INTRODUCCION
Un componente muy
importante, que no puede hacer falta en una discoteca, bares, sitios de baile o
salones de eventos, es un equipo de efectos ambientales. Este equipo,
constituido principalmente por luces que generan efectos visuales, es muy
necesario para producir atención o interés en los clientes. Ahora, hemos visto
que dentro de esas luces especiales siempre encontramos el famoso “strobber”,
un efecto muy interesante que produce un excelente ambiente; además, lámparas
de neón, globo de luces y entre otras.
El sistema que se va a
presentar a continuación, consiste primordialmente en un circuito que contiene
tres canales de salida, y cada uno de ellos será activado con las señales de
los sonidos bajos, medios y altos. Este tipo de circuito ha sido uno de los
favoritos de muchos aficionados a la electrónica y recibe también el nombre de
“Color Organ” o luces rítmicas.
Por medio de este
sistema, que es conectado a un micrófono, se pueden activar tres conjuntos de
lámparas o bombillos. Cada uno de estos grupos, que pueden estar compuestos por
una o varias lámparas, debe tener un color diferente.
El circuito activa o
enciende cada canal o grupo de lámparas de acuerdo al ritmo de la música
dividiendo su efecto en sonidos bajos, medios y altos. De esta forma, el efecto
total es el de un juego de luces que sigue el ritmo de la música.
A very important component, which can not be needed in a nightclub, bars, dance halls or event halls, is a team of environmental effects. This equipment, constituted mainly by lights that generate visual effects, is very necessary to produce attention or interest in the clients. Now, we have seen that within these special lights we always find the famous "strobber", a very interesting effect that produces an excellent atmosphere; in addition, neon lamps, globe of lights and among others.
The system that is going to present next, consists primarily of a circuit that contains three channels of output, and each of them will be activated with signals of low, medium and high sounds. This type of circuit has been one of the favorites of many fans to the electronics and also receives the name of "Color Organ" or rhythmic lights.
By means of this system, which is connected to a microphone, three sets of lamps or bulbs can be activated. Each of these groups, which may be composed of one or several lamps, must have a different color.
The circuit activates or lights each channel or group of lamps according to the rhythm of the music by dividing its effect into low, medium and high sounds. In this way, the total effect is that of a play of lights that follows the rhythm of the music.
INTRODUCTION
A very important component, which can not be needed in a nightclub, bars, dance halls or event halls, is a team of environmental effects. This equipment, constituted mainly by lights that generate visual effects, is very necessary to produce attention or interest in the clients. Now, we have seen that within these special lights we always find the famous "strobber", a very interesting effect that produces an excellent atmosphere; in addition, neon lamps, globe of lights and among others.
The system that is going to present next, consists primarily of a circuit that contains three channels of output, and each of them will be activated with signals of low, medium and high sounds. This type of circuit has been one of the favorites of many fans to the electronics and also receives the name of "Color Organ" or rhythmic lights.
By means of this system, which is connected to a microphone, three sets of lamps or bulbs can be activated. Each of these groups, which may be composed of one or several lamps, must have a different color.
The circuit activates or lights each channel or group of lamps according to the rhythm of the music by dividing its effect into low, medium and high sounds. In this way, the total effect is that of a play of lights that follows the rhythm of the music.
MARCO TEORICO
¿Qué
son los filtros?
Puede definirse un filtro como cualquier dispositivo que modifica de
un modo determinado una señal que pasa a través de él. Algunos autores reservan
la denominación de filtros para los dispositivos selectores de frecuencia, es
decir, aquellos que “dejan pasar” las señales presentes en ciertas bandas de
frecuencia y “bloquean” las señales de otras bandas. Aunque existen muchos
filtros de interés práctico que no cumplen esa función, por lo que preferimos
la definición más amplia, la mayoría de los filtros que trataremos son selectores
de frecuencia. La excepción la constituyen los filtros pasatodo que, sin
alterar la amplitud, modifican la fase.
Hay diversas clasificaciones de los filtros. Cuando la señal es una
magnitud eléctrica (corriente o tensión), es un filtro eléctrico.
Existen también filtros mecánicos, filtros acústicos, filtros
ópticos, etc.
Otra clasificación es en filtros lineales y filtros no lineales según
que su comportamiento pueda o no modelizarse matemáticamente con ecuaciones
lineales. Un ejemplo de filtro no lineal es un comparador de tensión. Otro, un
rectificador.
Otra clasificación es en filtros analógicos y filtros digitales.
Los filtros analógicos son aquéllos en los cuales la señal puede tomar
cualquier valor dentro de un intervalo, y los digitales corresponden al caso en
que la señal toma sólo valores discretos. También pueden clasificarse en filtros
continuos y filtros discretos o muestreados, según que la
señal se considere en todo instante o en instantes discretos. Dado que los
filtros digitales en la práctica son siempre muestreados, el nombre “filtro
digital” se refiere habitualmente a filtros discretos digitales. Sin embargo,
existen filtros discretos no digitales, como los filtros de capacidades
conmutadas.
Finalmente, los filtros también pueden clasificarse en filtros activos o
filtros pasivos según empleen o no fuentes controladas (elementos
activos, tales como amplificadores y sus derivados). Los filtros
eléctricos pasivos se implementan en general con inductores y
capacitores. Dado que los inductores son elementos, voluminosos, pesados y costosos,
el empleo de filtros pasivos es poco conveniente excepto en frecuencias
bastante altas. Los inductores pueden eliminarse mediante el uso de
amplificadores y técnicas de realimentación.
FILTROS IDEALES
Los filtros ideales son selectores de frecuencia que permiten el paso sin
distorsión de las componentes espectrales comprendidas en la o las bandas de
paso, anulando completamente las componentes ubicadas fuera de ellas.
·
PASABAJOS
Permite el paso de las frecuencias menores que cierta frecuencia wc,
denominada frecuencia de corte (o frecuencia superior de corte) y
bloquea las mayores, como se muestra en la figura:
·
PASAALTOS
Permite el paso de las frecuencias mayores que cierta frecuencia ωc,
también denominada frecuencia de corte (o frecuencia inferior de
corte), y bloquea las menores.
La respuesta se muestra en la figura siguiente:
·
PASABANDA
Permite el paso de las frecuencias comprendidas entre dos frecuencias wl y
w2
(wl < w2), denominadas frecuencia inferior de corte y frecuencia
superior de corte, bloqueando las restantes:
Comúnmente, los filtros
se clasifican de acuerdo a su atenuación (orden); de esta forma, los filtros
con una atenuación de -20dB por década en un filtro pasabajas, se considera
filtro de primer orden, uno de -40dB por década, se considera como un filtro de
segundo orden, así sucesivamente.
Además, diversas
estructuras son las que encontramos en los filtros, principalmente, las
estructuras mas comunes son: la estructura Sallen-Key, VCVS y MFB. Cada una de
estas estructuras, tienen características distintas.
DISEÑO Y
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA
El sistema cuenta con
diferentes etapas, cada una con una función específica. Primero, como todo
equipo, contamos con una etapa de alimentación (+/- 9V DC), que nos servirá
para alimentar todas las tarjetas que vamos a implementar. Seguidamente,
tenemos una etapa de pre-amplificación, que se encargará de acondicionar la
pequeña señal de entrada del micrófono
para que pueda ser filtrada efectivamente. Luego nuestro circuito principal
conformado por tres filtros que seleccionaran ciertas frecuencias para que sea
mandada la señal filtrada a cada uno de los triac’s, quienes accionaran cada canal.
ETAPA DE ALIMENTRACION (FUENTE DUAL +/- 9V)
Consiste en una fuente
regulada, diseñada gracias a nuestros conocimientos de electrónica análoga, que
brinda una salida simétrica de +/- 9V DC, con una capacidad máxima de corriente
de 500mA. Esta fuente, es la encargada de alimentar todo el sistema, lo que
son, etapas de amplificación y de filtros.
Para el diseño se tuvo
en cuenta lo siguiente:
Sabemos que un transformador con tap central nos
ofrecerá un voltaje AC simétrico, en nuestro caso 9V/AC, seguidamente se debe
rectificar la señal alterna con un puente de diodos, para luego ser filtrada
con condensadores muy grandes (2200uF). Al final tomaremos reguladores de +9V y
-9V para asi obtener nuestra fuente dual.
ETAPA DE PRE Y AMPLIFICACION
Como
nuestra señal de audio será captada por un pequeño micrófono, seguidamente,
debemos “pre-amplificar” nuestra señal, y a la vez filtrar de ruidos externos
ambientales que puedan afectar a la señal original. La señal de audio es
captada por el micrófono el cual es alimentado por la resistencia de 1.8K. El
capacitor de 100nF se encarga de desacoplar la continua dejando pasar sólo la
señal de AF. El primer amplificador operacional se encarga de la pre-amplificación
inicial de la señal cuya ganancia (sensibilidad) se ajusta por medio del
potenciómetro de 1M colocado como regulador de realimentación. Una segunda
etapa amplificadora se encarga de elevar un poco mas el nivel de la señal de
audio (donde Av= -Rf / Rs =
-27 ) para entregarla a la última etapa amplificadora la cual se dispone
como seguidor de tensión presentando una alta impedancia de entrada y una baja
impedancia de salida, esto dispuesto así para que los tres filtros de la
siguiente no interactúen entre sí produciendo mal funcionamiento.
ETAPA DE FILTROS
El primer filtro es uno pasa bajos que deja pasar sólo las señales
que sean inferiores a 500Hz (sonidos graves) que son amplificadas y
accionan el triac de potencia haciendo brillar las luces
al ritmo de los sonidos de frecuencias bajas. Para el diseño se tuvo en cuenta:
Diseñamos un filtro de -20dB:
Si asumimos un
capacitor de 0.1uF:
El segundo filtro es un pasabanda de banda angosta que deja pasar
las señales cuya frecuencia
esté comprendida entre los 500Hz y los 2.5KHz
(sonidos
medios). Para el diseño;
Tenemos que:
Asumiendo a C=0.22uF:
Calculamos la frecuencia de resonancia:
Calculamos el factor de calidad “Q”:
Conociendo el factor de calidad encontramos Rr, y vamos
a tener que es de 1.043K
1K, 5%.
1K, 5%.
Por último, implementamos un filtro pasa altos con estructura VCVS
que se encarga de dejar pasar las señales de
frecuencias superiores a 2.5KHz, haciendo que brillen las luces al compás
de los sonidos agudos. Para el diseño se tuvo en cuenta:
La frecuencia
intermedia:
Para calcular las
resistencias, tenemos:
considerando un capacitor de 33nF,
Asumiendo
a R2=2K, K=2
En los tres casos se han dispuesto potenciómetros que se encargan
de regular la
cantidad de brillo para cada canal de luces.
ETAPA DE
POTENCIA
A continuación, la salida
de cada filtro será llevada a una etapa de potencia conformada por
optoacopladores y triac´s. cada señal filtrada activará las lámparas
dependiendo de la señal que se va filtrando.
De esta manera conseguimos aislar la etapa de potencia con la
etapa de control, creando asi mayor seguridad en nuestro sistema.
PROTOTIPO TRIDIMENSIONAL
CONCLUSIÓN
Después de haber
presentado nuestro informe final, queremos seguir contemplando las diversas
aplicaciones que tiene el amplificador operacional. Como hemos visto en todas
las prácticas de laboratorio, conocer este dispositivo ha sido un avance en
nuestro desarrollo y formación como ingenieros electrónicos, un dispositivo con
características ideales y muy fáciles de trabajar.
Ahora, aparte de hacer
nuestros diseños en las prácticas de laboratorio, llega el turno en que
apliquemos estos diseños para implementar cualquier sistema o equipo que pueda
satisfacer una necesidad y que además pueda ser vendido.
Al final, hemos quedado satisfechos porque nuestro
proyecto ha sido un éxito al ser probado en protoboard y en las tarjetas. Saber
que nuestro conocimiento fue útil para crear un sistema muy interesante, y no
solo este, si no también diseñar distintos circuitos y equipos de utilidad.
Gracias bro
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