,585 Para hallar la frecuencia de corte utilizamos la siguiente formula W o =2 πfc=

1 RC

Despejando 1 fc= 2 πRC fc=

1 2 π∗1000∗(0.1∗10−6 )

fc=1591 Hz

2. Solución. (Tercera semana)

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. - 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.

Entrada a 100 Hz Como observamos el filtro de pasa-bajas (señal azul) es el que mejor responde a esta frecuencia de 100Hz. A diferencia del filtro pasa-media (señal rosa) que aún tiene señal pero no están notoria, y por último el filtro pasa-altas (señal verde) es el que menor se manifiesta quien no responde casi a la señal por la baja frecuencia encontrada.

Entrada a 500 Hz Ahora para una frecuencia de 500Hz podemos ver que el filtro de pasa-medias (señal rosa) es el que mejor responde, el filtro de pasa-bajas (señal azul) no es tan notorio, en comparación al filtro de pasa-altas (señal verde) que tiene cierta señal, pero no tan intensa para dar una señal de onda alta.

ENTRADA a 3 Khz ≈ 3000 Hz

Para una frecuencia de 3000Hz es notorio observar que la señal de filtro pasa-altas (señal verde) es la onda mas intensa, que la señal filtro pasa-medias (señal rosa) se deja observar, pero aun es débil, y la señal del filtro pasa-bajas (señal azul) mantiene demasiada baja por ser una frecuencia alta para esta mostrar una señal de onda notoria.