Guia de Laboratorio EE442 v2

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Curso : LABORATORIO DE ELECTRÓNICA II Sección : “M” Profesor : CARBONEL OLAZABAL, DANIEL ROBERTO Agradecimiento a los alumnos que han aportado con su tiempo y esfuerzo a rehacer todas las experiencias cuyos archivos fueron extraviados. - Meneses Aguilar, Everth (experimentos No.1,2,3 y 4) - Ureta Riveros, Walter (experimento No. 5) - Cabrera Espinoza, Edinson (experimento No. 6) UNI 2011 PROYECTOS DE ELECTRÓNICA ANÁLOGA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA II

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE

INGENIERIA

Facultad de Ingeniería

Eléctrica y Electrónica

Curso : LABORATORIO DE ELECTRÓNICA II

Sección : “M”

Profesor : CARBONEL OLAZABAL, DANIEL ROBERTO

Agradecimiento a los alumnos que han aportado con su tiempo

y esfuerzo a rehacer todas las experiencias cuyos archivos

fueron extraviados.

- Meneses Aguilar, Everth (experimentos No.1,2,3 y 4) - Ureta Riveros, Walter (experimento No. 5) - Cabrera Espinoza, Edinson (experimento No. 6)

UNI 2011

PROYECTOS DE ELECTRÓNICA ANÁLOGA

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA II

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PRESENTACIÓN DE LA GUIA ORIGINAL

El presente trabajo es el complemento practico a los planteamientos teóricos de mi libro

CIRCUITOS ELECTRONICOS – AMPLIFICACION LINEAL, con circuitos discretos e

integrados para lo cual elegí, diseñe y construí la serie de circuitos ARGOS con el criterio de

que el estudiante aprenda y germine su curiosidad en el diseño y análisis; para adquirir el

espíritu crítico y de estudio que el momento tecnológico requiere.

En todos los casos se integra al diseño la construcción y la simulación con software SPICE de

los circuitos materia de esta propuesta hecha ya que el uso de la PC se convierte en una

poderosa herramienta de comprobación del diseño y su posterior optimización.

Hago propicio mi reconocimiento al Sr. Néstor Bautista Tipula por su eficiente trabajo en la

simulación de los circuitos propuestos; igualmente a los Ingenieros Domingo Lazo y Rolando

Julián por su colaboración.

Finalmente agradezco a la FIEE y a su Instituto de Investigación por la subvención a este

trabajo; que ha permitido su desarrollo integral en beneficio de nuestros estudiantes, en el afán

de elevar su nivel académico como respuesta a los cambios de estos tiempos.

Ing. Carlos Medina Ramos

Profesor Principal

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CONTENIDO

1. LABORATORIO Nº 1. Amplificador Multietapa

2. LABORATORIO Nº 2. Amplificador Realimentado

3. LABORATORIO Nº 3. Amplificador Simétrico Complementario

4. LABORATORIO Nº4. Amplificador Operacional

Inversor

No Inversor

Seguidor Emisivo

Conversor V/I

Amplificador de Señal Tipo Puente

5. LABORATORIO Nº 5. Amplificadores de Instrumentación

Controlador Proporcional Integral y Derivativo

6. LABORATORIO Nº 6. Ecualizador de Audio

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LABORATORIO Nº 1

AMPLIFICADOR MULTIETAPA

I. OBJETIVOS

Diseñar, simular, implementar y analizar, la ganancia y respuesta en frecuencia de un

amplificador linear.

II. INFORME PREVIO

1. Detallar las condiciones para los que un BJT y/o FET puede operar en baja frecuencia.

2. Para la primera etapa Q1-Q2 del circuito en estudio, escriba la ecuación 𝑑𝐼𝑐2 𝑑𝑇 , tal que

𝐼𝑐2 = 𝑓 𝐼𝐶𝐵𝑜 , 𝑉𝐵𝐸 y considerando que los BJT son de silicio.

3. Fundamente las razones por los que se diseña la ganancia y otros parámetros de un

amplificador independiente del ℎ𝑓𝑒 , ℎ𝑖𝑒 , etc, del BJT por ejemplo.

4. Diseñe el circuito amplificador ARGOS 1 bajo las siguientes premisas:

Fuente de Operación DC 12V

Elementos Activos 2N2222A o similar

Señal de prueba 1 KHz 10 mV con resistencia 10 KΩ

Corrientes 𝐼𝐶𝑄 mayor o igual a 1 mA

Frecuencia de Corte fi = 100 Hz y fs = 5 KHz

Ganancia a frecuencias medias 350 (aprox.)

ARGOS 1

Page 5: Guia de Laboratorio EE442 v2

5. Simular el circuito y grafique los principales parámetros del amplificador.

Page 6: Guia de Laboratorio EE442 v2

Respuesta del Amplificador ARGOS 1 a una Onda de Prueba de 1 KHz

6. Comprobar que las junturas Base-Emisor trabajan en el régimen lineal y de mínima

distorsión armónica, basado en los diagramas de bode del circuito ARGOS 1 obtenidos de

la simulación.

7. Presente los diagramas de bode obtenidos de la simulación.

V2/V1

V12/V9

V6/V1

V15/V12

V7/V6

V16/V12

V9/V1

V16/V1

Page 7: Guia de Laboratorio EE442 v2

III. IMPLEMENTACION

Equipo y Material Básico

1 Osciloscopio

1 Generador de Señales de Baja Frecuencia

1 Multímetro Digital

1 Fuente DC

Lista de Componentes:

Transistores:

Q1, Q2, Q3, Q4 2N2222A

Resistencias

R1, RL 10 KΩ

R2 100 KΩ

R3, R9 68 KΩ

R4, R8 2.2 KΩ

R5, R11 3.9 KΩ

R6, R13 3.3 KΩ

R7, R14 100 Ω

R9 68 KΩ

R10 22 KΩ

R12 1.5 KΩ

R15 680 Ω

Capacitores

C1, C4 0.22 µF

C2, C5 47 µF

C3 0.15 µF

C6 1.8 nF

C7 1.2 nF

IV. PROCEDIMIENTO

a. Construir el circuito ARGOS 1 sin conectar VIN y C3

b. Comprobar los voltajes de polarización de acuerdo a su diseño; si son próximos, prosiga:

V5 V6 V9 V7 V11 V12 V15 V14

c. Conecte la fuente VIN, compruebe la amplificación de Q1 y Q2 y anote en AC, use una

onda de prueba de 1 KHz.

V2 V6 V8 V9

d. Mediante el condensador C3 aplique VIN y compruebe la amplificación de Q3 y Q4, y

anote en AC. Use una onda de prueba de 1 KHz.

V17 V12 V13 V15 V16

Page 8: Guia de Laboratorio EE442 v2

e. Conecte el circuito global Q1, Q2, Q3, Q4, y aplique VIN con una señal de prueba de 1

KHz y anote en AC. Evite recortes de onda.

V1 V2 V4 V6 V9 V8 V17 V12 V15 V13 V16

f. Efectúe un barrido de frecuencias entre 5 Hz y 50 KHz, anote los voltajes siguientes:

V2 V4 V6 V9 V8 V17 V12 V15 V13 V16

5 Hz

10 Hz

20 Hz

50 Hz

100 Hz

200 Hz

500 Hz

1 KHz

5 KHz

10 KHz

20 KHz

50 KHz

80 KHz

V. INFORME FINAL

1. Asumiendo las resistencias estables determine:

Q1 Q2 Q3 Q4

ICQ

VCEQ

2. Use la tabla y determine en AC, a 1 KHz. Compare los resultados con las ganancias que se

obtienen de las tablas c y d.

V2/V1 V6/V1 V9/V6 V9/V1 V12/V9 V15/V12 V16/V12 V16/V1

3. Presente en papel semilogarítmico los diagramas de bode de:

V6/V1

V12/V9

V9/V6

V16/V12

V9/V1

V16/V1

4. Anote las conclusiones y observaciones correspondientes a lo siguiente:

El diseño

La simulación

La implementación

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LABORATORIO Nº 2

AMPLIFICADOR REALIMENTADO

I. OBJETIVOS

Diseñar, simular, implementar y analizar un amplificador, con realimentación negativa

usando una estructura diferencial en régimen lineal.

II. INFORME PREVIO

1. Analice la estabilidad del sistema realimentado con 4 ceros y 4 polos en el lado de baja

frecuencia correspondiente al amplificador usado en esta experiencia.

2. Obtenga la función de transferencia del amplificador para la zona de frecuencias medias.

3. Diseñe el circuito ARGOS 2 bajo las siguientes premisas:

Fuente de Operación DC ±12V

Carga 15 KΩ

Elementos Activos Q1,Q2,Q3: 2N2222A

Q4: 2N2907

Señal de prueba 400 mVp a 1 KHz

Corrientes 𝐼𝐶𝑄 mayores o iguales a 1 mA

Frecuencia de Corte fi = 100 Hz y fs = 10 KHz

Ganancia a frecuencias medias 10 (aprox.)

ARGOS 2

Page 10: Guia de Laboratorio EE442 v2

4. Simule en SPICE el circuito ARGOS 2 e imprimir los diagramas de los siguientes

parámetros:

En DC:

V3

V16

V5

V10

V18

V8

En AC (diagrama de Bode):

V(2,6)

V10

V3

V18

V13

Diagrama de G/(1+GH) para el Circuito Realimentado ARGOS 2

Diagrama de Fase del Circuito ARGOS 2

Page 11: Guia de Laboratorio EE442 v2

Voltaje Error V2-V6 para una Onda de Prueba de 1KHz

Diagrama del Transistor Q4 operando en Régimen Lineal

Page 12: Guia de Laboratorio EE442 v2

Respuesta del Amplificador Realimentado a una onda de 0.4 Vp y 1 KHz en V10

Respuesta del Amplificador Realimentado a una onda de 0.4 Vp y 1 KHz en V13

5. Basado en la simulación obtenga los diagramas de bode de G y G/(1+GH)

6. Compruebe que cada etapa de amplificación opere en régimen lineal y mínima distorsión

armónica, usando los diagramas del punto 4.

III. IMPLEMENTACION

Equipo y Material Básico

1 Osciloscopio

1 Generador de Señales de Baja Frecuencia

1 Multímetro Digital

1 Fuente doble DC

Page 13: Guia de Laboratorio EE442 v2

Lista de Componentes:

Transistores:

Q1, Q2, Q3, Q5 2N2222A

Q4 2N2907

Resistencias

R1, R14 4.7 KΩ

R2, R3 1 KΩ

R4 330 Ω

R5 2.2 KΩ

R6 22 KΩ

R7, R8, R9, R10 100 Ω

R11 220 Ω

R12 15 KΩ

R13 470 Ω

Capacitores

C1, C4 0.1 µF

C2, 4.7 µF

C3 22 µF

C5 33 nF

IV. PROCEDIMIENTO

a. Construir el circuito ARGOS 2 tal que la tensión del nodo 10 (V10) sea nula.

b. Verifique los voltajes de polarización conforme a su diseño; si son próximos prosiga:

V3 V5 V8 V9 V16 V2 V6 V+ V-

c. Conecte la fuente V1 con una señal de 0.4 Vp y 1 KHz; anote en AC

V2 V6 V3 V18 V4 V10 V13 V17 V11 V12

d. Efectúe un barrido de frecuencias y anote:

V2 V6 V3 V18 V10 V13

5 Hz

50 Hz

100 Hz

200 Hz

100 Hz

800 Hz

1.2 KHz

5 KHz

10 KHz

20 KHz

30 KHz

40 KHz

80 KHz

100 KHz

Page 14: Guia de Laboratorio EE442 v2

V. INFORME FINAL

1. Asumiendo las resistencia estables y basados en sus datos experimentales determine:

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5

ICQ

VCEQ

2. Use la tabla c y determine en AC.

V2/V1 V(2,6) V3 V3/V(2,6) V13/V3 V13/V6

3. Presente el papel semilogarítmico los diagramas de Bode de:

V13/V(2,6)

V3/V(2,6)

V10/V2

V10/V(18,17)

V10/V6

4. Anote las conclusiones y observaciones correspondientes a lo siguiente:

El diseño

La simulación

La implementación

Page 15: Guia de Laboratorio EE442 v2

LABORATORIO Nº 3

AMPLIFICADOR SIMETRICO

COMPLEMENTARIO

I. OBJETIVOS

Diseñar, simular, implementar y analizar un amplificador simétrico complementario.

II. INFORME PREVIO

1. Obtenga la ecuación 𝑑𝐼𝐶 𝑑𝑇 para el amplificador de potencia; estime que Q1, Q2, Q3, Q4

tienen temperaturas aproximadamente iguales.

2. Obtenga la función de transferencia del amplificador ARGOS 3.

3. Diseñe el circuito ARGOS 3 bajo las siguientes requisitos:

Fuente de Operación DC ±12V

Carga 8 Ω

Elementos Activos Q1, Q7: BD135

Q3: BD136

Q5: 2N2222A

Q2: TIP41

Q4: TIP42

Q6: 2N2907

Señal de prueba 1 Vp a 1 KHz

Corrientes 𝐼𝐶𝑄 mayores o iguales a 8 mA

Frecuencia de Corte fi = 100 Hz y fs = 15 KHz

Ganancia a frecuencias medias 10 (aprox.)

Protección a sobrecorrientes 1 A en la carga

Page 16: Guia de Laboratorio EE442 v2

ARGOS 3

4. Simule en SPICE el circuito ARGOS 3 e imprimir los diagramas de los siguientes

parámetros:

En DC:

V7

V(2,14)

V(4,3)

V11

En AC (diagrama de Bode):

V(2,3)

V(10,11)

V7

V11

Page 17: Guia de Laboratorio EE442 v2

Diagrama de Bode del Amplificador de Potencia ARGOS 3

Diagrama de Fase del Circuito ARGOS 3

Page 18: Guia de Laboratorio EE442 v2

Respuesta del Amplificador de potencia a una Onda de 1KHz

Corriente nominal en la Carga

5. Obtenga los máximos voltajes de operación en la juntura B-E de Q1, Q2, Q3, Q4 y

Q7.

III. IMPLEMENTACION

Equipo y Material Básico

1 Osciloscopio

1 Generador de Señales de Baja Frecuencia

1 Multímetro Digital

1 Fuente doble DC

Lista de Componentes:

Transistores:

Q1, Q7 BD135

Q2 TIP41

Q3 BD136

Q4 TIP42

Q5 2N2222A

Q6 2N2907

Page 19: Guia de Laboratorio EE442 v2

Resistencias

R1 1.8 KΩ

R2 22 KΩ

R3 1 KΩ

R4 90 Ω (Potenciómetro)

R5 30 Ω (Potenciómetro)

R6, R7 0.56 Ω

R8, R10 3.9 KΩ

R9, R11 27 KΩ

R12 8.2 Ω

Capacitores

C1 1 µF

C2 12 nF

Diodos

D1, D2, D3 1N4007

IV. PROCEDIMIENTO

a. Construir el circuito ARGOS 3 tal que la tensión del nodo 11 (V11) sea nulo y Q7 este

operando bajo excursión simétrica.

b. Verifique independientemente que cada fuente tenga el mismo módulo de voltaje.

c. Aplique las fuentes DC al circuito y verifique los voltajes de polarización conforme a su

diseño; si son próximos prosiga.

V(2,14) V(3,14) V(8,7) V11 V(7,4) V(10,11) V(11,12)

d. Conecte la fuente V1 con una señal de voltaje 1 Vp y 1 KHz; y anote en AC:

V2 V3 V7 V11 V(7,9) V(9,10) V(10,11)

e. Efectúe un barrido de frecuencias y anote:

V2 V3 V7 V11

5 Hz

20 Hz

80 Hz

200 Hz

400 Hz

800 Hz

1 KHz

2 KHz

4 KHz

10 KHz

20 KHz

30 KHz

40 KHz

Page 20: Guia de Laboratorio EE442 v2

V. INFORME FINAL

1. En función de sus datos experimentales determine en DC:

ICQ7 VCEQ7 VR3 VR1

2. Use la tabla d y determine en AC:

V(2,3) V3 V7 V11 V2 V1

3. Presente en papel semilogarítmico el diagrama de Bode de: V11/V1 y V2/V7

4. Anote las conclusiones y observaciones correspondientes a lo siguiente:

El diseño

La simulación

La implementación

Page 21: Guia de Laboratorio EE442 v2

LABORATORIO Nº 4

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

I. OBJETIVOS Diseñar, simular, implementar y analizar circuitos con amplificadores operacionales

(OPAMPs).

Relación de Circuitos en estudio:

A. Amplificador Inversor ARGOS 4

B. Amplificador no Inversor ARGOS 5

Offset 9

Offset

Page 22: Guia de Laboratorio EE442 v2

C. Amplificador Seguidor Emisivo ARGOS 6

D. Circuito Conversor V/I ARGOS 7

Offset

Offset

Page 23: Guia de Laboratorio EE442 v2

E. Amplificador para la señal Tipo Puente ARGOS 8

Al igual que en los otros circuitos conectamos un Potenciómetro de 10 KΩ, entre las

patas 1, 5 y 4.

II. INFORME PREVIO

1. Compare las características técnicas de los amplificadores operacionales, LM741, LM308,

TL082.

2. Explique el funcionamiento e indique posibles aplicaciones del: Termistor NTC,

Resistencia del Platino, la Termocupla, el Transductor de efecto Hall, la celda para medir

PH.

3. Obtenga la función de transferencia de los circuitos de los 5 circuitos.

4. Diseñe los 5 circuitos según los parámetros indicados para cada caso.

5. Simule en SPICE los 5 circuitos.

5

4

1

Page 24: Guia de Laboratorio EE442 v2

Diagrama de Bode de ARGOS 4

Diagrama de Fase de ARGOS 4

Page 25: Guia de Laboratorio EE442 v2

Respuesta de ARGOS 4 a una excitación sinusoidal

Diagrama de Bode de ARGOS 5

Page 26: Guia de Laboratorio EE442 v2

Diagrama de Fase de ARGOS 5

Respuesta de ARGOS 5 a una excitación sinusoidal

Page 27: Guia de Laboratorio EE442 v2

Diagrama de Bode de ARGOS 6

Diagrama de Fase de ARGOS 6

Page 28: Guia de Laboratorio EE442 v2

Respuesta de ARGOS 6 a una excitación sinusoidal

Diagrama de Bode al punto V8 de ARGOS 7

Page 29: Guia de Laboratorio EE442 v2

Diagrama de Fase al punto V8 de ARGOS 7

Zoom a la respuesta del Conversor V/I - ARGOS 7

Page 30: Guia de Laboratorio EE442 v2

III. IMPLEMENTACIÓN

Equipo y Material Básico

1 Osciloscopio

1 Generador de Señales de Baja Frecuencia

1 Multímetro Digital

1 Fuente doble DC

Lista de Componentes:

ARGOS 4:

OPAMP:

U1 UA741

Resistencias

R1, R4, Ri 5 KΩ

R2, R3 100 KΩ

Preset 10 KΩ (Preset multivuelta, son de color azul)

Capacitores

C1 150 nF

C2 82 pF

ARGOS 5:

OPAMP:

U1 UA741

Resistencias

Ri 20 KΩ

R1, R4 5 KΩ

R2 45 KΩ

R3, R5 400 KΩ

Preset 10 KΩ (Preset multivuelta, son de color azul)

Capacitores

C1 4 nF

C2 220 pF

ARGOS 6:

OPAMP:

U1 UA741

Resistencias

Ri 20 KΩ

R2, R3 200 KΩ

R4 5 KΩ

Preset 10 KΩ (Preset multivuelta, son de color azul)

Capacitores

C1 72 nF

ARGOS 7:

OPAMP:

U1 UA741

Resistencias

Page 31: Guia de Laboratorio EE442 v2

R1, R3, R4 2.2 KΩ

R2 22 KΩ

RL 50 Ω, 100 Ω, 150 Ω, 200 Ω, 250 Ω, 300 Ω, 420 Ω

Preset 10 KΩ (Preset multivuelta, son de color azul)

Capacitores

C1 1 µF

ARGOS 8:

1 pila de 1.5 V

OPAMP:

U1, U2 UA741

Resistencias

R1, R2, R3 420 Ω

R4 200 Ω a 25 ºC y 420 Ω a 0 ºC (Termistor)

R5, R6, R7, R9 2.2 KΩ

R8, R10 42 KΩ

R11 5 KΩ

Preset 10 KΩ (2 Presets multivuelta, son de color azul)

Obs: en caso de no conseguir un termistor 200 Ω a 25 ºC, buscar otro termistor

y otras resistencias R1=R2=R3, tal que formen un puente Wheatstone de

medida, esto quiere decir que a 0 ºC: R1=R2=R3=R4

IV. PROCEDIMIENTO

a. Construir los circuitos ARGOS 4 hasta ARGOS 8, verificando que la salida sea cero en

ausencia de señal.

b. Para los casos ARGOS 4, ARGOS 5 y ARGOS 6 efectúe un barrido de frecuencias desde

5 Hz hasta 150 KHz, aplicando el generador de señales con la magnitud indicada para cada

circuito.

c. Para el circuito ARGOS 7, aplique el VIN con una frecuencia de 1 KHz, y tome los

valores de voltaje en el nodo 6, y la resistencia R3 cuando RL=ZL varía entre 50Ω y 420Ω.

d. Para el circuito ARGOS 8 verifique que el voltaje V(1,3) sea nulo a la temperatura de

referencia, puede ser hielo como referencia de 0 ºC, luego calibre los controles NULL para

que la salida sea nula.

e. Deje que el NTC alcance la temperatura ambiente y lea el voltaje de salida.

f. Finalmente mida el voltaje de salida después de tocar firmemente con las yemas de los

dedos índice y pulgar (36.8 ºC aprox.) al sensor NTC.

V. INFORME FINAL

1. En función de sus datos experimentales construya los diagramas de Bode de los circuitos

ARGOS 4 hasta ARGOS 6, use papel semilogarítmico.

2. Grafique la corriente IL para los distintos valores de RL, use datos experimentales.

3. Grafique Vo vs T ºC usando los puntos de las mediciones realizadas.

4. Anote sus conclusiones, observaciones y comentarios referentes a:

El diseño

La simulación

La implementación

Page 32: Guia de Laboratorio EE442 v2

LABORATORIO Nº 5

CONTROLADORES PI, PD Y PID - CIRCUITO

DOBLE INTEGRADOR

I. Introducción.-

Un controlador automático compara el valor real de la salida de una planta con la

entrada de referencia (el valor deseado), determina la desviación y produce una señal de

control que reducirá la desviación a cero o a un valor pequeño. La manera en la cual el

controlador automático produce la señal de control se denomina acción de control.

En el presente experimento se analizarán las acciones de control proporcional, integral

y derivativo.

II. Objetivos.-

Diseñar controladores PI, PD Y PID, usando amplificadores operacionales de

propósito general.

Análisis de las acciones de control PI, PD y PID.

Simulación e implementación de los mismos.

III. Circuitos en estudio:

a. Circuito Controlador Proporcional-Integral.-

El circuito controlador proporcional-integrador, usando amplificadores operacionales,

es:

Figura 3.01. Circuito controlador PI.

La función de transferencia es:

sCR

sCR

R

R

R

R

sV

sVsG

in

out

22

22

1

2

3

4 1

)(

)()(

Diseño:

R1 = R2 = R3 = 10 K

R4 = 10 K (variable)

C2 = 10 nF

///…

Page 33: Guia de Laboratorio EE442 v2

Simulación.-

Figura 3.02. Circuito controlador PI en OrcAD.

Figura 3.03. Entrada y salida del Circuito controlador PI.

Figura 3.04. Diagrama de bode del Circuito controlador PI.

///…

+

Vout

-

-V

12

V3

R1

10k

S

V1

Implementation = cuadradaAC = 1

0

-V

-V

U1uA741

3

2

74

6

1

5+

-

V+

V-

OUT

OS1

OS2

+V

0

+V

in

R4

5k

R3

10k

U2uA741

3

2

74

6

1

5+

-

V+

V-

OUT

OS1

OS2

12

V2

C2

10n

R2

10k

+V

out

Time

10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20ms

V(in) V(out)

-10V

0V

10VB

a

r

r

i

d

o

e

n

e

l

t

i

e

m

p

o

V(out):salida del controlador PI

V(in):escalón unitario

CONTROLADOR PROPORCIONAL-INTEGRAL

Acción de control PI

Sólo proporcional

Frequency

10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz

dB(V(out)/V(in))

-140

-120

-100

-80B

a

r

r

i

d

o

e

n

f

r

e

c

u

e

n

c

i

a

(32.584K,-95.697)

DIAGRAMA DE BODE DE MAGNITUD DEL CONTROLADOR PI

Page 34: Guia de Laboratorio EE442 v2

b. Circuito Controlador Proporcional-Derivativo.-

El circuito controlador proporcional-derivativo, usando amplificadores operacionales,

es:

Figura 3.05. Circuito controlador PD.

La función de transferencia es:

1)(

)()( 11

1

2

3

4

sCR

R

R

R

R

se

sesG

in

out

Diseño:

R1 = 10 K

R2 = R3 = 100

R4 = 10 K (variable)

C2 = 10 F

Simulación.-

Figura 3.06. Circuito controlador PD en OrCAD.

///…

-V

R2

100

+

Vout

-

R4

5k+V

+V

in

0

outU2uA741

3

2

74

6

1

5+

-

V+

V-

OUT

OS1

OS212

V3

R1

10k

-V

+V

-V

R3

10k

C1

10n

12

V2

0

U1uA741

3

2

74

6

1

5+

-

V+

V-

OUT

OS1

OS2S

V1

Implementation = triangular

Page 35: Guia de Laboratorio EE442 v2

Figura 3.07. Señales de entrada y salida del Circuito controlador PD.

Figura 3.08. Diagrama de Bode del Circuito controlador PD.

///…

Time

10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20ms

V(in) V(out)

-3.0V

0V

3.0VB

a

r

r

i

d

o

e

n

e

l

t

i

e

m

p

o

CONTROLADOR PROPORCIONAL-DERIVATIVO

Acción de control PD

sólo proporcional

Frequency

1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz

dB(V(out)/V(in))

-20

0

20

40B

a

r

r

i

d

o

e

n

f

r

e

c

u

e

n

c

i

a

(318.420K,31.384)

DIAGRAMA DE BODE DE MAGNITUD DEL CONTROLADOR PD

Page 36: Guia de Laboratorio EE442 v2

c. Controlador Proporcional-Integral-Derivativo.-

La salida en el sistema en estado estable de función de transferencia se obtiene

directamente a partir de la función de transferencia sinusoidal.

Figura 3.09. Circuito controlador PID.

La ecuación característica del PID es:

11

)(

)()( 11

22

22

1

2

3

4

sCR

sCR

sCR

R

R

R

R

se

sesG

in

out

Diseño:

R1 = R2 = R3 = 10 K

R4 = 10 K(variable)

C1 = 10 nF

C2 = 10 nF

Simulación.-

Figura 3.10. Circuito controlador PID en OrCAD.

///…

+V

in

S

V1

Implementation = triangular

12

V2

0

+V

C2

10n

-V

U2uA741

3

2

74

6

1

5+

-

V+

V-

OUT

OS1

OS2

-V

out

R1

10k

R4

5k

R2

10k

U1uA741

3

2

74

6

1

5+

-

V+

V-

OUT

OS1

OS2+

Vout

-+V

C1

10n

R3

10k

0

12

V3

-V

Page 37: Guia de Laboratorio EE442 v2

Figura 3.11. Entrada y salida del Circuito controlador PID.

Figura 3.12. Diagrama de Bode del Circuito controlador PID.

///…

Time

10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20ms

1 V(in) 2 V(out)

-2.0V

0V

2.0V

-3.0V

3.0V1

>>

-6.0V

-4.0V

-2.0V

0V2

CIRCUITO PROPORCIONAL INTEGRAL-DERIVATIVO

Frequency

100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz

dB(V(out)/V(in))

-140

-120

-100

-80B

a

r

r

i

d

o

e

n

f

r

e

c

u

e

n

c

i

a

(73.114K,-89.696)

DIAGRAMA DE BODE DE MAGNITUD DEL CONTROLADOR PID

Page 38: Guia de Laboratorio EE442 v2

d. Circuito Doble Integrador.-

Figura 3.13. Circuito controlador Doble Integrador.

Las formas de onda son:

Figura 3.14. Formas de onda del circuito Doble Integrador.

///…

e1

e2

e3

Circuito de

sincronismo

Page 39: Guia de Laboratorio EE442 v2

Anexo A. Guía para el Experimento N°5.

i. Objetivos.-

Diseñar controladores PI, PD Y PID, usando amplificadores operacionales de

propósito general.

Análisis de las acciones de control PI, PD y PID.

Simulación e implementación de los mismos.

ii. Informe Previo.-

1. Explique el funcionamiento de los circuitos controladores PI, PD, PID y el circuito

doble integrador. Además indique las principales aplicaciones de cada uno

2. Obtenga matemáticamente las funciones de los circuitos anteriores

3. Diseñe los controladores usando los circuitos sugeridos con amplificadores

operacionales de propósito general.

4. Haga un resumen de las características eléctricas de los dispositivos que va a utilizar.

5. Simule los circuitos en OrCAD Pspice o Electronics Workbench.

a. Obtenga las señales de salida de cada circuito para tres diferentes señales de

entrada (sinusoidal, triangular y cuadrada).

b. Obtenga los diagramas de Bode de cada circuito y señale en las gráficas las

frecuencias de corte.

iii. Equipo y Material básico.-

1 Osciloscopio.

1 Generador de señales.

2 Fuentes DC regulables.

1 Multímetro digital

5 IC OPAMP LM741 (Sólo dos a la vez).

Resistencias y condensadores según diseño

Potenciómetros según diseño

iv. Procedimiento.-

a. Controlador Proporcional-Integral.-

1. Implemente el circuito controlador PI según su diseño (puede usar los valores

sugeridos en esta guía). Conecte el generador como entrada del circuito. Use el osciloscopio

para visualizar la señal de entrada (en el canal X) y la señal de salida (en el canal Y).

2. Aplique una señal de entrada tipo onda cuadrada con la frecuencia apropiada. La

constante de tiempo integral debe ser menor que el periodo de la señal de entrada (en general,

una relación de 10 a 1 es suficiente).

3. Visualice las señales de entrada y salida a la vez en el osciloscopio. Verifique la

acción integral observando las formas de onda obtenidas.

4. Cambie, en el generador, el tipo de onda a sinusoidal. Observe y cuantifique el

adelanto o atraso de la señal de salida con respecto a la señal de entrada. Verifique la acción

integral.

5. Varíe la resistencia R4 en la etapa de ganancia. Verifique la ganancia de voltaje

obtenida a la salida. ¿Cambió la forma de onda? Anote sus observaciones.

///…

6. Efectúe un barrido en frecuencia de 100 Hz a 1 MHz, aplicando el generador de

señales con la magnitud y forma de onda apropiada. Tome valores a la salida del circuito.

Page 40: Guia de Laboratorio EE442 v2

b. Controlador Proporcional-Derivativo.-

7. Implemente el circuito controlador PD según su diseño (puede usar los valores

sugeridos en esta guía). Conecte el generador como entrada del circuito. Use el osciloscopio

para visualizar la señal de entrada (en el canal X) y la señal de salida (en el canal Y).

8. Aplique una señal de entrada tipo onda triangular con la frecuencia apropiada. La

constante de tiempo derivativa debe ser mayor que el periodo de la señal de entrada (en

general, una relación de 10 a 1 es suficiente).

8. Visualice las señales de entrada y salida a la vez en el osciloscopio. Verifique la

acción derivativa observando las formas de onda obtenidas.

10. Cambie, en el generador, el tipo de onda a sinusoidal. Observe y cuantifique el

adelanto o atraso de la señal de salida con respecto a la señal de entrada. Verifique la acción

integral.

11. Varíe la resistencia R4 en la etapa de ganancia. Verifique la ganancia de voltaje

obtenida a la salida. ¿Cambió la forma de onda? Anote sus observaciones.

12. Efectúe un barrido en frecuencia de 100 Hz a 1 MHz, aplicando el generador de

señales con la magnitud y forma de onda apropiad. Tome valores a la salida del circuito.

c. Controlador Proporcional-Integral-Derivativo.-

13. Implemente el circuito controlador PID según su diseño (puede usar los valores

sugeridos en esta guía). Conecte el generador como entrada del circuito. Use el osciloscopio

para visualizar la señal de entrada (en el canal X) y la señal de salida (en el canal Y).

14. Aplique una señal de entrada tipo onda triangular con la frecuencia apropiada. La

constante de tiempo integral debe ser menor que el periodo de la señal de entrada, y la

constante de tiempo derivativa debe ser mayor que el periodo de la señal de entrada (en

general, una relación de 10 a 1 es suficiente).

15. Visualice las señales de entrada y salida a la vez en el osciloscopio. Verifique la

acción PID. Anote sus observaciones

16. Cambie, en el generador, el tipo de onda a sinusoidal. Visualice las señales de entrada

y salida a la vez en el osciloscopio. Observe y cuantifique el adelanto o atraso de la señal de

salida con respecto a la señal de entrada.

c. Circuito Doble Integrador.- 17. Implemente el circuito controlador Doble Integrador según su diseño (puede usar los

valores sugeridos en esta guía). Conecte el generador como entrada del circuito. Use el

osciloscopio para visualizar la señal de entrada (en el canal X) y la señal de salida (en el canal

Y).

18. Aplique una señal de entrada tipo onda cuadrada con la frecuencia y voltaje

apropiados.

19. Visualice las señales de entrada y salida del primer integrador a la vez en el

osciloscopio. Anote sus observaciones acerca de las formas de onda obtenidas.

20. Visualice ahora las señales de salida del primer integrador y del segundo integrador a

la vez en el osciloscopio. Anote sus observaciones acerca de las formas de onda obtenidas.

///…

Page 41: Guia de Laboratorio EE442 v2

VII. Informe Final.-

1. En función de sus datos experimentales construya los diagramas de Bode de los

circuitos implementados. Indique claramente la ganancia a frecuencias medias y las

frecuencias de corte. Haga un análisis de las curvas obtenidas.

2. ¿Qué condensador define la frecuencia de corte inferior? ¿y la superior?. Explique

claramente.

3. Para cada circuito, compare los datos prácticos con los datos obtenidos

matemáticamente para las frecuencias de corte. Comente resultados y justifique las

diferencias mayores a 10 %.

4. Anote sus observaciones sobre las formas de onda obtenidas a la salida de los

controladores PI, PD y PID.

5. Explique, ¿Cuál es el efecto de agregar controladores PI, PD o PID a un sistema?,

justifique.

6. Con respecto al circuito doble integrador anote las observaciones sobre las formas de

onda obtenidas. ¿la salida del primer integrador era una rampa pura? ¿Por qué? ¿la salida del

doble integrador era una parábola? ¿Por qué?

7. ¿Cuál es la finalidad del circuito de sincronismo? ¿Cómo lo implementó?

8. Anote sus observaciones y comentarios referentes a la implementación de los

circuitos.

9. Haga una crítica al procedimiento experimental utilizado. Indique las posibles

modificaciones y/o omisiones que usted haría para modificarlo. Justifique que aprendería o

comprobaría el alumno con esto.

9. Haga resumen didáctico de las conclusiones a las que usted llegó durante el

procedimiento (indíquelas claramente para cada circuito).

10. Indique las principales aplicaciones de un controlador PID en la industria.

(Opcional)

11. Simule todo el procedimiento experimental en Electronics Workbench. Muestre

gráficas y indique que concluyó observándolas.

12. Usando el simulador de OrCAD Pspice, grafique las tres acciones de un controlador

PID: la acción proporcional, integral y derivativa.

13. Usando MatLab, analice la respuesta al escalón en lazo abierto para el siguiente

sistema:

sG =2915.40117.00228.0

072.22 ss

14. Analice la respuesta al escalón en lazo cerrado agregando un controlador PID.

Gc(s)=

s310*1.0

11*2

15. Halle los parámetros Kp, Ki, Ti, Kd y Td del circuito controlador PID que usted

implemento usando amplificadores proporcionales.

Page 42: Guia de Laboratorio EE442 v2

LABORATORIO Nº 6

ECUALIZADOR DE AUDIO USANDO FILTROS

ACTIVOS PASABANDA OBJETIVOS

Aprender a diseñar filtros activos usando amplificadores operacionales.

Obtener un ecualizador que pueda alterar 6 rangos de frecuencia de una señal de entrada.

Verificar el funcionamiento del ecualizador utilizando una señal de audio (entrada) para poder

procesarla.

FUNDAMENTO TEORICO

ECUALIZADOR GRAFICO

El ecualizador grafico recibe su nombre de la inteligente disposición de sus potenciómetros

deslizantes, colocados de tal manera que permiten visualizar la compensación realizada.

Es decir nos muestran indirectamente un bosquejo de su diagrama de Bode. Algunos de ellos disponen

de un led de color en cada potenciómetro deslizante, lo cual permite una rápida visión de la misma.

Para la experiencia solo usaremos potenciómetros normales.

Este es, sin duda, el tipo de ecualizador de mayor difusión. Puede presentar diversos aspectos y

pueden encontrarse desde ecualizadores con cinco controles hasta con 33 o más. En general los

ecualizadores gráficos permiten reforzar o atenuar la señal en unos 6 a 15dB, siempre sobre la misma

frecuencia de trabajo.

Habitualmente los ecualizadores profesionales suelen disponer de un selector de BY-PASS o

puenteado de la señal. Si esta está activa tenemos a la salida del ecualizador del proceso de la señal, lo

cual puede servir para poder comparar la señal no ecualizada con la señal ecualizada.

Para tener acceso a una buena ecualización son necesarios, al menos, cuatro filtros en paralelo, cada

uno correspondiente a las cuatro bandas en que dividimos el espectro (agudos, medios, bajos y muy

bajos).

Efectos de la ecualización sobre las frecuencias

Muy bajas frecuencias entre los 16 y 60Hz: Estas frecuencias dan al programa musical la sensación

de potencia, sobre todo si se producen de forma súbita. Haciéndolo de forma continuada o con

demasiado énfasis, producen un efecto de máscara sobre el auténtico programa musical. Deben de

emplearse con moderación.

Frecuencias bajas entre 60 y 250Hz: Este margen contiene las notas fundamentales de la sensación

de ritmo. La ecualización en esta banda puede producir un cambio de balance en el programa musical:

demasiado refuerzo en esta banda puede hacer que le programa musical resulta atronador.

Banda media entre 250 y 2000Hz: Es la que contiene los armónicos de bajo valor de algunos

instrumentos musicales; órganos de tubos, tuba, piano, bajo, etc. Demasiado cargado el refuerzo de

esta banda puede producir un sonido muy nasal. Si el refuerzo se produce entre los 500 y 1KHz, el sonido resultante dará la sensación de proceder del interior de un tubo, mientras que si se origina entre

Page 43: Guia de Laboratorio EE442 v2

la banda de 1 a 2KHz, la impresión será de un tubo metálico. Asimismo un exceso produce fatiga en

poco rato al oyente.

Banda media - alta entre los 2 y 4KHz: Este margen resulta de extrema importancia para el

reconocimiento de la voz. Si es modificada excesivamente, acusará la sensación de "Ceceo". Tiende a

causar fatiga.

Banda de 4 a 6 KHz: esta es la responsable de la claridad y transparencia de la voz y los

instrumentos. El incremento de ecualización sobre los 5KHz produce el mismo efecto sobre nuestro

oído que si el programa se hubiera incrementado en 3 dB de nivel general. La atenuación produce un

sonido más distante y transparente.

Banda de 6 a 16KHz: sirve para controlar el brillo y claridad de los sonidos. Demasiado refuerzo

producirá un sonido cristalino y desagradable.

Trucos para ecualizar

Un ecualizador se usa para resaltar tonos de ciertas frecuencias respecto a otras que están en una

misma señal de audio. Para tener una idea de cómo usarlo según lo que se quiera oír se presentan los

siguientes casos:

VOCES: Realza las frecuencias más graves (banda de 3-4KHz) y para los coros, corta un poco los

bajos. Esto ayuda a que el sonido se mezcle mejor con el resto.

BATERÍA: Realza las frecuencias entre 4-6KHz y, para darle más peso, realza también las que están

entre 70 y 90Hz. De lo que se trata es que no suene demasiado pesada, sino brillante y sólida. Para

conseguir un sonido directo y rompedor, te servirá un pequeño realce alrededor de los 80Hz.

BAJO: Para dar más energía a este instrumento prueba lo mismo en la banda de 2-3KHz. Si realzas

alrededor de 80Hz subrayarás mucho los graves, y si realzas entre 500 y 800 Hz le darás al sonido un

tono más agresivo.

PIANO: Este es un sonido más natural, así que el uso del ecualizador no ayudará mucho. Sin

embargo, si quieres dar más presencia a los graves, realza en la banda de 90-150KHz y para el ataque

sube un poco los 4-6KHz. Si el sonido queda emborronado, corta las frecuencias entre 250 y 350Hz.

METALES Y CUERDAS: Como el sonido de los metales es brillante, realza las frecuencias entre 6-

10KHz, pero sin pasarte. Para dulcificarlo, corta entre 1KHz y 3.5KHz. Para un resultado más cálido

con cuerdas, metales y sonidos sintetizados, añade realza un poco entre 300 y 400 KHz. Para que los

sonidos brillantes resulten más espectaculares, dales más presencia en el rango de los 600Hz-5KHz.

DISEÑO DE FILTROS

Los elementos activos tales como los amplificadores operacionales, son ampliamente usados en la

implementación de filtros analógicos ya que permiten modificar ciertas características de la señal

tratada.

Existen muchos algoritmos para el diseño de filtros, como por ejemplo, los filtros de tipo Chebyshev,

Bessel, Butterworth y otros que llevan a la obtención de una función de transferencia para el filtro

deseado. Además, existen diferentes realizaciones de filtros para los cuales se obtienen los valores de

resistores y capacitores que componen un circuito predeterminado, tal es el caso de los filtros Rauch y

Sallen-Key.

Page 44: Guia de Laboratorio EE442 v2

Filtros de Rauch

Este tipo de filtros se realiza a partir de un circuito predeterminado como el que se muestra en la

gráfica. Para los diferentes tipos de filtro (paso bajo, pasa banda, paso alto) cambia el tipo de

admitancias del circuito, para cumplir con la función de transferencia, cuya ecuación característica es

de segundo orden.

Esto último, permite una fácil realización, ya que la ecuación de segundo orden en el dominio de la

frecuencia, para un sistema, da cuenta de la frecuencia natural de oscilación 𝜔𝑛, el factor de calidad 𝑄,

entre otras características.

Figura 1. Diagrama esquemático general para un filtro de tipo Rauch.

Del circuito mostrado se debe de tener en cuenta que en la entrada no inversora del OPAMP se debe

de colocar una resistencia adecuada para asegurarla simetría en DC.

Si consideramos la ganancia en lazo abierto (A) del OPAMP muy grande, la función de transferencia

que se obtiene de las admitancias se puede aproximar como:

𝑯 =−𝒀𝟏𝒀𝟑

𝒀𝟓 𝒀𝟏 + 𝒀𝟐 + 𝒀𝟑 + 𝒀𝟒 + 𝒀𝟑𝒀𝟒

Filtro de paso bajo

En este caso, las admitancias del circuito son:

Y1 = 1/R1 Y2 = C2S Y3 = 1/R3 Y4 = 1/R4 Y5 = C5S

La función de transferencia del circuito es:

𝑯 𝑺 =−

𝟏𝑹𝟏𝑹𝟑𝑪𝟐𝑪𝟓

𝑺𝟐 +𝟏𝑪𝟐 (

𝟏𝑹𝟏 +

𝟏𝑹𝟑 +

𝟏𝑹𝟒)𝑺 +

𝟏𝑹𝟑𝑹𝟒𝑪𝟐𝑪𝟓

A partir de esta ecuación se calculan los valores de los resistores y capacitores.

Page 45: Guia de Laboratorio EE442 v2

Filtro pasa-banda

Para este tipo de filtro, las admitancias son:

Y1 = 1/R1 Y2 = 1/R2 Y3 = C3S Y4 = C4S Y5 = 1/R5

Del circuito tenemos:

𝑯 𝑺 =−

𝟏𝑹𝟏𝑪𝟒𝑺

𝑺𝟐 +𝟏𝑹𝟓

(𝟏𝑪𝟑 +

𝟏𝑪𝟒)𝑺 +

𝟏𝑹𝟓𝑪𝟑𝑪𝟒

(𝟏𝑹𝟏 +

𝟏𝑹𝟐)

Filtro de paso alto

Para este tipo de filtro, las admitancias son:

Y1 = C1S Y2 = 1/R2 Y3 = C3S Y4 = C4S Y5 = 1/R5

La función de transferencia del circuito es:

𝑯 𝑺 =−

𝑪𝟏𝑪𝟒𝑺𝟐

𝑺𝟐 +𝟏𝑹𝟓

(𝑪𝟏

𝑪𝟑𝑪𝟒 +𝟏𝑪𝟑 +

𝟏𝑪𝟒)𝑺 +

𝟏𝑹𝟐𝑹𝟓𝑪𝟑𝑪𝟒

Page 46: Guia de Laboratorio EE442 v2

Criterios de diseño

Filtro pasa banda

Los parámetros considerados como datos en el diseño son Ho, Q y 𝜔𝑜; luego las incógnitas son R1,

R2, R5, C3 y C4; para tal efecto se sugiere los siguientes criterios:

𝐶3 = 𝐶4 =10

𝑓𝑜𝑢𝐹 = 𝐶

Donde 𝑓𝑜 es la frecuencia central del filtro pasa banda.

Además sabemos que la forma genérica de un filtro pasa banda de segundo orden es:

𝑯 𝑺 =𝐻𝑜

𝜔𝑜𝑄

𝑺

𝑺𝟐 +𝜔𝑜𝑄

𝑺 + 𝜔𝑜2

Luego comparando con la función de transferencia que se obtiene del filtro Rauch tenemos:

𝑅1 =𝑄

𝐻𝑜𝜔𝑜𝐶 𝑅5 =

2𝑄

𝜔𝑜𝐶 𝑅2 =

𝑄

(2𝑄2 − 𝐻𝑜)𝜔𝑜𝐶

Como se trata de un filtro hacemos 𝐻𝑜 = 1

Luego: 𝑅5 = 2𝑅1

Además: 𝑄 =𝑓𝑜

𝐵

Donde 𝐵 es el ancho de banda deseado para el filtro.

NOTAS:

Se puede modificar el valor de 𝐻𝑜 para amplificar la señal y escucharla con más intensidad

respecto de las otras y de la misma señal original.

El factor de calidad 𝑄 nos dice que tan selectivo es nuestro filtro respecto a su frecuencia

central 𝑓𝑜 y se puede elegir cualquier valor en particular.

Se pude elegir cualquier valor de 𝐻𝑜, 𝑄 y 𝑓𝑜 según como se quiera diseñar el filtro.

Page 47: Guia de Laboratorio EE442 v2

IMPLEMENTACION

Circuito Ecualizador

U9B

TL082CD

5

6

4

8

7

R1

15kΩ

5%

R2

15kΩ

5%

R3

27kΩ

5%

C1330nF

C2

330nF

R4

27kΩ

5%

VCC

-12V

VDD

12V

U1A

TL082CD

3

2

4

8

1

R5

15kΩ

5%

R6

15kΩ

5%

R7

27kΩ

5%

C3100nF

C4

100nF

R8

27kΩ

5%

VCC

-12V

VDD

12V

U1B

TL082CD

5

6

4

8

7

R9

15kΩ

5%

R10

15kΩ

5%

R11

27kΩ

5%

C533nF

C6

33nF

R12

27kΩ

5%

VCC

-12V

VDD

12V

U2A

TL082CD

3

2

4

8

1

R13

15kΩ

5%

R14

15kΩ

5%

R15

27kΩ

5%

C710nF

C8

10nF

R16

27kΩ

5%

VCC

-12V

VDD

12V

U2B

TL082CD

5

6

4

8

7

R17

15kΩ

5%

R18

15kΩ

5%

R19

27kΩ

5%

C93.3nF

C10

3.3nF

R20

27kΩ

5%

VCC

-12V

VDD

12V

U6A

TL082CD

3

2

4

8

1

U6B

TL082CD

5

6

4

8

7

U7A

TL082CD

3

2

4

8

1

U7B

TL082CD

5

6

4

8

7

U8A

TL082CD

3

2

4

8

1

U8B

TL082CD

5

6

4

8

7

U9A

TL082CD

3

2

4

8

1

R21

10kΩ

5%

R23

10kΩ

5%

R24

5kΩ

5%

R2510kΩ

Key=A

0%

R2610kΩ

Key=A

0%

R2710kΩ

Key=A

0%

R2810kΩ

Key=A

0%

R2910kΩ

Key=A

0%

VCC

-12V

VCC

-12VVCC

-12V

VDD

12V

VDD

12V

VDD

12V VDD

12V

VCC

-12V

R22

10kΩ

5%

R30

10kΩ

5%

R32

10kΩ

5%

R33

10kΩ

5%

R34

10kΩ

5%

R35

10kΩ

5%

R36

10kΩ

5%

VCC

-12V

VCC

-12V

VCC

-12V

VDD

12V

VDD

12V

VDD

12V

U3B

TL082CD

5

6

4

8

7

R31

15kΩ

5%

R37

15kΩ

5%

R38

27kΩ

5%

C111nF

C12

1nF

R39

27kΩ

5%

VCC

-12V

VCC

-12V

VDD

12V

VDD

12V

U4A

TL082CD

3

2

4

8

1

R4010kΩ

Key=A

0%

R41

10kΩ

5%

U5A

TL082CD

3

2

4

8

1

R4210kΩ

Key=A

100%

VCC

-12V

VDD

12V

R43

10kΩ

5%

INPUTOUTPUT

Page 48: Guia de Laboratorio EE442 v2

El primer OPAMP sirve para evitar el efecto de carga de la entrada y para que la señal pase sin

distorsión para ser procesada por los 6 filtros pasa bandas.

Luego se tienen 6 filtros que dejaran pasar solo ciertas frecuencias, eso dependiendo de cómo hayan

sido diseñadas.

Podemos ver que después de cada filtro se coloca un potenciómetro que sirve para regular la amplitud

de la señal filtrada.

Después de esta etapa se encuentra un seguidor de señal que evita el efecto de carga.

Finalmente se conecta un OPAMP que suma todas las señales filtradas que nos dan la señal procesada.

NOTAS:

Adicionalmente se conectó un OPAMP seguidor de la señal original que regula su amplitud y

se le adicionó con el objetivo de escuchar solo la señal original. Esto ocurrirá cuando su

potenciómetro este en máximo y los potenciómetros de los filtros estén en cero.

Cada encapsulado TL082 contiene dos OPAMPs, entonces de acuerdo al circuito se

necesitarán comprar solo 8 encapsulados.

CALCULOS

Para poder determinar los valores y resistencias de cada filtro se utilizaron los criterios de diseño

explicados anteriormente y además se requiere de unos datos adicionales como son la frecuencia

central (fo) y el factor de calidad (Q) o el ancho de banda el filtro (B).

En esta experiencia solo usamos 6 frecuencias centrales, sin embargo se pueden elegir algunas más

para poder tener un ecualizador más variado.

Las frecuencias centrales se eligen con el fin de eliminar o resaltar tonos que nos dan cierta sensación

musical. Para ello se analizó como son los tonos según sea su frecuencia y a partir de ello se escogen

estas frecuencias.

Se escogió un factor de calidad 𝑄 = 1. Este valor pudo haber sido otro.

Tabla 1. Especificaciones de los filtros.

Filtro 1 2 3 4 5 6

𝑓𝑜(𝐻𝑧) 35 112 354 1122 3548 11220

𝑄 1 1 1 1 1 1

Luego utilizando las relaciones:

𝜔𝑜 = 2𝜋𝑓𝑜

𝐶3 = 𝐶4 =10

𝑓𝑜𝑢𝐹 = 𝐶

𝑅1 =𝑄

𝜔𝑜𝐶 𝑅5 =

2𝑄

𝜔𝑜𝐶 𝑅2 =

𝑄

(2𝑄2 − 1)𝜔𝑜𝐶

Se obtuvieron los siguientes valores (que fueron modificados de los teóricos para tener la seguridad

de conseguirlos fácilmente a la hora de comprarlos)

Page 49: Guia de Laboratorio EE442 v2

Tabla 2. Valores de los componentes

Filtro 1 2 3 4 5 6

R1(kΩ) 15 15 15 15 15 15

R2(kΩ) 15 15 15 15 15 15

R5(kΩ) 27 27 27 27 27 27

C3(nF) 330 100 33 10 3.3 1

C4(nF) 330 100 33 10 3.3 1

Los valores mostrados son aproximados, sin embargo veremos en la simulación que los resultados no

varían significativamente.

SIMULACION

En todos los casos podemos ver que la frecuencia central difiere un poco de la que se utilizó para los

cálculos. Este error es debido a que se aproximó a valores enteros los valores de los dispositivos y

luego se simuló. A pesar de esa aproximación, la diferencia es mínima.