Practica 5 - Sumador inversor y mezclador de audio Introducción Esta práctica tiene como finalidad que se conozca el funcionamiento y comportamiento de un circuito sumador elaborado a través de un amplificador operacional, el cual puede ser usado para realizar un mezclador de audio con entradas independientes, lo que se busca realizar al final de la práctica.
Marco Teórico El Circuito Sumador es un circuito muy útil, basado en la configuración estándar del amplificador operacional inversor. Este circuito permite combinar múltiples entradas, es decir, permite añadir algebraicamente dos (o más) señales o voltajes para formar la suma de dichas señales. La razón de utilizar un amplificador operacional para sumar múltiples señales de entrada, es evitar la interacción entre ellos, de modo que cualquier cambio en el voltaje de una de las entradas no tendrá ningún efecto sobre el resto de entradas.
Como V+ está conectado a tierra, V+=0, y si se considera que el amplificador operacional es ideal, V=V+=0. Por lo tanto, las intensidades que circulan por cada rama de entrada son independientes de las demás y no se produce redistribución de intensidad alguna. Con ello, la intensidad total que atraviesa Rf será la suma de las intensidades de cada una de las ramas de entrada.
La tensión de salida, Vout, será:
Al ser un Sumador Inversor, en todos estos casos, la salida es la inversa de la suma de las tensiones de entrada.
Sus aplicaciones pueden ser: En un amplificador de precisión, por ejemplo, se puede añadir un pequeño voltaje para cancelar el error de offset del amplificador operacional. Un mezclador de audio es otro ejemplo de la utilización de este circuito: se suman varias ondas (sonido) de diferentes canales (voz, batería, guitarra…) y la señal combinada conseguida se envía a una grabadora.
V out =−1(V 1 +V 2 +…+V n ) Lo que nos indica que el voltaje de salida es igual a la suma de los voltajes de entrada solamente (véase Gráfica 1). Por lo que asignamos resistencias del mismo valor en todo el circuito, siendo estas de 10kΩ (ver Esquemático 1).
Desarrollo El primer inciso de la práctica, era diseñar un amplificador sumador que sea capaz de introducir 3 señales diferentes con la condición de que el amplificador no tuviera amplificación en la salida.
Esquemático 1
Para lograr que la señal de salida no sufra una amplificación por parte del amplificador, todas las resistencias del circuito deben ser del mismo valor, esto es, si todas las Ri=R, la tensión de salida será la siguiente: V out =
−R f ∗( V 1+V 2+ …+V n ) R
V out =
−R f n ∗∑ V R i=1 i
Y como
Rf =R
entonces:
Gráfica 1
En éste caso, la suma de los voltajes de las señales de entrada (todas a 10Vpp) rebasa el nivel de saturación del operacional (alimentado a +12V y -12V), por lo que se puede ver parte de la señal de salida en saturación.
Lo que pudimos visualizar en la parte práctica, fue el ruido en la señal de salida al variar la frecuencia de las señales de entrada. En el segundo inciso, tuvimos que diseñar un mezclador de audio con ganancia independiente entre cada una de las salidas que contuviera por lo menos 3 canales de entrada y la salida debía encontrarse en una bocina. Para esto, implementamos el circuito previamente utilizado en el primer inciso, el sumador inversor, y una bocina de baja potencia. Las entradas se realizaron por medio de generadores de funciones, las cuales se configuraron a diferentes frecuencias y amplitudes, siendo la señal fundamental la de mayor amplitud y las otras armónicas. Una frecuencia que usamos fue la de 440Hz, ya que esta es la frecuencia establecida para la nota LA.
Conclusiones Pudimos observar más aplicaciones de los amplificadores operacionales, sobre todo en el área de audio, asumiendo que sería lo mismo para señales de video, e incluso como una herramienta útil para la combinación de ambos. También visualizamos lo que sería la señal fundamental y sus armónicos, y conocer y experimentar de manera más notoria, lo que es el ruido en la práctica. Bibliografía “Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales”, F. Coughlin Robert y F. Driscoll Frederick, 5ª. Edición.
