Informe Final de Proyecto Terminal Interfono or Internet (Diseño, construcción y ruebas de los circuitos analógicos de la interfaz) Alumno: del Ángel Osorno, Jaime Profesor: Dr. Miguel Lóez Guerrero Octubre 0, 008
ÍNDICE Índice... esumen.... Descrición general del royecto.... Comonentes del sistema... 4. Amlificadores de señal equeña... 4.. Diseño de los amlificadores de voltaje... 4.. Construcción del reamlificador... 6.. Pruebas exerimentales al reamlificador... 6..4 Construcción del amlificador del micrófono... 7..5 Pruebas exerimentales al amlificador del micrófono... 8. Amlificador de otencia... 8.. Diseño del amlificador de otencia... 8.. Construcción del amlificador de otencia... 9.. Pruebas exerimentales al amlificador de otencia... 0. Filtro aso-bajas..... Diseño del filtro..... Construcción del filtro... 4.. Pruebas exerimentales al filtro... 5.4 Convertidor digital a analógico (DAC)... 7.4. Diseño y construcción... 7.4. Pruebas exerimentales al DAC... 8.5 Micrófono electret... 9.5. Uso del EM-96... 9.5. Pruebas exerimentales al micrófono... 9. Evaluación del sistema... 9 4. Conclusiones... Bibliografía...
Interfono or Internet (diseño, construcción y ruebas de los circuitos analógicos de la interfaz) esumen Un interfono or Internet lantea la idea de un sistema caaz de ermitir atender a la ersona que llama a una uerta desde cualquier ubicación que cuente con una comutadora conectada a Internet. Debido a la comlejidad de un sistema con tales características, el diseño e imlementación de este royecto se ha divido en varios royectos arciales de los cuales el resente trabajo es uno de ellos. En este Informe Final de Proyecto Terminal se reortan las exeriencias con el diseño e imlementación de los circuitos que realizarán la función del interfono tradicional. En articular se trata el roblema de la adecuación de la señal roveniente del micrófono del interfono y de la que se envía al altavoz. Este informe resenta el diseño, construcción y ruebas de las diferentes etaas de esta arte del sistema.. Descrición general del royecto En este trabajo se roone, diseña y rueba un interfono atendido a través de Internet. Este sistema tiene el roósito de ermitir atender remotamente a una ersona que se encuentre llamando a la uerta de una casa. La comunicación entre los dos usuarios del interfono se realizará a través de Internet, or lo que el sistema ermitirá atender la uerta desde cualquier lugar que cuente con una comutadora y conexión a Internet. El conceto de interfono or Internet que aquí se considera consiste de una serie de elementos que se describen a continuación. ) El rimer comonente del sistema se instala en el hogar y es básicamente un interfono tradicional (micrófono, altavoz y timbre) conectado a través de una tarjeta de interfaz a una comutadora con conexión a Internet. El interfono ermite la comunicación con la ersona que toca a la uerta. A su vez, la tarjeta de interfaz ermite la comunicación entre el interfono y una comutadora. Finalmente, la comutadora ermite la comunicación, a través de Internet, con otra ersona en una localización distante. Hay varios elementos que se requieren desarrollar ara imlantar esta arte del sistema. Por un lado el interfono e interfaz consisten de una arte analógica y una digital que se requieren diseñar y desarrollar ya que no hay alguna solución existente que se ueda adatar a esta necesidad. Asimismo, se requiere del desarrollo de los rogramas necesarios ara coordinación y control de los comonentes de esta arte del sistema. Este Proyecto Terminal se enfoca únicamente en el desarrollo de los circuitos analógicos de esta arte del sistema. ) El segundo comonente del sistema consiste en la Internet. Es a través de esta red que se ermitirá la comunicación entre la ersona que toca a la uerta y la que atiende la llamada. Para hacer uso de la Internet se requiere del desarrollo de rogramas que ermitan la comunicación entre comutadoras.
) El tercer comonente es la comutadora desde la cual se atiende la uerta. Este comonente hace uso de los accesorios que usualmente se encuentran disonibles en cualquier comutadora tales como tarjeta de sonido, micrófono y audifonos. En esta arte del royecto el roblema rincial es el desarrollo de los rogramas requeridos ara establecer la comunicación. La figura ilustra la conexión entre los tres comonentes del sistema que se describieron anteriormente. Figura. Diagrama concetual del interfono atendido or Internet. El diseño y construcción del sistema lanteado excede el alcance de un royecto terminal or lo que se ha dividido en varias artes. Este informe final describe el diseño, elaboración y ruebas de algunos circuitos necesarios ara la construcción del interfono atendido or Internet. La figura ilustra otra forma en la que se uede dividir el sistema de acuerdo a la funcionalidad de cada una de sus artes. Con referencia a esta figura, este trabajo se enfoca únicamente en el desarrollo de los circuitos analógicos corresondientes a la interfaz analógica con el timbre, micrófono y altavoz, los cuales ermiten la comunicación con la ersona que llama a la uerta. Figura. Diagrama a bloques del interfono atendido or Internet.
En lugar de analizar el sistema en su conjunto, se decidió searar la resentación del material describiendo cada módulo or searado, ara osteriormente irlos integrando al sistema. En la figura se muestra la arte en la que se enfoca este trabajo. Ésta consiste rincialmente en una serie de circuitos amlificadores, además de un filtro y un convertidor de digital a analógico. Figura. Circuitos considerados en este informe. Los elementos ilustrados en la figura se revisaron a detalle con el fin de que cuando se comlete el sistema esta arte sea fácilmente modificable en cualquier asecto al tener leno conocimiento de ella. Se hicieron ruebas a cada arte or searado y osteriormente en conjunto ara corroborar su correcto funcionamiento.. Comonentes del sistema. Amlificadores de señal equeña El conocimiento del diseño de amlificadores de voltaje es una arte fundamental del royecto ya que el sistema contiene al menos dos de ellos; uno ara incrementar la amlitud de la señal roveniente del micrófono y otro que funciona como reamlificador ara incrementar el voltaje roveniente del convertidor digital analógico... Diseño de los amlificadores de voltaje La idea es realizar un circuito que amlifique una señal de corriente alterna; ero que además ermita fácilmente la maniulación de este aumento o ganancia de voltaje. Al 4
hablar de una fácil maniulación nos referimos al hecho de que se ueda controlar la ganancia con una resistencia variable, de una forma segura y sin contratiemos. Por lo anterior, un amlificador oeracional configurado como amlificador inversor nos ofrece esa alternativa, además de que es muy sencillo de utilizar. Figura 4. Amlificador oeracional en configuración inversora. En la figura 4 se muestra el circuito amlificador inversor que se desea construir. Se utilizará un amlificador oeracional UA74CP que es de roósito general. El amlificador oeracional seleccionado tiene una resistencia muy grande de entrada (tíicamente MΩ) y muy equeña de salida (tíicamente 75Ω). El análisis corresondiente se muestra a continuación. El circuito de la figura 4 lo odemos ver como se muestra en la figura 5 dado que la terminal inversora se encuentra a tierra virtual. Figura 5. Modelo aroximado del amlificador oeracional. De la figura 5 odemos decir que la ganancia de voltaje está en función de las imedancias que ahí se muestran y se uede deducir de la siguiente forma: I = Vin Vo ; I = Z Zr I I = 0 I = -I Vin Vo = Z Zr Y finalmente tenemos la siguiente ecuación ara la ganancia: Vo Zr G = = Vin Z 5
.. Construcción del reamlificador El rimer amlificador de voltaje se construyó ara funcionar como re-amlificador ya que la señal roveniente del circuito convertidor digital a analógico varía entre 0 y - volts. Además, con el circuito reamlificador de ganancia variable se observó exerimentalmente que se uede controlar mejor la otencia de salida a comaración de tratar de hacerlo directamente en el amlificador de otencia. La figura 6 muestra la osición que ocua el circuito reamlificador en esta etaa del circuito. Figura 6. Posición del re-amlificador en el sistema. Teniendo en cuenta lo anterior se construyó el circuito inversor amlificador de voltaje que se muestra en la figura 7. Con los valores mostrados en la figura se obtiene una ganancia de aroximadamente -5 aunque es conveniente que sea una resistencia variable ara oder controlar de forma sencilla el voltaje de salida de este reamlificador y así controlar la otencia de salida. Figura 7. Circuito que se construyó exerimentalmente... Pruebas exerimentales al reamlificador. En el circuito mostrado en la figura 7 se realizaron varias ruebas con una señal de entrada sinusoidal de 4 khz con la idea de comrobar que funcione correctamente y que se obtenga y se mantenga la ganancia de voltaje en un valor constante mientras se utilizan distintos niveles de voltaje a la entrada. A la salida de este circuito se colocó una carga relativamente alta (kω) ara no demandar una alta corriente a la salida debido a que esta etaa es únicamente un amlificador de voltaje. 6
En la tabla se muestran las mediciones obtenidas y odemos observar que la ganancia de voltaje efectivamente se estableció alrededor de 5 y que este valor se mantuvo ara diferentes valores del voltaje de entrada. Tabla. Mediciones obtenidas en las ruebas al reamlificador. Voltaje de Entrada (mv) Voltaje de Salida (V) 40 0.576 4.4 60 0.864 4.4 80. 5 00.5 5 00 5 00 4.64 5.46 400 6.4 5.6 500 7.5 5.04..4 Construcción del amlificador del micrófono Ganancia de Voltaje Este amlificador de voltaje se construyó de la misma forma que el re-amlificador, ero con la diferencia de que el roósito de esta arte es amlificar la señal roveniente del micrófono (ver figura 8). En las ruebas se utilizó una ganancia de aroximadamente 0. Figura 8. Posición del amlificador dentro del sistema. Para obtener la ganancia de 0 se utilizó un otenciómetro de 0kΩ con una resistencia de kω como se muestra en la siguiente fórmula: G = 0kΩ = = 0 kω El circuito utilizado se ilustra en la figura 9. 7
Figura 9. Circuito del amlificador ara el micrófono...5 Pruebas exerimentales al amlificador del micrófono La tabla muestra lista las ruebas realizadas al amlificador ara verificar su correcto funcionamiento. Tabla. Mediciones en las ruebas al amlificador. Voltaje de entrada (V) Voltaje de salida (V) Ganancia 0.5 0 0 0.75 4.8 9.7 8 8 Con la idea de ver el correcto funcionamiento del amlificador, se colocaron diferentes voltajes a la entrada, entre 0 y con lo que se descubrió que la ganancia quizá debe ser menor de 0 ara las ruebas en conjunto, ya que si no, el amlificador se saturará ara voltajes de entrada mayores que uno.. Amlificador de otencia. El diseño de los circuitos de interfaz incluye un amlificador de otencia, el cual nos brinda la corriente necesaria ara que la bocina ueda funcionar correctamente. Esto es debido a que el amlificador de señal equeña descrito anteriormente uede roorcionar un alta ganancia de voltaje ero con una corriente muy equeña de salida... Diseño del amlificador de otencia A diferencia de los amlificadores anteriores, realizados con el amlificador oeracional de roósito general, el amlificador de otencia ermite una corriente de salida relativamente alta, lo que ermite obtener una ganancia en otencia. 8
El diseño de este amlificador de otencia se coió del manual de usos tíicos del circuito integrado LM86, el cual esecifica que con el circuito mostrado en la figura 0 se consigue una ganancia de entre 0 y 00. Figura 0. Alicación tíica del LM86. La variación de la ganancia, según el manual, uede controlarse de varias formas, entre las que se encuentra el uso de una resistencia en serie con el caacitor de 0µF, o una resistencia acolada caacitivamente con la terminal uno a tierra. Sin embargo, al realizar las ruebas corresondientes, no se consiguió una fácil maniulación de la ganancia, además de que arecía imosible reconocer la señal de salida entre el ruido generado, or lo que se decidió armar el circuito de la figura el cual tiene una ganancia aroximadamente unitaria y su salida, al menos visualmente, no tiene resencia areciable de ruido... Construcción del amlificador de otencia. La osición de la etaa de amlificación de otencia dentro del sistema se muestra en la figura. En ruebas exerimentales se observó que la imlementación del circuito mostrado en la figura 0 introduce una gran cantidad de ruido en la señal. A fin de disminuir el nivel de ruido se realizaron varias modificaciones al circuito. Una de las modificaciones fue quitar el caacitor de 0µF entre las terminales y 8 ya que al onerlo se saturaba el amlificador y la salida tenía mucho ruido. Otra modificación fue colocar un caacitor de derivación de µf (BYPASS en la figura 0) ya que así se vio una gran disminución en el nivel de ruido contenido en la señal de salida. Finalmente se utilizó el circuito mostrado en la figura. Figura. Posición del amlificador de otencia en el sistema. En las ruebas al circuito se utilizó una resistencia de carga de 8 Ω en vez de la bocina. Esto fue debido al hecho de que la bocina distorsiona a tal grado la señal de salida que era 9
muy difícil observar la forma de onda en el osciloscoio y efectuar mediciones. Por otro lado, el sonido que generaba la bocina resultaba ser muy molesto. Figura. Circuito del amlificador de otencia. Vale la ena mencionar que a esar de que el circuito se imlementó de acuerdo a las esecificaciones del roducto LM86N-, resultó muy difícil variar su ganancia utilizando los métodos descrito en las hojas de datos. Por ello, se refirió ajustar el circuito ara roorcionar una ganancia unitaria con bajos niveles de ruido. La otencia de salida se controla a través de la etaa de reamlificación... Pruebas exerimentales al amlificador de otencia. En la tabla se listan las ruebas realizadas al circuito. Cada caso corresonde a un nivel de voltaje de entrada. Se muestran también los resultados en términos de voltaje de salida y ganancia. La olarización al circuito se realizó con 9 V. Tabla. Pruebas y resultados exerimentales con el amlificador de otencia. Voltaje de entrada(v) Voltaje de salida(v) Ganancia de voltaje 0.940 0.940.88 0.94.88 0.96 4.76 0.94 5 4.8 0.96 6 5.6 0.9 7 6.4 0.89 8 6.9 0.86 9 6.9 0.766 Como se uede ver en la tabla se nota claramente que el circuito mantiene una ganancia unitaria ara la mayor arte de los valores del voltaje de entrada aunque ésta decae visiblemente cuando el voltaje de entrada se acerca al voltaje de olarización. Al calcular la otencia disiada en la carga se observa que ésta es adecuada ara la alicación considerada. 0
. Filtro aso-bajas Se consideró incororar un filtro aso-bajas al sistema a fin de ermitir el aso de frecuencias menores de,600 Hz ya que la mayoría de las comonentes de frecuencia de voz son menores a este valor. Este filtro evita introducir al sistema comonentes en frecuencias que no corresondan a la señal deseada, además de que nos ermite limitar la señal en banda ara el muestreo antes de asar al convertidor analógico digital. El filtro es de tio Butterworth, de segundo orden... Diseño del filtro A continuación se describen los asos en el diseño del filtro.. El rimer aso es esecificar los arámetros de diseño. La notación utilizará un aostrofe ara indicar que son arámetros de diseño sin normalizar. Estos valores se listan a continuación. ' ' La frecuencia de aso ω [rad/s] y la frecuencia de rechazo ω r [rad/s]. Ambas también ueden estar dadas en Hertz en vez de radianes or segundo (denotadas or f y ' f resectivamente). ' r Las ganancias en la banda de aso ' H [db] y en la banda de rechazo ' H r [db]. Ambas rovienen de la exresión 0log 0 (V sal /V ent ) donde se suele tomar en cuenta la convención de que, al aumentar la frecuencia, la banda de aso finaliza cuando el voltaje de salida (V sal ) se reduce en db con resecto al de entrada (V ent ). Asimismo, la banda de rechazo inicia cuando V sal se reduce en al menos un factor de 0 con resecto al de entrada V ent, es decir hay una atenuación de 0 decibeles. Se uede diseñar ara que este factor sea aun más grande utilizando filtros de mayor orden.. El segundo aso es normalizar los valores anteriores como se muestra a continuación. ω ω ' ' = ω ω ' ' r = ωr ω H = [ db] = > ' ' H r = H H r H < db En este caso tenemos una frecuencia de aso ' f =500Hz y frecuencia de rechazo ' r f =000Hz or lo que los valores normalizados ara frecuencia son f = y f r =..
Ahora ara la banda de aso seleccionamos una ganancia aroximadamente unitaria V sal /V ent =.0 lo que origina una H =0.0864 [db] y ara la banda de rechazo ' ' V sal /V ent = 0. lo que da H r = -0 [db], or lo que los valores normalizados son H = [ db] y H r =.0864[ db]. En la figura se ilustran los rimeros asos ara el diseño del filtro. En la figura de la izquierda se tiene el filtro con los valores sin normalizar, ara osteriormente normalizar y encontrar el orden del filtro (figura de la derecha). Figura. Ilustración de los asos y ara la construcción del filtro.. Una vez que tenemos los datos normalizados el tercer aso es encontrar el orden n del filtro or medio de la siguiente fórmula 0.( H) 0 log 0.( Hr) 0 n =. w * log wr En este caso se obtuvo n =.008 or lo que se construirá un filtro de segundo orden. 4. El cuarto aso es encontrar la función de transferencia con la siguiente fórmula n c [ H ( s)]. c = k k= s sbk k Como se obtuvo n= tenemos que k= y entonces c [ H ( s)] = s sb c donde ara filtros Butterworth c k = y además B k está dada or
B k = sin π n k Por lo que B =.44 ara este caso y entonces la bien conocida función de transferencia queda como sigue: ()(944.77) (.44)(944.77) ().0 (944.77) ) ( ) ( ) ( = = s s c sb s c A s H ω ω ω 88,86,49.6 (,8.65) 89,74,704.0 ) ( = s s s H 5. El quinto aso es encontrar el valor de los comonentes (resistencias y caacitores) con los que se construirá el circuito aso bajas, ara lo cual igualamos la salida del filtro aso bajas con la del circuito Delyiannis-Friend mostrado en la figura 4. Figura 4. Circuito Delyiannis-Friend. (Y=Admitancia). Las ecuaciones que describen la oeración del circuito son: 4 4 5 ) ( ; ) ( sc sc Vin Vsal Y Y Y Y Y Y Y Y Y Vin Vsal = = Trabajando un oco en la exresión del filtro, la onemos de la forma de la función de transferencia H(s): ) ( ; ) ( ) ( ) ( C C C s s C C Vin Vsal c sb s c A s H = = ω ω ω Una vez en esta forma, igualamos los términos y obtenemos:
A = B ω = ( ) C ( ω ) = C C.. Construcción del filtro De las igualdades anteriores deducimos las siguientes fórmulas ara obtener el valor de los comonentes. Primeramente se toma C =KC donde K es un valor constante y se recomienda utilizar C = 0nF f. Para este caso se rouso C =0 [nf] y C =.5 [nf] or lo que K=0.5. Por otro lado, de las ecuaciones anteriores = ( ) KC ω = B ω k ± B ω 4[ ω K( A)] k ω KC ( A) Como se eligió una ganancia unitaria (A=-) únicamente se tiene que calcular ya que es igual a. Aunque rimero se necesita calcular ya que se necesita ara el cálculo de..44(9,44.77) ± ( w ) ( w ),8 = = = 5,005.7 [ Ω] 9 (9,44.77) (0x0 ) 0.888 = = 0,00.54[ Ω] 5.x0 Con los valores anteriormente calculados se construyó el filtro asa-bajas. Se utilizó el amlificador oeracional de roósito general UA74CP el cual tiene una alta imedancia de entrada y una baja imedancia de salida. Debido a que los valores resultantes de los comonentes en el análisis teórico fueron los siguientes =9.87 [kω], =9.99 [kω], =4.89 [kω], C =0.8 [nf] y C =.5 [nf], se utilizaron valores cercanos que fueran comercialmente disonibles con lo cual quedó el circuito mostrado en la figura 5. 4
Figura 5. Circuito del filtro aso-bajas sintonizado a.6 [khz]. Con el circuito de la figura 5 se realizaron algunas ruebas ara verificar que, en efecto, el diseño del filtro funcione correctamente a esar de que los valores de resistencias y sobre todo de caacitares no fueron exactamente los obtenidos en el diseño teórico... Pruebas exerimentales al filtro Para corroborara que la frecuencia de corte del filtro se encuentre entre,500 y,000 [Hz] se realizó un barrido de frecuencias utilizando un V ent = [V] con lo cual obtuvimos los datos mostrados en la tabla 4. Con ayuda de la tabla 4 nos ercatamos de que la frecuencia que limita la banda de aso está en 600 [Hz] aroximadamente, ya que en esta frecuencia se está or debajo de los tres decibeles que se utilizan comúnmente ara definir la frecuencia de corte. También gracias al barrido realizado desde 00 [Hz] hasta 5000 [Hz], odemos darnos cuenta de que en 5 [khz] la ganancia ya descendió 0 decibeles que indican que el filtro ha atenuado correctamente las frecuencias altas. 5
Tabla 4. Pruebas y resultados con el filtro aso-bajas. f(khz) Ganancia Ganancia(dB) 0. 0 0. 0 0. 0 0.4 0 0.5 0 0.6 0 0.7 0.984-0.400980 0.8 0.984-0.400980 0.9 0.96-0.545754 0.96-0.574480. 0.904-0.87669. 0.87 -.89670. 0.8 -.597547.4 0.79 -.054967.5 0.744 -.568549.6 0.688 -.484.7 0.648 -.76849988 f(khz) Ganancia Ganancia(dB).8 0.6-4.4697499.9 0.56-5.06946 0.5-5.8460078. 0.476-6.44786095. 0.444-7.05406. 0.404-7.8777.4 0.84-8.755.5 0.6-8.8794998.6 0. -9.5778.7 0.08-0.89857.8 0.9-0.694.9 0.7 -.0869 0.56 -.85007.5 0.9-4.4498 4 0.46-6.7949 4.5 0.7-8.6688 5 0.094-0.57449 Finalmente con la tabla 4 se obtuvo la grafica de la figura 6, la cual ilustra el comortamiento del filtro aso bajas. En la figura 6 se nota que en 5kHz ya bajo los 0dB, lo cual es bastante bueno, también notamos que la ganancia del filtro efectivamente es unitaria. Ganancia(dB) 0-5 -0-5 -0 0 4 6-5 Frecuencia (khz) Figura 6. esultados exerimentales con el filtro aso-bajas diseñado. 6
.4 Convertidor digital a analógico (DAC).4. Diseño y construcción El circuito de alicación de este convertidor se coió del manual del circuito DAC0808 (ver figura 7). Este circuito estará conectado a un microcontrolador; ero dado que la arte digital del royecto global corresonde a otro Proyecto Terminal, en este royecto únicamente se simulará la resencia del microcontrolador a través de un DIP switch ara así oder concentrarnos en caracterizar el funcionamiento del convertidor. El rinciio de funcionamiento de este convertidor se basa en un voltaje de referencia, el cual es igual a la salida ero multilicado or el número de bits que se encuentren en uno ara convertidores uniolares. En nuestro caso, como el convertidor es de 8 bits entonces 8 habrá 56 valores osibles y el aso de conversión igual a del rango de conversión. Las características rinciales de este circuito son las siguientes: - Tiemo tíico de conversión de 50 [ns] - Voltaje de alimentación desde 4.5 [V] hasta 8 [V]. Figura 7. Alicación tíica del circuito DAC. Como se utilizó un DIP switch, en vez del microcontrolador, se construyó el circuito mostrado en la figura 8, en el cual se utilizó un voltaje de referencia de 9 [V] y voltajes de olarización de 9 [V] y -9 [V]. Se utilizaron estos valores debido a que estos voltajes son los que se consideraron en otras artes del royecto. 7
.4. Pruebas exerimentales al DAC Figura 8. Circuito de ruebas ara caracterizar el DAC. Las ruebas exerimentales realizadas con el circuito de la figura 8, se encuentran listadas en la tabla 5 en donde también se muestran los valores resultantes de la conversión. Tabla 5. Lista de las ruebas realizadas con el DAC. Dato digital Valor analógico 0000 0000 -.96 0000 000 -.9 0000 000 -.866 000 0000 -.806 000 000 -.676 000 00 -.7 00 0-0.79 00 00-0.66 00-0.07-0.007 8
Con las ruebas exerimentales mostradas en la tabla 5 odemos ver que los voltajes obtenidos de este circuito varían entre 0 (0.007 [V] con todas las terminales de entrada en lógico) y - [V] (.969 [V] con todas las terminales de entrada en 0 lógico) aroximadamente..5 Micrófono electret.5. Uso del EM-96 El micrófono utilizado en las ruebas es un micrófono de electrec (también llamado de condensador). Este micrófono requiere de olarización externa y aunque se recomienda alimentarlo con una ila de.5v, uede soortar una alimentación de hasta 0V. Sin embargo, no es conveniente sobrealimentarlo, ya que esto disminuye su vida útil. Consume una corriente de máximo 0. [ma]. Estos micrófonos tienen una resuesta en frecuencia desde 0 [Hz] hasta 6,000 [Hz], lo cual lo hace bastante adecuado ara alicaciones de audio. Para robar el micrófono se construyó el circuito de la figura 9, tomando en cuenta las esecificaciones antes mencionadas y el circuito rouesto en la hoja de esecificaciones. Figura 9. Circuito utilizado ara olarizar el micrófono..5. Pruebas exerimentales al micrófono Al micrófono únicamente se le alicó la siguiente rueba. Con el circuito de la figura 9 se observó la salida en el osciloscoio, dando como resultado una señal con un voltaje ico de aroximadamente 00 [mv] cuando se hablaba fuerte en el micrófono.. Evaluación del sistema Con el fin de robar los circuitos en conjunto, se elaboró el siguiente sistema, en el que tienen articiación todos los circuitos anteriormente revisados individualmente. El sistema consiste en un micrófono, un amlificador, un filtro, un reamlificador, un amlificador de otencia y finalmente una bocina. 9
Figura 0. Sistema ara comrobar funcionamiento en conjunto. Con este sistema se uede comrobar el funcionamiento de cada circuito hablando or el micrófono y escuchando la voz or la bocina. A mismo tiemo se uede controlar el nivel de volumen or medio del reamlificador. También se uso atención en el nivel de distorsión introducida en la señal de voz al asar or el filtro aso-bajas ya que éste tiene una frecuencia de corte de 600 [Hz]. Sin embargo, no hubo una distorsión significativa or lo que concluimos que los arámetros de diseño del filtro fueron adecuados. También con este sistema y como se muestra en la figura, odemos ver mejor la forma en la que se controla la ganancia a través de las diferentes etaas del circuito ara finalmente escuchar la salida or medio de la bocina. Figura. Circuito comleto en la trayectoria micrófono-altavoz. 0
Se realizaron un conjunto de ruebas exerimentales con el circuito de la figura. Las ruebas se listan en la tabla 6 y se realizaron en forma descrita a continuación. Las mediciones mostradas en la rimera y las segunda fila de la tabla 6 se tomaron utilizando el osciloscoio, mientras se hablaba or el micrófono. Las mediciones de la tercera fila se tomaron con el osciloscoio, ero utilizando un generador de funciones en vez del micrófono, or lo que en la tercera fila se tenía una señal sinusoidal eriódica en vez de la voz. Tabla 6. Pruebas realizadas con el circuito de la figura. Señal al micrófono Am. del mic. (salida) Filtro aso-bajas (salida) Pream. salida (salida) Voz 9mV @ 7 Hz 7mV @ 7Hz Voz 08mV @ 4Hz 6mV @ 4Hz 500mV @ 500Hz 6V @ 500Hz 4.8V @ 500Hz En la rimera fila de la tabla se ve el resultado de hablar or el micrófono y tomar mediciones con el osciloscoio a la salida del filtro (columna ) y a la salida del reamlificador (columna 4). Así se verificó el correcto funcionamiento del reamlificador al integrarlo al sistema. Podemos ver que el reamlificador de voltaje originó una ganancia de.7 con resistencias de 5kΩ y kω ara controlar la ganancia. La teoría indica que con estos valores la ganancia debería de ser de 5. Pensamos que esta discreancia es debida or un lado, a la dificultad de medir señales de voltaje estables cuando se tiene una señal de voz a la entrada y or otro, a la dificultad de fijar uno de los valores requeridos a través de una resistencia variable de 00kΩ, que fue la que se utilizó. Utilizando el generador de funciones con 500mV en vez del micrófono se realizó la rimera medición de la fila de la tabla 6 (columna ), con lo que se encontró que el amlificador de voltaje tiene una ganancia de ya que al tomar la medida a su salida, el voltaje era de 6. Las ruebas se reortan or ares debido a que en el osciloscoio sólo se ueden ver dos salidas simultáneas, aun así odemos observar que el filtro tiene una ganancia entre 0.95 y.08 de las filas y de la tabla. 4. Conclusiones En este informe se describe el análisis, construcción y ruebas de los amlificadores necesarios ara la construcción del interfono or Internet. Se logró así el desarrollo satisfactorio de esta arte del royecto. Los amlificadores son muy imortantes en cualquier royecto de electrónica ya que constantemente se debilita la señal y es necesario amlificarla. Además, la utilización de
algunos disositivos como micrófonos hace indisensable el uso de estos elementos y este royecto sirvió ara recordar y descubrir asectos imortantes en su diseño y uso. El amlificador de otencia, quizá es el que resentó mayor dificultad, ya que se utilizó el circuito de alicación roorcionado or el fabricante sin mayores detalles. Se descubrió que el circuito se saturaba constantemente. Cabe mencionar que haciéndolo funcionar a una ganancia unitaria se logró que funcionara correctamente y utilizando un reamlificador ara su control se consiguió que esta arte del royecto quedara lista ara integrarse al resto del sistema. También se construyó y analizó un filtro aso-bajas con frecuencia de corte a.6 [khz] que funcionó correctamente. Este circuito se robó en conjunto con otros elementos de este sistema y se comrobó que no distorsiona mucho la voz y que se ueden distinguir las alabras filtradas sin ninguna dificultad. Finalmente se construyó y revisó el funcionamiento de un DAC aunque debido a que no se contó con la sección digital del sistema, no hicieron más ruebas. Sin embargo sí se caracterizó el disositivo en términos del rango de voltajes de conversión con los cuales se tiene que trabajar. Bibliografía Para la realización de este royecto se utilizaron las siguientes fuentes de información:. Auntes de clase de algunas Unidades de Enseñanza Arendizaje imartidas en la UAM-I.. Hojas de datos de los circuitos DAC0808, UA74 y LM86.. Informe final del Proyecto Terminal Interfono or Internet: su diseño y rotocolo de ruebas, Lóez Acuña Osvaldo, Universidad Autónoma Metroolitana Unidad Iztaalaa (007). Asesor: Dr. Miguel Lóez Guerrero.