Vumetrode leds con filtros

PROYECTO Nº 1: VÚMETRO CON FILTRADO |

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Índice:

Descripción y aplicación 2

Alimentación 2-3

Filtrado 4-8

Medición 9-10

Esquema general 11

Simulación 12

Construcción 13-14

Comprobación 14-15

Presupuesto 16

Conclusión 16

Descripción
En este primer proyecto voy a diseñar y construir un voltímetro que represente con leds la tensión deseñales que previamente se habrá dividido en tres grupos de frecuencias.
Aplicación
Fundamentalmente se usará para visualizar ritmos de música.

El proyecto se dividirá en tres partes: alimentación, filtrado y medición.

ALIMENTACIÓN:

Será necesaria una tensión de +- 12 v para alimentar a los distintos integrado, y +5 para alimentar a los diodos leds. Por esto, realizaremos una fuente dealimentación simétrica.
Primero escogeremos un transformador de 220/9V, cuya tensión máxima es de: Vefic*1,4241=12,73V que será suficiente.

Tras el transformado tendremos que rectificar la señal utilizando un puente de diodos de 1,5.

Después acoplaremos dos condensadores polarizados de 1000uF para que el rizado sea lo suficientemente pequeño para que los integrados lm7812 y lm7912 nos denuna tensión continua perfecta. Aun así pondremos para asegurarnos dos condensadores más de 100nF y otros dos electrolíticos de 470uF después de los lm. Para conseguir los 5V que alimentarán los leds, conectamos un lm7805.

FILTRADO:
En esta parte del proyecto lo que haré será introducir una señal de entre 0 y 20Khz (frecuencias audibles) y, a través de tres filtros de frecuencia, dividirla entres bandas: una para los sonidos graves (<500hz), otra para los sonidos medios (500hz-2500hz) y otra para los sonidos agudos (>2500hz).
Para el filtrado utilizaremos filtros butterworth, ya que anteriormente probamos los filtros comunes de amplificadores operacionales pero su resultado fue pésimo. Aun así el filtrado deja mucho que desear.
Aprovechando que este tipo de filtros se realizancon amplificadores operacionales los utilizaremos a la vez como tales aumentando la señal de entrada.
<500HZ
Para filtrar los sonidos graves utilizaremos el siguiente filtro pasa bajos:
Este tipo de filtros deja pasar todas las frecuencias desde 0Hz hasta la frecuencia de corte (fc) y bloquea todas las frecuencias por encima de fc. Este filtro no produce desfase en todas las frecuencias dela banda pasante.
Se asume el condensador y se halla la resistencia; pero la resistencia debe estar comprendida entre 1kΩ y 100kΩcon el fin de encontrar la respuesta óptima del filtro.
El amplificador que se utiliza es un amplificador no inversor cuya ganancia en voltaje viene dada por la siguiente formula: Av = RF / R1 + 1.

Cálculos matemáticos
Fc = 500Hz
C = 10nf
R = 1 / 6,2832 * Fc * CR = 1 / 6,2832 * 500Hz * 10 * 10-9f
R = 32kΩ.
Av = RF / Ri + 1
Para poder manipular la ganancia pondremos un potenciómetro de 10k como RF y una Ri de 1k
Analizamos la respuesta de la ganancia según la frecuencia de la señal introducida entre 10 hz y 100 khz:

>2500HZ
Para filtrar los sonidos agudos utilizaremos el siguiente filtro pasa altos:
Este filtro elimina todas la frecuencias quevan desde 0Hz hasta la fc, y permite el paso de todas las frecuencias por encima de la fc.
Las formulas de diseño para Av y hallar la R son las mismas del filtro pasa bajo
Cálculos matemáticos
Fc = 2500Hz
C = 10nf
R = 1 / 6,2832 * 2500Hz * 10 * 10-9f
R = 6,4kΩ.
Av = RF / Ri + 1
Para poder manipular la ganancia pondremos un potenciómetro de 10k como RF y una Ri de 1k
Analizamos larespuesta de la ganancia según la frecuencia de la señal introducida entre 500 y 50khz:

500-2500HZ
Para filtrar los sonidos medios utilizaremos el siguiente filtro pasa banda:
La respuesta ideal elimina todas las frecuencias desde 0Hz a la fc1, permite pasar todas aquellas que están entre la fc1 y la fc2 y elimina todas las frecuencias que estén por encima de la fc2. La banda pasante esta formada...