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El proyecto final de la materia Electrónica Analógica sobre el desarrollo de un convertidor de audio mono a stereo utilizando amplificadores operacionales. El documento incluye una introducción al concepto de amplificadores, sus características y funcionamiento, seguido de la descripción del proyecto, lista de componentes y su realización. Las palabras clave incluyen audio mono, audio stereo, convertidores, amplificadores, impedancia, ganancia y distorsión.
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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Imagen 1. Símbolo de un amplificador La relación que existe entre la salida del amplificador y la entrada, expresada normalmente en función de la frecuencia de la señal de entrada, se denomina función de transferencia del amplificador y a su amplitud de ganancia. Dependiendo de la amplificación de la frecuencia, se les hace funcionar a un determinado rango de frecuencia, para que la amplificación sea constante y lineal. Los amplificadores electrónicos son los más comunes y son usados en casi todos los aparatos electrónicos, como radios, televisiones, ordenadores, equipos de comunicación, instrumentos musicales, etcétera. El funcionamiento de estos amplificadores se basa en la utilización de diferentes elementos activos, como pueden ser tubos de vacío o un transistor, normalmente BJT, aunque en ocasiones se utilizan MOSFET. La función del BJT es la de amplificar la corriente eléctrica que haya en su base un determinado valor en el colector y en el emisor. El valor de amplificación depende del tipo de transistor y del diseño del circuito (valores de los componentes, configuración en base común, colector común, etc).
Imagen 2. Ilustración de un transistor
Estas características son las que determinan la calidad de cada modelo de amplificador: Impedancia: Es la oposición que presenta cualquier material o dispositivo al paso de una corriente alterna. La impedancia de entrada de un amplificador debe ser de, al menos, 10 kilo-ohmios. Estos 10 kilo-ohmios se dan para que en el caso de posicionar 10 amplificadores en paralelo la carga total sea de un kilo-ohmio (10 kilo-ohmio / 10=1 kilo- ohmio). Factor de amortiguamiento: indica la relación entre la impedancia de salida del amplificador y la impedancia nominal del altavoz al que va conectado. Cuanto mayor sea el factor de amortiguamiento mejor, pero por encima de doscientos puede significar que el amplificador está deficientemente protegido contra cargas reactivas que pueden deteriorarlo. Lo ideal es que el factor de amortiguación sea elevado, por encima de los doscientos.
Muchos fabricantes, en lugar de usar solo las audiofrecuencias, para proteger a los amplificadores de perturbaciones suprasónicas o subsónicas, lo que hacen es medir la respuesta en frecuencia para una banda de frecuencias superior (generalmente de 12 a 40.000 Hz). En este caso una respuesta en frecuencia óptima debe estar en torno a 3 dB por encima +3 dB o por abajo - 3 dB. Respuesta de fase: Relaciona la fase entre las frecuencias medias con respecto a las altas o las bajas. Este desfase (adelantamiento o retraso) no debería de ser superior a los 15º para que no se produzca distorsión y/o cancelamientos de señal. Ganancia: Es la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada de la señal. Si la potencia de salida es de 40W (vatios) y la entrada de 20W, la ganancia es de 2 dB. Sensibilidad: Nos indica la cantidad de flujo eléctrico necesario de entrada para producir la máxima potencia de salida. Distorsión: describe la variación de la forma de onda a la salida del equipo, con respecto a la señal que entró y se debe a que los equipos de audio, no solo los amplificadores, introducen armónicos en la señal. Las causas de esta distorsión pueden ser múltiples. En el caso de los amplificadores, la más usual es la sobrecarga a la entrada, es decir, sobrepasar la potencia recomendada por el fabricante, lo que produce a la salida un recorte de la señal, queda el sonido roto.
Este convertidor audio mono a estéreo con amplificadores operacionales permite obtener una salida de audio estéreo (dos canales) a partir de una señal monofónica. (un canal ). Este sencillo circuito se puede usar para alimentar dos audífonos estéreo o parlantes de alta impedancia (para bajo consumo de corriente), tomando una entrada monofónica, para producir una señal estéreo. Uno de los canales entregará las bajas frecuencias y el otro canal las altas frecuencias.
Para lograr nuestro objetivo se utilizan filtros activos de dos tipos diferentes: un filtro activo paso alto y un filtro activo paso bajo. Cada uno de ellos para un canal. Estos dos filtros, trabajando juntos dividen todo el rango de frecuencias de la señal de audio de entrada en dos grupos separados por una frecuencia de corte de 750 Hertz (Hz). Imagen 3. Convertidor Mono a Estéreo. El circuito tiene dos salidas (canales), izquierda y derecha, el canal 1 (izquierdo) tiene un filtro activo de paso bajo, para frecuencias menores a 750 Hz y el canal 2 (derecho) tiene un filtro activo de paso alto, para frecuencias mayores a 750 Hz. El circuito da mejores resultados cuando la señal audio que se desea convertir, tiene una gran variedad de frecuencias.
Imagen 5. Diagrama donde se comparan las ganancias y pendientes de un filtro activo paso bajo y un filtro activo paso bajo en cascada de 2 etapas. En el diagrama anterior se comparan las ganancias y pendientes de un filtro activo paso bajo y un filtro activo paso bajo en cascada de 2 etapas. Es evidente que el filtro en cascada de dos etapas es superior pues tiene mayor ganancia (40 log Ao) y su pendiente es más pronunciada (-40dB/década), acercándose más al comportamiento de un filtro ideal. Ao es la ganancia del filtro activo (una etapa). El mismo razonamiento aplica para un filtro en cascada paso alto. El circuito se alimenta con una fuente de voltaje de doble polaridad de: +/- 15 V (voltios), 1 A (amperio).
El audio mono solo se reproduce por un canal. En cambio, el audio estéreo se reproduce por dos audios de forma independiente. Si tienes un audio en mono, su calidad será muy inferior. Es por esto que se hizo este proyecto de convertidor de audio mono a estero.
Convertir audio mono a estero con ayuda de un circuito, aplicando amplificadores y convertidores con el fin de obtener un audio de salida estéreo amplificándolo con el circuito.
Convertir audio mono a estero
Figura 1 Medición y conexiones del circuito Figura 2 Medición en el osciloscopio
La elaboración de un convertidor mono – estéreo resulta ideal para colocarlo a la salida de un receptor mono. Produce un efecto estéreo mediante una inversión de fase. Dicha inversión es lograda a través del amplificador doble constituido por T1 y sus resistencias de polarización. Para convertir audio mono a estero con ayuda de un circuito, se aplicando amplificadores y convertidores con el fin de obtener un audio de salida estéreo amplificándolo con el circuito. Los amplificadores son circuitos que se utilizan a aumentar (amplificar) el valor de la señal de entrada generalmente muy pequeña y así obtener una señal a la salida con una amplitud mucho mayor a la señal original. La elaboración de proyecto el convertidor mono- estero se llevó a cabo a través de diagramas de conexiones y propiedades de materiales que se fueron vieron en las clases de electrónica analógica Cabe recalcar que los componentes de este proyecto son, componentes que hemos visto y analizado en clases anteriores, por lo que el convertidor mono-estereo fue algo sencillo, pero con detalles que lo hicieron complicado al momento de probar De manera resumida realizamos un amplificador de señal de auxiliar de entrada 3.5 mm, en donde la señal de entrada seria la señal de audio de un teléfono inteligente y mediante los componentes del circuito aumentar o disminuir el sonido, en este caso un claro ejemplo son los estéreos convencionales que tenemos en los automóviles
