TRABAJO PRACTICO No 7. MEDICION de DISTORSION EN AMPLIFICADORES DE AUDIO

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1 TRBJO PRCTICO No 7 MEDICION de DISTORSION EN MPLIFICDORES DE UDIO INTRODUCCION TEORIC: L distorsión es un efecto por el cul un señl pur (de un únic frecuenci) se modific preciendo componentes de frecuencis rmónics l fundmentl. En el dominio del tiempo, esto signific que l form de ond se degener de un ond senoidl pur un deformd, y en el dominio de l frecuenci, l expresión mtemátic se trnsform de un expresión senoidl en un ond de Fourier de vris componentes. Cunto myor es l distorsión myor, será l cntidd de componentes de l ond de Fourier. Hy dos forms de determinr si el mplificdor bjo estudio tiene un comportmiento linel, o se, produce distorsión de l señl que lo trvies. Un mplificdor de buen clidd, debe tener entre otrs coss, un buen sensibilidd, un grn ncho de bnd, lt gnnci y ser LINEL. Pr determinr ls crcterístics de linelidd o linelidd del mplificdor, se puede ensyr con un solo tono (Ensyo Monotonl) o con dos tonos (Ensyo Bitonl). El primero nos drá l distorsión que puede introducir el mplificdor l entregr señl de múltiples frecuencis prtir de recibir un señl senoidl pur, pero este metodo es incompleto pr nlizr l distorsión y que un mplificdor trbj con señl complejs de entrd (múltiples frecuencis), ls cules no tienen que interferirse entre ells en el interior del mplificdor. Un estudio ms completo de l distorsión se hce con el ensyo Bitonl. Ensyo Monotonl Un form simple, pero no precis, de determinr si hy distorsión de un señl l psr trvés de un circuito, es usndo un osciloscopio de doble trzo. Se compr l señl de entrd l circuito con l señl de slid. Colocndo los dos cnles igul deflexión y superponiendo ls dos señles, se debe observr un señl de trzo fino. Si el trzo se hce grueso, hy distorsión entre ls dos señles, siendo myor cunto myor se el trzo o l diferenci entre ls dos señles. Otr form de verificr l distorsión es colocndo el cnl #B invertido y colocr el modo de ls entrds en DD. Esto restrí ls dos señles, debiendo dr un líne rect si no existe distorsión. Si hy distorsión presente, l líne será curv siguiendo l diferencis entre ls dos señles. Este método es culittivo y no permite conocer ls componentes rmónics ni el grdo de distorsión que introduce el circuito en estudio. El grdo de distorsión se mide por l expresión: Vef rmónicos Distorsión rmónic totl (DT %) = x 100 Vef Señl totl M.E. II - TPVII PFPerez 00 pg. 1 de 7

2 Un form más precis de determinr el grdo de distorsión es medinte el uso de nlizdores de Espectro siendo l expresión usd pr es determinción: Donde f, f3,.fn son los vlores eficces de ls componentes rmónics, siendo est expresión un relción de vlores; por lo cul, no necesrimente tenemos que leer el vlor eficz sino un vlor representtivo de ese vlor eficz. En consecuenci, leyendo medinte un nlizdor de Espectro los vlores en divisiones representtivos de ls componentes rmónics, se puede determinr l distorsión. Si los vlores rmónicos son muy pequeños, el modo LOG del nlizdor debe ser usdo pr mejorr l resolución de los vlores pequeños. En este cso, se tiene que los vlores de fn/f1 se clculrá como: f ( f n f1) db n = nti log f1 0 Hciendo uso de l posibilidd que ofrece el nlizdor de Espectro, se tienen dos métodos de ensyr un mplificdor de udio pr determinr l distorsión introducid por él. En un mplificdor, un ensyo monotonl (un únic frecuenci) no es representtivo de l distorsión introducid por él debido que en un mplificdor, en condiciones normles de trbjo, intervienen muchs frecuencis simultánes durnte el procesmiento de l señl. L voz o l músic no es un frecuenci pur, sino un serie de componentes rmónics. Ensyo Bitonl DT ( f ) + ( f3) ( f f % = 1 Por lo tnto un ensyo rel implicrí usr múltiples frecuencis simultánemente, pero esto es complicdo de normlizr. Por eso, est normlizdo el uso de dos frecuencis simultánes (ensyo bitonl) pr el estudio de l distorsión en mplificdores. Los mplificdores tienen componentes lineles que genern btido de ls frecuencis inyectds, con lo cul se genern tonos moduldos por ests lineliddes produciendo distorsión en l señl de slid. Est modulción de los tonos de entrd se denomin distorsión por intermodulción. Dentro de los ensyos bitonles están normlizdos los métodos SMPTE y CCIF. El ensyo bitonl requiere l inyección simultáne de dos o más señles l entrd del mplificdor. Esto se hce medinte un sumdor linel que puede ser un trnsformdor con punto medio o un mplificdor sumdor linel en l bnd en estudio. El uso de trnsformdor requiere un trnsformdor de slid de udio con primrio con punto medio y secundrio norml. L slid de los dos generdores se conectrn cd un de ls rms primris. L slid del trnsformdor tcrá l entrd del mplificdor en estudio, inyectándole l señl sum de ls dos señles purs generds por los generdores. O se, se tendrá un señl compuest por el tono bjo (grve) sobre el que v montdo el tono lto (gudo). M.E. II - TPVII PFPerez 00 pg. de 7 n ).100

3 Método SMPTE: Este método ensy l mplificdor por medio de l inyección simultáne de dos tonos. Uno de ellos, f, un poco myor l frecuenci cudrntl inferior y el otro, f 1, un poco menor l frecuenci cudrntl superior del mplificdor. L mplitud del tono gudo debe ser 4 veces menor l mplitud del tono grve, pero suficientemente grnde pr ser distinguido del ruido. demás l mplitud del grve, no debe sturr l mplificdor. Los dos tonos se sumn medinte un mezcldor linel. L slid del mplificdor tc un filtro ps lto pr bloquer ls componentes de bj frecuenci fin de tener limpio el espectro lrededor de f1 pr poder identificr ls componentes de l modulción. Si el mplificdor es linel, l señl grve polrizrá instntánemente (ubicción del punto de trbjo) l dispositivo ctivo en distints regiones de l curv de trnsferenci, o se, de distint pendiente, lo cul se trducirá en vrición de l gnnci, y por lo tnto, el más fectdo será el tono gudo, hciendo que l mplitud de él se diferente en función del vlor instntáneo del tono grve. Esto drá un señl de slid cuy envolvente est moduld en mplitud. El grdo de modulción v depender del cmbio de gnnci en el punto de trbjo instntáneo. L slid se observ con un nlizdor de Espectro sintonizdo en l bnd de udio. Si el mplificdor es linel dentro de l bnd de udio especificd, l slid será igul l de entrd (con l mplificción correspondiente), o se sin distorsión. L distorsión se clculrá según l siguiente expresión: Distorsión rmónic por Intermodulción SMPTE% = ( f 1 f ) + f 1 ( f 1+ f ) ( f 1 f ) + + f 1 ( f 1+ f ) +... x100 El circuito usdo pr este ensyo es le indicdo en l sección opertiv. M.E. II - TPVII PFPerez 00 pg. 3 de 7

4 Método CCIF: Este método ensy l mplificdor por medio de l inyección simultáne de dos tonos de igul mplitud, pero mbos deben ser próximos entre sí y levemente menor l frecuenci cudrntl superior, de modo que el tono diferenci de mbos se myor l frecuenci cudrntl inferior, o se cig dentro de l bnd útil, pero que se distinto de l frecuenci de líne y de sus rmónics (50 Hz, 100 Hz, 150 Hz, etc.). En un mplificdor que distorsion, l plicrle un doble tono en ess condiciones, se obtienen l slid ls frecuencis originles f1 y f, ls componentes rmónics de ells nf1 y nf (dónde n =1,,3,..) si el mplificdor es cpz de reproducirlos, y demás los productos de intermodulción f1-f, f1+f, nf1+ nf, l frecuenci de líne y ls frecuencis de intermodulción entre l frecuenci de líne y ls frecuencis de entrd. Cunto myor se l mplitud de l señl diferenci diferenci f1-f, esto indic que el mplificdor es de ml clidd y será peor cunto myor nivel teng es señl diferenci. El resto de ls rmónics serán de bj mplitud porque estrán fuer del ncho de bnd del mplificdor. L expresión pr clculr l distorsión por efecto del btido de mbs frecuencis est dd por: CCIF% = f1 (f1 f) + f x 100 El circuito utilizdo pr relizr este ensyo es el circuito indicdo en l sección opertiv en el cul se retir el filtro ps lto por no ser usdo en este ensyo. PRCTIC DE LBORTORIO Objetivo: Determinr l distorsión rmónic de un mplificdor hciendo uso de un nlizdor de Espectro de udio y observr l respuest de un mplificdor nte l excitción de un señl monotonl y de un bitonl. M.E. II - TPVII PFPerez 00 pg. 4 de 7

5 Elementos utilizr: - nlizdor de Espectro de udio: Mrc: N de Serie Rngo Dinámico: Rngo de Frecuencis Especificciones: - Generdor de udio Mrc: N de Serie Nivel de slid: Rngo de Frecuencis Distorsión de l señl de slid: - Generdor de udio: Mrc: N de Serie Nivel de slid: Rngo de Frecuencis Distorsión de l señl de slid: - mplificdor Mrc: N de Serie ncho de Bnd: Potenci de slid: Crcterístics: - Dispositivo sumdor: - Osciloscopio: Mrc: N de Serie Rngo de Frecuenci: - Filtro ps lto: Gnnci/tenución Frecuenci de corte: - Procedimiento: 1- Seleccionr ls frecuencis F1 y F usr durnte ls pruebs de cuerdo ls frecuencis cudrntles inferior y superior del mplificdor. Ejemplo: pr CCIF (10 Khz y 10,4 KHz) y pr el SMPTE (Bj frecuenci entre 40 Hz y 50 Hz y myor l frecuenci cudrntl inferior y de mplitud 4 veces myor l del tono de lt frecuenci, y el tono de lt frecuenci entre 6 y 0 KHz y menor l frecuenci cudrntl superior). M.E. II - TPVII PFPerez 00 pg. 5 de 7

6 - Verificr l linelidd de l señles elegids y entregds por cd uno de los dos generdores conectándolos l nlizdor de Espectro y verificndo l usenci de rmónics de l señl inyectd. 3- Inyectr un señl monotonl l mplificdor y observr ls componentes de frecuenci de slid del mplificdor con el nlizdor de Espectro. Conectr un osciloscopio con un cnl observndo l entrd l mplificdor, el otro cnl conectrlo l slid. Comprr l form de ond de slid respecto l entrd en configurción DD y segundo cnl invertido, pr observr diferencis si hy distorsión. 4- Repetir pr distintos tonos dentro del ncho de bnd del psnte del mplificdor. Tomr los vlores de frecuenci y mplitud de entrd y los vlores de ls frecuencis y mplitudes correspondientes de slid. Clculr l distorsión por este método y hcer el digrm en dominio de l frecuenci. Vlores de entrd Frecuenci mplitud Vlores de Slid Frecuenci mplitud F1 f1 3f1 4f1 5f1 5- Relizr l interconexión de instrumentos y mplificdor siguiendo el siguiente circuito. M.E. II - TPVII PFPerez 00 pg. 6 de 7

7 6- Inyectr ls señles F1 y F de los generdores l mplificdor trvés del sumdor linel (mlificdor linel o trnsformdor con punto medio en el primrio) y leer ls componentes principles y sus rmónics de cuerdo l método usdo. Pr el método CCIF, retirr el FP del sistem. 7- Tomr los vlores de frecuencis y mplitudes de entrd y los vlores de frecuencis y mplitudes de slid correspondiente. SMPTE CCIF Vlores de entrd F1 Frecuenci mplitud F Vlores de entrd F1 Frecuenci mplitud F Vlores de Slid Frecuenci mplitud f1 F f1 - f f1 + f f1 - f f1 + f f1 f Fd Vlores de Slid Frecuenci mplitud D % Hcer los cálculos pr determinr l distorsión según l ecución plicble en cd método y hcer los digrms en dominio de l frecuenci. 8- Hcer el informe con ls conclusiones correspondientes, circuitos y vlores usdos. M.E. II - TPVII PFPerez 00 pg. 7 de 7

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