II
"DETECTOR SÓNICO DE MOVIMIENTO"
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN
LA ESPECIALIZACION DE ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
DE LA ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
RODRIGO HIDALGO G,
QUITO
MAR20 - 1980
CERTIFICO QUE EL PRESENTE
TRABAJO HA SIDO REALIZADO EN
SU TOTALIDAD POR EL
SEÑOR ROJDRIGO i HIDALG-0
ING. JACINTO JIJÓN
QUITO, MARZO, 1980
IV
Á LA MEMORIA DS MI MADRE
Y .
ÍNDICE
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
CAPITULO II
ANÁLISIS MATEMÁTICO .« . S
2.1 ) El Efecto Doppler. ...„.*.»» * ....«.* 9
2*2) Análisis de Velocidades y Frecuencias.«,.,.,„ 10
2.3) Refleccion del sonido.i.........r»....» 11
2.3-1) Criterio para Escoger la Frecuencia foc.« 12
CAPITULO III
DISEÑO........... ...,,... 14
3.1) Diseño General. • .....«..»«..,*,.>.,«».«„*«*.*. 15
3.2) El Mezclador ................... 18
3*2-1) Análisis Matemático del Circuito BásicoUtilizado, .. + *,..,».....*...,.*.., .* . e 18
3*2-2) Pruebas Practicas con Circuito Básico.... 23
3*2-3) Análisis de la Mezcla en un Proceso Real. 29
3.2-4) Circuito Mezclador Utilizado..*........*. 34
3*2-5) Filtro Pasa Bajos para el Mezclador...,*. 39
3.2-6) Consideraciones sobre el Filtro PasaBajos del Mesclador *. « . , *.*... 43
3.3) El Control Automático de Ganancia.,.*..»..*.* 51
3*4) El Oscilador, 61
3.5) Filtro Pasa Banda *..* — .* 66
3.5-1) Circuito Utilizado .... , . 66
3*5-2) Respuesta de Frecuencia del Piltro PasaBanda. , 71
3*6) Amplificadores de Audio. 80
3*6-1) Amplificador de Entrada para elMicrófono«.»...,, 80
3.6-2) Amplificador de Poder 81
3*7) Circuito Detector y Medidor de Movimientos..* 85
3*7-1 ) Etapa de Detección. , 86
3,7-2) Etapa Cuadradora.. . , . . , 87
3*7-3) Etapa Medidora de Frecuencia............. 90
3.7-4) Análisis • del Multivibrador. * , „ 102
3.7-5) Etapa de Medida. .106
CAPITULO IV
CONSTRUCCIÓN Y EXPERIMENTACIÓN . s , 11 6
4«1) Notas de Construcción..*.,**..,.* ...117
4.2) Experimentación, ........ 1 20
CAPITULO Y
CONCLUSIONES ,.... 1 24
APÉNDICE. . , .,„... * t . . . 1 27
APÉNDICE I i Puente de Poder/. 128
VII
APÉNDICE II : Diagramas Circuitos Integrados* ... 1 30
APÉNDICE III : Características de AmplificadoresOperacionales » .... ..... . ..... * * « • 1 32
REFERENCIAS . ......... . ..... ....*...............».... 1 33
BIBLIOG-RAPIA-.»*, .,..,......».* ................ * . . . . 1 34
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
••••.2
El presente tema tiene por objeto el diseno y
construcción de un aparato capaz de detectar movimientos
lentos de objetos que reflejan el sonido, al igual que
medir su velocidad.
Se basa en el "Efecto DOPPLSR'1 y usa frecuencias
por encima de la gama audible del oido humano.
Se considera que el movimiento de una persona/ /
dentro de una habitación, esta en el r3Jigo de la utili-/ /
zacion de este aparato? tomándose en cuenta sin embargo,
que movimientos de velocidades diferentes, podrían ser
detectados con ligeras variaciones en los circuitos prin-
cipales»/ " /
Para la transmisión y recepción del sonido se
utilizan dos transductores de características especiales
con amplia respuesta de frecuencia en ultrasonido, adi-
cionalmente el transductor-transmisor cuenta con un fil-
tro que selecciona la frecuencia de trabajo.
Como se menciona previamente, la detección por
parte del equipo se basa en el efecto Doppler: la unidad
envía una onda de sonido en alta frecuencia y monitorea
la parte de onda de sonido reflejada desde los objetos
circundantes, si cualquier objeto que. este en el campo
cubierto por el equipo se mueve, el movimiento es detec-
tado y una señal de alarma es activada e indicada en el
•panel frontal.
Adicionalmente el aparato es capas de indicar
en un medidor, la velocidad máxima de desplazamiento del
objeto. Este valor queda sujeto en el medidor para una
lectura posterior por parte del interesado, debiéndose
presionar un interruptor para colocar la lectura en cero
y empezar una nueva medición.
''La lista de fenómenos comunes que crean úni-
camente energía ultrasónica, o en forma adicional a la
energía audible, es interminable, citando como ejemplo
los pasos de una persona, peinarsef sonidos silbantes
en la conversación, casi toda acción realizada por el
hombre y la maquina produce una contraparte de ruidos-A
ultrasónicos"*
luí sistema utilizado elimina la influencia
de la mayor parte de ruidos e interferencias utilizando
filtros activos y pasivos en diversas secciones del
mismo.
Un control en el panel frontal permite el
ajuste de sensibilidad, variando el umbral de detección
establecido para el equipo, eliminando la posibilidad de
movimientos o ruidos que están fuera del campo de
interés.
1Ref. 1-1
_ 4 -
CONCEPTOS SOBRE SONIDO
El sonido es transmitido a través del aire o
de otro material, en la forma de ondas longitudinales.
La refracción del sonido puede ser producida
si la velocidad no es la misma en todas las partes del
medio o si las partes del medio se mueven» Igualmente
puede ser refractado cuando pasan de un medio u, otro.
ECO; Ocurre cuando una onda de sonido reflejado regresa
al observador 0.1 seg. o mas, luego que la onda original
lo ha dejado, de tal forma que se perciba una repetición
distintiva de la onda original de sonido,.
INTERffERENGIÁ: Dos juegos de ondas de la misma frecuen-
cia pueden mutuamente añadirse o cancelarse entre si en
un cierto punto*
ABSORCIÓN; Ocurre cuando un movimiento regular de par-
tículas en una onda es convertido eri un movimiento irre-
gular (calor)*
CAMPO LIBRE Y REVERBERANTE: El campo libre se define
como el espacio en el que los limites, si existen, ejer-
cen una influencia despreciable sobre el campo sonoro.
Por ello, en un campo libre no puede existir objeto fí-
sico alguno que perturbe el sonido por reflexión o di-
fracción»,
Las condiciones de caropo libre se dan al aire
libre a cierta altura sobre el suelo, o en el interior
de locales en los que las paredes se han recubierto de
materiales muy absorbentes que evitan las reflexiones.
. / /En. un campo libre, el nivel de percepción sonora caerá
6 dB cada vez que se dobla la distancia desde la fuente.
Esta circunstancia se conoce por "ley inversa del cua-
drado de la distancia".
Se define, en cambio, como campo reverberante?
o difuso, el espacio en que las reflexiones determinan
la existencia de un campo sonoro uniforme. Este campo
se logra en locales con paredes muy duras y muy reflec-
toras colocadas sin paralelismo para evitar las ondas
estacionariasF que destruirian al campo difuso.
En las figuras 1-1 y 1-2 se puede apreciar
una representación de los campos libre y reberverante.
Figura 1-1
Campo ]n_:.ar Campopróximo remólo
Camporeverberante
Log r >
Figura 1-2
REFLEXIÓN; Como es normalmente el caso, las ondas so-
noras son reflejadas de objetos situados en el ca&pp de
sonido, la onda de la fuente sonora sera mezclada eon
una o más ondas reflejadas y será creado un campo sonoro
ñas o menos difuso»
En un campo sonoro completamente difuso, donde
un considerable numero de ondas reflejadas están combi-
nadas, el nivel de presión sonora sera el mismo en todo
el campo. Para dar tales reflecciones que perturben el
casipo libre de sonido, las dimensiones del objeto deben
ser del orden de la longitud de onda presente o mayor.
T&mbie/n se tiene que la cantidad de reflexión depende de
las propiedades absorbentes del objeto*
En la figura 1-3 se observa que cuando hay un
obstáculo en el camino del sonido, una parte del mismo
se reflejas otra parte es absorbida por el objeto y el
resto se transmite a través de este.
- 7 -
Incidente
Reflejado
£ Transmitido
""Absorbido
Figura 1-3
- 8
CAPICULO II
ANÁLISIS MATEMÁTICO
2.1) SL EFECTO DOPPLER
Bu 1.845 Doppler, clarifico los principios que
definen este efecto para el sonido»
La frecuencia aparente de una fuente de sonido
experimenta un cambio si existe un movimiento relativo
entre la fuente y el observador.
El efecto Doppler puede ocurrir en cualquier
movimiento de ondas, considerando una fuente sonora y
un observador, el movimiento relativo constante ¿Le este
efecto puede ser producido por movimiento del observador
(0 por ambas).
Si la fuente y el observador se aproximan en.-
tre si, la frecuencia aparente es incrementada en tanto
que si la fuente y el observador se separan, la frecuen^-
cia aparente disminuye.
10
2,2) ANÁLISIS DE VELOCIDADES Y FRECUENCIAS
Considerando un cuerpo que se aleja;
velocidad del sonido; Ve
velocidad del cuerpo: V,
JTuente sonora
,<=)cuerpo en movimiento
. V.
Pigura 2*2-1
Para la figura 2*2-1 se establece:
1TI -fo
1r
Periodo de la señal en la fuente sonora
~Periodo de la- señal, luego del movimiento
1) ti « - (Tierapo en el eual A llega a S)Vo
2) t2 = T +y .A. vJ:i— - -Va
en el sual B llega a S)
B llega al punto S un periodo S ñas tarde, pero ademas ha
aumentado su espacio de recorrido en Y.
3) T * V, T'
Diferencia ¿e tiempos:
11
Yrp r „ rp _, ¿ _
Reemplazando el valor de
Y. T!m i m ' I -*-
Yo
I' (1 . !L-Ye
1- d .. Xl-f' YG f 0
= fo (1 -Ye
Siendo r
fr ; frecuencia de la señal de sonido en el punto de un
cuerpo que se aleja con -velocidad Y, *
ío: frecuencia del sonido,
2,3) KEPLECCI01T SEL SONIDO
Considerando el efecto de la reflexión producida por un
cuerpo, sobre el cual incide la señal de la fuente
sonora.
Yp
Y, » 2Yp
Figura 2.3-1
12
Desde que enviamos la señal, el cuerpo se
mueve al do~ble de tiempo y la velocidad se reduce a
la mitad.
Vp; velocidad con que se mueve el cuerpo„ (fi-
gura 2,3-1 ).
f. . f o (1 -340 m/s
4) fT » fo (1 - £- )170
Diferencia de frecuencias
fa = fo ~ fT
Reemplazando el valor de 4)
fa = f o k-170 la/s
2.3-1 CRITERIO PARA ESCOGER LA FRECUENCIA fo
1.» ) Debe ser sobre el campo de Audio-frecuencia, con
los siguientes propósitos;
a) Evitar molestia.
b) Que sea secreto.
2.- ) Debe ser menor que 25 KHz, por la posibilidad de
utilizar un Tweeter,
Frecuencia escogidas 23KH2.
- 13 —
ANÁLISIS DE LOS MOVIMIENTOS EPECTU1DOS POR DIFERENTES
OBJETOS Y PSRSOFAS
Cuadro de resultados es-oerimentales :
EJEMPLO
Movimiento lento de un
objeto
Persona caminando
Persona corriendo
Vehículo a 20 Km/hora
Vehículo a 40 Km/hora
Vehículo a 80 Km/hora
Vehículo a 120 Km/hora
Vp
0,1 m/seg..
0.4 m/seg.
0*75 m/seg.
1 .50 rn/segc
5.00 m/seg.
5.56 m/seg.
11.11 m/seg*
22.22 m/seg.
33.33 m/seg.
fa
13.53
54.12
101.47
202,94
676.47
752
1503
3006
4509
Ha
Hz
Hz
Hz
Hz
Hz
Hz
Hz
Ha
Cuadro 2.3-1
De este cuadro experimental se desprende el
rango de frecuencias de interés para el presente tema, es-
cogiéndose un ancho de "banda desde 20 Hs hasta 200 Es el
cual seráf aceptado por el sistema detector del eauipot
-.14
CAPITULO III
DISECO '
15 -
3.1) DI3ERO GENERAL
Diagrama de "bloques general;
OSO
MIC G- A MEZO
PAR.
AMP,
MEDPREC
Pigura 3.1-'
El circuito Oscilador provee la frecuencia de trabajo:
23 Xhz. Se considera que la entrada al micrófono va a
estar compuesto de las siguientes señales :
Ruido
23 Khz
23 Kns - Variación en Ez
En la entrada del circuito Mezclador se va a tener dos
señales:
a) Proveniente del Oscilador: 23 Khs
b) Proveniente del micrófono:
16 -
Ruido
23 Siz
23 Khz i Yariacion en Ha
Siendo de especial interés la Variación'en Ha, pues e-s-
ta parte de la señal total sera utilizada en la sección
de detección. La variación en Hz se puede obtener luego
de colocar un filtro pasa "bajos en la salida del circui-
to Mezclador.
A continuación se tiene un diagrama de "bloques parcial
que abarca desde la sección de entrada por el micrófono
hasta la etapa de Detección y Medición*
MIC
Eigura 3*1-2
- 17
DIAGRAMA DE BLOQUES GENERAL
Figura 3.1-3
- 18 -
3.2) EL MEZCLADOR
3.2-1) ANÁLISIS MATEMÁTICO U3L CIRCUITO BÁSICO UTILIZADO
Asumiendo
Corriente en el colector de un transistor
Ic = lo
Ic lo ej
Siendo: K ~
.KVse
1
X'T _ 0.025 Voltios
Transistor Qi :
Tici = lo e
Transistor Qz
= lo
Icz =« loe
le = Ic, -f ICg.
2) I6 = lo - - (eCT' + e ^ )e
1 ) Y2 » V, -
Reemplazando en la igualdad 2)
-1 yrrO A T T^ I (' - V12) la - lo - (e
e e
= loe
lo --T7\r~ es equivalente a Ic/e E
5) IE = leí (1 +e
En el transistor Q5 se tiene:
-\- _ Egj-,J. E —
' RE
Reemplazando este valor en 3)
Ic, =1 -í.i (
. e4) ic, = —RE e"""w + 1
En el transistor Q,:
Yo, = -leí Re
Reemplazando el valor de la igualdad 4)
'¿O
-oTr -n Re / eYo, ^ -Es, . — ("
-f 1
1 ) V, - Esz -r Yz
Reemplazando en la igualdad 2)
o N T - / Sa+ ^2) le = -LO -^r (e + ee
T - _ / a s a Q 2 - L 0 2 Nle a lo •-••gyj- (e * e -f- e ;e
- lo
lo — es equivalente ae
* i )
Es, . _r \o ; XGz
RE
En el transistor Q2
Reemplaza2o.do el valor de la igualdad 6)
R E e + 1
De las igualdades 5) y 7)
•vrn -ri_ j-.y^ ( t , M _.c.- v u , » -Jiai ^ r,^ KE3_
Rr. pKEsz
8) Vo* - YO, - -Es, í^ I- -eR E 1 + e 82
RESULÍTAMS
« 21 -
Yo2 - -Es,RE
Yo, ~ "Es, (££ ) (RERC ^ , e^2
+ 1
Yo, - Y o , = -Esr (— ) («—Re 1 -f
Aproximando:
v o 2. ^ *~jíjS, \ " " *° / eRE
G-rafico que representa ésta condición;
Rc__.
2RE
Es
Eigura 3.2-2
/ Yo 2.Para obtener la relación en decibelios :
Es,
Es, dbEs,
Es, Es a « 0 db
22 -
12=Es¡ d"b
20 log. Es,
Es, o
Yo:
Es i db= 20 log.
ü£Re
Re
Es i= 20 log. (-
d"b\ .
Yo,
Es,=> 20 log. 2-20 log. (e + 1 )
Es, db20 log. 2-20 (log.-e ) . EEs:
Es i6.02 - 347-44
a - "b
Gráfico de esta relación:
Í2S.ESI
dB.
.0 dB.
a a + 0.01Es 2
Figura 3.2-3
23
Analizando la figura 3.2-3 se desprende que
una pequeña variación en la magnitud de la señal de en-
trada Es¿, que luego consideraremos como la frecuencia
diferencia por efecto Doppler, se traduce en una gran
variación a la salida del mezclador; —-Es,
Es| consideraremos corno la señal de frecuencia constan-
te o Debido a que el termino que contiene a Es2 es
mucho mayor, este controla la amplitud de salida. El
presente análisis nos demuestra la sensibilidad del
mezclador en cuanto a la amplitud -le la señal.
3.2r2 PRUEBAS PRACTICAS CON CIRCUITO BÁSICO
A continuación se realizan pruebas practicas,
para determinar en que región de amplitud de las señales
se produce una variación lineal de la salida.
Para el circuito de pruebas de la figura 3*2-4
3Q utilizan dos osciladores de igual impedancia para Es, ,
y Es, *i/ ¿.
Valores utilizados para los elementos resisti-
vos y capacitivos.
Frecuencia de resonancia:
¥o - — = arrfo Si:.ío = 200 Hz ' C = 10 nfEC
Vfo = 2>rf o „•. R «
24
DIAGRAMA DEL CIRCUITO MEZCLADOR UTILIZADO EN LAS PRUEBAS
12. V.
oseY = 1 Yrimf = . 2 0 KHz
V = Oo01 Vrinsf « 20,1 KHz
Polarización
Ie = j3le = 100 IB
i- (12 ~ 0.6 )Y
RB +
1 ) IB « — Y
RB
le * 100 IB
IE = 2mA
2' o 10"
100
2 * 10"5 A
Reemplazando en la igualdad 1 )
25
1 ) 2.10.*" 5Rs + 1 * 10"
2 . 10"5Re + 2 « 11.4
9.4 » . . 1 Q 5KB = •—~*^
Re » 470
CUADRO DE MEDIDAS REALIZADAS
Parámetros establecidos: diferencia de frecuencias entre
los osciladores &> 60 Hz
frecuencia en los osciladores = 10 ICHs
1» Medidas efectuadas manteniendo Esi fijo y Esi^variable
Esa
10mY
10mV
10mY
10mV
10mT
10mY
10mV
lOraV
10mV
10mY
1 0mY
1 0mY
Es,
0, 1Y
0.11V
0.1 2Y
0.1 3Y
1.0Y
1 ,1Y
1.2Y
1.3Y
2.0V
2*2V
2.4Y
2.6Y
Eo
110raY
120mY
1 25mT
130mY
450mY
450mY
460mY
460znV
440mY
440inY
41 OmY /
380mY í :i '
Cuadro 3.2-1001836
- 26 -
2« Medidas efectuadas manteniendo Es£ variable y Ea,
fi;jo
Es2
10mY
15mY
20mY
25vN
1 OOmY
150mY
20GmY
250mY
Es/
1mY
1inY
1mY
1mV
1mV •
1mY
1mV
1mY
Eo
480mY
650aY
730mY
780mY
1 . 24Y
1 „ 26Y
1 .28Y
1 * 27Y
Cuadro 3.2-2
En la figura 3o2-5 se observa la representación de Eo
(mY) en función de Es2 (síY) para E3¡ = 1mY.
La figura 3*2-6 es la representación de Eo (mY) en fun-
cí o"n de Es, (Y) para Es^ = 10mY,
Se observa una aproximación lineal adecuada para Es2. =
H-
i J
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_»
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L¡
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i
„ 29 -
3.2-3) ANÁLISIS DE LA MEZCLA Eli UU PROCESO REAL
PARLANTE
OSCILADOR
MEZCLADOR "D
MIC «
Figura 3.2-7
Siendo :
^y/slos desplazamientos debidos a distancia para re-
flexiones en objetos y paredes.
w,t: fase de un cuerpo que se mueve a diferente frecuen-
cia. Consideramos que son recibidos en el micrófono: la
señal de frecuencia del oscilador (wt) y la combinación
de señales reflejadas.
ÁjSenwt + A2sen (wt +J ¿ ) + A3sen (wt +Js )...+ Bj sen v/j t
A¿sen (wt +j/¿ ) = Á¿sen vrfc cosjl. + A¿sen7Scos v/t =
= A2K¿senvrb + A^íC^'coswt
Igualmente :
A3sen (wt + j% ) »
Sumando :
=» (K ) senv/t + (K! ) coswt
(Ko ) sen (wt
- 30 -
Siendo ;
K m A2
K1 + AzKz' + A5K3'
IC «
+ Ajcosfá < Az +
DenominandOj por los amalisis anteriores:
Es, = E/cos w0t
Asujniendo para el Mezclador que el producto
entre las dos señales es lineal, lo cual fue probado
con las representaciones gráficas de laa figuras 3.2-5
y 3.2-6, para valores de Ss2 alrededor de 10mV.
Podemos decir entonces, .que se cumple el producto.
Es, * Esg. » Eo
Reemplazando s
1) Eo = E,Eacos w0"t eos (w0t 4- Jo ) + E,E2.!cos w0t eos wzt
cosA cosB = — (eos (A + B ) + eos (A - B )2
Primer termino de la igualdad 1 ) :
E i l
2- eos (w0t + w0t + ¿fo ) + eos (w0t - w0t - ¿/o )
Icos (2Vo"t H- ¿fo ) + eos (+yo )
•U» Tp
- - (cos2w0t o - 0»
2
eos 2A = eos A - sen2A
sen 2A = 2senA cosA
E (eos w0t - sen w0t ) cosjo -
- 2cos w0t sen w0t osj/o
E]Ez eos/o (1 - sen
- 2cos sen
- sen2w0t + 1 )
; sen/o
2 L
- 2cos sen v/0t sen/o
2
2)
003/0(1 + eos
(cos¿fo + cos/o eos 2w0t -
sen 2w0t )
sen 2w0t)
Asumiendo :
"b =
2) A.-.-'.2, (eos¿o H- "b eos 2w0t - asen2w0t )2
Nos interesa el máximo valor de Eo
acosA • "bcosB = abcosA, cosB
1) Eo max - (E, ^ ) max -t- ^—•—%—' inax eos (w2
+ (Si. 2..',) max cog / ^ )t
2
Para el primer termino de la expresión 2)
w » - a senx + "b coax
Diferenciaiido para encontrar el valor máximo:
- a cosx - b senx = O
a -f "b tanx = O
tanx = - —
De esta relación
- asenx =
cosx =
V^Tb1b
a2-w max = + —+ b^
acmaX = - rr:
w max = \/a" + b ~
Reemplazando los valores de a y b
^ GOS^C/O , 3 ,,^^v max = + • + — eos4 4 4
w max = / — • * - —N/ 4 4
w max = • — /1 + 3 cos2J/o-" 2 V
Valor máximo de cos^J/o = 1
w max = 1
MAGHITUD DE Eo (MAX)
•f E /E^(2w0t) + EjEg.' P(w0-w2)t + SjE^1 Il(w0+w2_)t
2 2
K! AC AC AG
Debido a que w^ w0 podemos asumir que :
i1 (w0 + w¿ ) P (2w0t )
Para condiciones en que se establece un valor .máximo,
vamos a tener tres señales a la entrada del mezclador:
- 33
1 „ Un valor DG = E-, E2
2. Un valor AG = E(2w0t )
Termino de frecuencia doble
3. Un valor AC = E(WO - AV¿ )t
Termino de interés cuya amplitud es muy pequeña.
Las J7res señales se encuentran representadas en la figura
3*2-8.
figura 3*2-8
Se deben eliminar las señales de frecuencia
central igual a 23 KHs y las señales de frecuencia doble.
En este aspecto se utilizaran filtros en el
circuito simulando un proceso de mezcla real»
La figura 3.2-9 presenta un esquema "básico de las señales
de entrada utilizadas en el mezclador.
MEZCLADOR—o Esi
Figura 3.2-9
3.2-4 CIRCUITO MEZCLADOR UTILIZADO
+ 15 V
- 35 -
VALORES UTILIZADOS EN SL CIRCUITO
Transistor Q,
Asumiendo :
Ic, =
Y, -
4-iaA
RI = 2
Transistor Qa
Asumiendo condiciones semejantes
R¿ = 2
R-5 « 4.7
Transistor Q3
Asumiendo: V5 = -7V
Sumando IC| e
le = 8mA
^ _ 8V
8mA
Astuniendo :
V^ = -0.8V
Para tener circulación de corriente hacia el transistor Q5
- -0.8V + 0.6V
YBI = -0.2V
36
To 4mAÍB| & -
100
IB |
VBÍ-IBÍ
0.04inA
R4 = 5 KJ¿
Yalor utilizado
R^l - 4.7 K
Asumiendo :
IU = 470
R? -
VALOR DE LOS CAPACITORES
Calculo de Cj y C¿:
Asumiendo la impedancia de los capacitores 50 veces raas
pequeña que la resistencia en paralelo.
1 = JL .R
2-rífo C 30
30C =R-2-rrfo
30
2 K^* 6.28 » 23 KRs
C - . 1 38/iff
C =r .15/(f
Valores usados
C , -
- 37 -
Calculo de C y C^ :
Impedancia de entrada para el transistor Qi
Zin = (/3 + 1 ) RE + hi
RE= % de la resistencia variable Ry
Zin « 100 • 3.75.*
2in = 37,5 KJ&
RB = 4.7 K • 37.5 K
4.7 £ + 37.5 K
RB =4*1 !£ >
Asumiendo:
La impedancia del capacitor, 10 veces mas pequeña que la
resistencia de entrada del transistor para el paso de
señales AC.
10 —1— = R2-rTfoC
4.1 ~K.Ji • 6.28 • 23 KHs
C = 0.016/nf
C - 0.02/(f
Yalores usados
C3 = .02/íf
Calculo de
Valor de impedancia:
1
2 iff o C
Considerando:
— -2
Asumiendo Xc 1JI, "bastante mas pequeña que la resistencia
—-f que se encuentra en paralelo.2
• 23 K - 1J^
1 O"6c = —^^ .00727Í * 23
C = 7/í\
Este "valor seria el mismo a utilizarse
Valores usados:
Os- = 10/if
C6 = 10/tf
- 39 -
3o 2-5 FILTRO PASA BAJOS PAEA EL MEZCLADOR
Este filtro seleccionará las frecuencias de interés para
la detección, conforme se estableciera previamente del
cuadro 2.3-1.
Diagrama del circuito utilizado:
Figura 3.2-11
En -'el circuito existen tres puntos de corte que no deben
^afectar a los 200 Hz que se desea obtener como rango de
salada. Consideramos que los tres puntos de corte deben
tener un valor en frecuencia de alrededor de 700 Ha, para
que a los 200 Hz se conserve el nivel de amplitud máximo
•en respuesta de frecuencia,
-Los tres puntos de corte se representan en la figura
3-. 2-1 2.
40 -
Efecto de, UN fiC.Efecto de DOS RC.Ef acto a.eTRES RC.
200 Hz 700 Hz f (Ha)
Figura 3.2-12
Considerando la entrada al primer amplificador opera-
cional Aj con un valor de impedancia "bastante alto.
Se asume el valor de Ro = 75
Calculo del capacitor de paso C .
X » - --1- -.2tíí C
Para f = 200 Hs
jVsumiendo que la impedancia debida al capacitor sea 40
veces mas pequeña que la impedancia de entrada para el
paso de señales alternas:
1
40
1
27T200 1 .87
Yalor utilizado:
C> « .47/lf/
Calculo de los valores utilizados en las etanas de fil-
- 41 -
trado:
Primer punto de corte:
El capacitor Cg provee ganancia equivalente a la unidad
para frecuencias altas.
Frecuencia de corte:
Asumiendo Cg =
Para f = 700 Hz
R/l =2TT700 .033
R M = 6 f f 8 KJÍ-
Asumiendo Río= 1
Para el amplificador operacional A j
G-anancia :
A ^ ,AI = —- -t- 1Z8
Siendo Z^ = Reactancia Xcg en paralelo con RM
Z D = R/o
Calculando el valor de la ganancia para las frecuencias
de 200 Hz y 23 Khs.
f » 200 Hz XCB = 24 K^ 2^ « 5.29 KJl A i = 6.29
f = 23 Khz Xo.8 » .2 K<a Z/\ .19 KJL Al « 1.19
Cuadro 3»2-3
- 42 -
Se observa un notable descenso de la ganancia para la
frecuencia alta de 23 lüiz.
Segundo punto de corte: Fig. 3.2-13
Asumiendo Cq = »1/v]f
.2lff C,g
Para f « 700 Hz
2iT700 .1
Rí2 = 2.27.K^
Tercer punto de corte:
Asumiendo GJO = o 033 f
J _
27íf O/o
Para f & 700 Hs
RH a 6.8 Ksi
Asumiendo R|3 = 1
Para el amplificador operacional
Ganancia:
2,6
Siendo ZA = Reactancia Xcjo en paralelo con R j
ZD = Ri3
Calculando igualmente el valor de la ganancia para las
frecuencias de 200 Hz y 23 Khs.
- 43 -
f = 200 Hz Xcio = 24 K^ ZA = 5.29 E^ Á2 = 5-29
f =!25 Khz Xcio = .2 Ktft 2A = *19 KJb Az. = . 1 9Cuadro 3.2-4
Se observa de la misma manera un descenso de la
ganancia para 23 Khz.
3.2-6 CONSIDERACIONES SOBRE EL FILTRO PASA3AJOS DEI
MEZCLADOR
Análisis de la relación entre las señales reflejadas en
objetos fijos y móviles.
Considerando las señales obtenidas a la salida del mez-
clador:
Señal del Oscilador:
E / *= Acos w(t
Señal reflejada
E3. = Bcos wi t + O eos vzt
Ademas:
A =? B + C
Para E2f el primer termino es equivalente a la señal re-
flejada en los objetos fijos y el segundo termino cor-
responde a la señal reflejada de los objetos en movimien-
to.
En el mezclador se produce la señal Eo establecida por:
Eo = E/ - E2
Eo = AB eos W)t + AC eos w¡t eos
Eo = ÁB coa 2w| t + 1
- .44 -
ÁC eos (w, -f w? ) + eos (¿w)t
En la igualdad se observa un factor de amplitud — para2
el termino aue contiene la frecuencia fija (wl) y un
LO
2
AC /factor de amplitud — para el termino que contiene a la
frecuencia variable,
Para analisar la relación entre los dos factores de am-
plitud consideramos el gráfico de la figura 3.2-13 en
el cual se tiene la respuesta de frecuencia de un filtro
pasábalos cuya frecuencia de corte es 700 Rz y que tiene
una máxima amplitud de salida para la frecuencia de in-
terés del filtro: 200 Hz.
AwMAX2OOHz TOOHz
40db/dec
W 2w,WCHz)
Figura 3-2-13
Para el filtro pasábalos:
Factor de amplitud
- 45 -
A ' W
1 + D —
WP-
1
1 + "w
Wo
2.
V = ZTTf
Para f = 200 Ez
Amplitud (200 Hz ) =1 + 200
700
0.92
Amplitud de señal deseada:
Ex = 0.46 AC
Amplitud de señal no deseada:
1AMPL (2W|.) =
L.700J
•Ey = —=2 1 +
.AB * 490 • *
8f
L700J
Inicialmente se asume una relación de. 20 entre las dos
señales, los diferentes valores que puede tomar esta
-relación se analizaran posteriormente.
Ex ^ 20 Ey
Ó.46 AC 20 * 490 ' 10 AB8f/
10
0 -46 BG + 0.46 BG
Denominando:
K « £B
Relación de Reflejo
46 -
Movimiento /T, -, . / , ,.-, . \n de reflejo)
Pido
0.46 KBa -f 0046 K¿B2 1.23
0.46 K1
0.46 K1
Siendo
1e23 *
0.46 -
f!1
' 10^1 rr
-^LKB" 10
10 « o
- N ) E - 1Q = Of
K = 10 0.46
2f/ 0.46 2 • 0.46
- 0.92 N + 0.212 + 4 ÍT • 0*46
0.5 ±fl
H-H.79- ¿ 1.34 • 10.
f,2.67 . 10_
f.. n+ o.
3)
En "base a la igualdad 3) se realiza el siguiente cuadro
en el cual se tiene la relación K (%) para diferentes
valores de la relación Ex—Ey
M = Ex
Ey
- 47
Fo(Hz)
10.000
12,000
u. ooo16.000
18.000
20.000
22.000
(23.000)
24.000
26.000
28.000
. ' "''"•
K(*)
M=10
1.37
0.97
0.72
0.51
0.46
0,38
0.32
(0,30)
0.28
0,24
0.22
M=20, ,, ,
2.70
1 .89
1 .40
1 .08
0,87
0.71
0,59
• » . «
0.51
0,44
0.79
••M=50
6.67
4.65
3*43
2,64
2.09
1 .70
1 .42
....
1 .20
1,03
0.89
M=1 00
13.3
9.25
6.81
5.22
4.14
3-36
2.79
• * . 0
2.35
2.01
1.74
Cuadro 3.2-4
En el cuadro 3.2-4 se observa ojie para fj - 23.000 Hz
(frecuencia de trabajo) se puede interpolar entre los
valores cercanos de K, encontrándose los valores q_ue
tomaría esta relación de reflejo.
Se ha calculado K para diferentes valores que puede
- 48 -
tomar la relación M.
Para M = 10 se observa una relación de reflejo equi-
valente a 0.30#.
A continuación se presenta un gráfico de los diferen-
tes niveles que tomarían las señales de salida del
filtro;
4V Nivel a salida dePiltro (JSx)
ZV . UMBRAL
. CEy)O
Figura 3,2-14
El nivel Umbral sera establecido en el circuito de de-
tección limitando las señales de salida del filtro a
únicamente aquellas cuya amplitud es de interés.
ANÁLISIS D2 LA RELACIÓN DE REFLEJO EN UN PROC3SO REAL
Considerando una habitación de dimensiones: 4in. x 5m, x
x 2,5m.
5m
Eigura 3*2-15
Para la habitación tipo de la figura 3-2-15 se asume
un promedio de tres re"botes en las paredes.
Las consideraciones numéricas a continuación se "basan
en aproximaciones a casos reales e
Paredes con 60 % de refleccion
Piso con 50 % de refleccion ................... , o20m.
Techo acústico con 35 % de refleccion ........... 20m.
Área total de refleccion, .. ...Total ........ . ..».
(con 57% )
Porcentaje de refleccion de un individuo respecto al
área total de refleccion.
Considerando la figura 3.2-16
x 18% Refleccion
Figura 3-2-16
Porcentaje de refleccion..
0.6m.£ = 2.82—3
10 -• 0*53
« 0*282 %
** 0.3 ^
Observando nuevamente el cuadro 3.2-4 se tiene que
este porcentaje de refleccion se asemeja al valor de
la Relación de Reflejo K, cuando se asume un valor de
M (o — ) igual a 10.Ey
- 51 -
3.3) EL CONTROL AUTOMÁTICO DE G1KAWCIA
Análisis matemático del circuito utilizado
Diagrama del circuito "básico:
<>E0
Pigura 3-3-1
Para el transistor
EsIx = —
1 ) IX m ICf +
Definiendo Id :
leí = lo
Ic lo e
K
YBEIK
Igualmente se tiene
lea. & lo e K
Reemplazando en 1 )
Ix = lo
Denominando :
YA = Ysi - Ysa
Se tiene:
= YBS -f *X
= YBI - Y
K
Va ELe 4- e
Reemplazando estos valores se tiene:
Ye/ - Ye YSH. - Y¿
+ eIx = lo
2) Ix loYB2"K
K
Reemplazando el valor de Vas. en 2) se tiene
Ya/ VBI
2) Ix = loYEK
X
K
YBI
Ix =
Ix = leí
Id = Ix1 + .
Reemplazando el valor de Y$i en 2) se tiene;
2) Ix « KK
Ix = lo e K
K
Ix = K He -i- 1
Ix
Es
RE
1 + e
1
K1 + e
Reemplazando el valor de Tes.
So _ EsRe R£
1
+K
Eo
Es
Re
RE1 +
Analizando esta expresión se observa aue la relación
tendrá un valor máximo para e
En este caso:
Eo = - Re
Es 2 RE
YÍK
Es
1 +
- .54 -
La ganancia dependerá de los valores de las resistencias
Re y RE,
De la expresión general:
Eo
Es
He 1
1 + e K
Se puede deducir .que la ganancia.
del circuito seraEs
inversamente proporcional a la variación de voltaje Ya.
Es decir un aumento o disminución de la tensión Ya se
traducirá en un efecto contrario para la ganancia total
— f produciéndose de esta manera el control automático deEs
ganancia.
Tomando esta expresión para valores de Ya múltiplos de
K, o sea múltiplos de 250 mv, se realizo' el siguiente
cuadro que presenta la variación de la ganancia manten-
iendo constantes los valores de las resistencias Re y RE.
r
- 55 -
Ya (mv )
0
2550
15100
125150
175200
225250
275300
Ganancia en d~b.
-6
-11.4
-18.4-7-26.48
-34.9
-43.49
-52.14
-60.81
-69.5
-78.17
-86.86
-95.55
-104*2
Cuadro 3.3-1
- 56
Diagrama del circuito -utilizado
Ri
M5V
1 , —
<
v,.> R C Ci R4
-A -
R5
A Eo-—o
-I5V
Figura 3.3-2
En el diagrama de la figura 3-3-2, el control automático
de ganancia se encuentra en linea de puntos*
Análisis del circuito:
El amplificador A provee la ganancia necesaria en la
etapa utilizada, siendo la señal de salida aquella cuya
amplitud va a ser regulada*
El funcionamiento del circuito regulador de amplitud es
- 57
el siguiente:
Al aumentar el tamaño de la señal, el transistor Q con-
duce más, esto aumenta la corriente Is-í y a su vez aumen-
ta I o* . La tensión en Ra también es incrementada, o sea
el voltaje en la "base del transistor Qa, lo cual se tra-
duce en una disminución general del tamaño de la señal.
Para el caso en q_ue se tenga una disminución en el nivel
de la señal de salida, van a disminuir "LeA , J.CA y la ten-
sión en RE o" sea Ye , esto compensa el decrecimiento del
tamaño de la señal.
Con el control del potenciómetro Rs se regula la cantidad
de corriente q_ue se desea que circule por RE. o sea con-
trola la tensión en la base con voltaje fijo, transistor
QcL*
El diodo Da se coloca para evitar una señal positiva en
la base del transistor Qs.
A través del diodo DI se rectifican los pulsos negativos
respecto a los -15 "V de polarización.
Calculo de los elementos utilizados en el circuito:
BLOQUE DE ^RAJÑTSl STORES :
Las resistencias Rj y R¿ deben ser iguales para mantener
señales iguales en los transistores Qj y Q^*
Asumiendo:
R| * 10 KA
Ka * 10 KJT,
Para el transistor Q¿ se asume lea - 2 mA y Yj = 7Y
Rc = _ _
2 mA
Rc = 4
Valor utilizado: 4-7
Asumiendo Rs =120 KLa una impedancia de entrada alta,
Transistor
le. = 4
Va = -7 VVe 7 VI & 4 ni A
RE = 1 .75 KJ7,
Valor utilizado: 1.8
Bloque del amplificador operacional:
Asumiendo R4 = 10 KJL
Para obtener en este bloque una ganancia de 50:
Rs = A • IH
R5 « 500 KJÍ,
Siendo A = 50
Valor utilizado; 470 K/b
Calculo de los capacitores;
Capacitor C3 :
Constante de tiempo R¿Cs
Este tiempo de descarga R¿C3debe ser mucho mayor que — !E2
Siendo T el periodo de trabajo*
Asumiendo RE. = 36
1.
4600036 ÍLft, C3 > —-— seg.
59 -
Considerando que sea unas 1000 veces mayor:
1000
4-6000
-ZC TTnn 100036 KfiCs = seg
1 seg36 O, ' 4-6
G5 = ,6/ff,
Yalor utilizado:
C3 = .47>Kf.
Capacitor C¿ :
El tiempo de carga;
R^C^debe ser much.0 menor que el tiempo de descarga
36 KJ^ • C¿ « — - - seg.46000
Asumiendo aue sea unas 100 veces menor.
36 KJb • Ca- 100 = 17ms.
36 • 105
Ca = 4.7
Para el circuito amplificador utilizado luego del filtro
Pasa Banda, se ha utilisado una ganancia de 50 para el
bloque del amplificador operacional. ÍA¿ pg. Ib)
El mismo circuito amplificador con control automático de
ganancia es utilizado luego del filtro Pasa Bajos del
mezclador, con la única variante de que en este caso la
ganancia establecida es la unidad y las resistencias
- 60 -
utilizadas son
Rs = 7.5
- 7.5
pg. i t )
3*4) EL OSCILADOR
+ I5V
Pigura 3.4-1
En el puente de tfien;
e, 3
Figura 3.4-2
La oscilación se efectúa para cierto valor de
- 62
Ganancia del "bloque de amplificadores operacionales
r*¿ + 1 "¿Valor de la frecuencia de resonancia del oscilador:
fo - 23
R5 = R6 = 7.6
C5 = Ce = 910pf
Bloq_ue de amplificadores operacionales:
Asumiendo:
Az. = 5
R4 = 5 Rs
RS = 40
R-1 = 200
Ai = 3
A, «5£+ 1Ra
R^ = 10 E:
R¿? = 20 Kül
Bloque de transistores:
Asumiendo:
V3 = -10 V
Ic = 1.5
(3= 30
Ría =-10 Y
1.5
Ri2_ « 200
63
T?R i lIc
« "10^6 + 15 K
15 • 10^
T) .i _ O O V <"i= xí|| = ¿:. y i\ Jo
Se conoce:
TT TT Ro 1Rií Yx
e Z + 1
Asumiendo:
Yi = 20 mv
0 sea Yx = 2 5
Y5 = 1 Yoltio
YS ,?£5
1 = Ro _J_
5 Rn e + 1
^ 19T> --, _ "P i r •^L^.UÍZ,
5
Ro = 2 KL
= V^
lee
e.^ = —/3
se escoge
R¿ « 4 - 7
RECTIPIC^IDOR
Asumiendo Y( = 20 mv en la "base de Q¡ y V¿ » -5
- 64 -
E lo j , __ YA" — -"•• -i- i — — —RÍ V,
Diodos Dj y D¿ :
V/í = 0,5 V
Yfl - 1 V - 0.3 V -=
= 0,4
De"bido a que el voltaje del oscilador es 1 V (p»p )Rio 0.4 V
El 20 10~3 A= 1
Asumiendo:
Rio = 14,2
Consideraciones para calcualr C^;
debe tener un valor bajo, dado a que el tiempo de carga
de C3 debe ser pequeño < T y el tiempo de descarga > — del2
periodo.
Se debe cunrolir:
a, CjjRs < - seg20000
40000
C3 = .15 Mf
Asumiendo :
= 47 K^
seg
a. .0705 • 10""1 < .5
b. 21. • 10"*1 » .25 •
C = .15 Mf cumple
- 65
Para calcular C^, £4 debe ser alta para que el voltaje
en la base de Q¿. sea considerado DC, pero lo suficiente
baja para permitir un control de amplitud rápido.
Se asume :
tM = .3 seg
'Ci = C^ Río
14 KJ2,
04 = 22 Mf
Condensadores de paso C| y C2-. Se calculan con C mayor
que la noininal por razones practicas (p. ej. 15 veces )
O
Ci
C2
o a.
Ce
15
.003 M
.01 Mf
1 52rf
.003
.01 Mf
R/í/9
RuP+
- 66
3.5) PILTRO PASA BANDA
3.5-1 CIRCUITO UTILIZADO
Se utiliza un circuito de filtro activo con tres amplifi-
cadores operacionales.
Diagrama del circuito utilizado:
RG* 13 100 k ]00 k
N/C
ligura 3*5-1
En este circuito, la señal de entrada es alimentada por la
entrada no invertida del amplificador operacional A; , las
salidas que se pueden considerar Pasa Altos y Pasa Bajos
no son invertidas, en tanto la salida Pasa Banda es in-
vertida»
~ 67 -
Calculo de los valores utilizados en el circuito
Para el diseno de este circuito se han utilizado modelos
de filtros activos de Burr-Brown.
En particular se usa como modelo el circuito UAF 21/25
para valores de fo menores a 50 IQiz.
Las ecuaciones simplificadas que se usan para el diseño
son las siguientes:
= 1.59Wo f<
2* Q^LP = QAHP = ABP105
3. RQ = ~2QP - ADP - 1
4. He = (2QP - ABP + 1 ) 12ÍABP
Siendo f0 para cada etapa de filtro Pasa Bandaf la fre-
cuencia central fe, estando definida fe por la formula:
fe = /fTfa
En esta formula íj es la frecuencia para el punto de +3 dB
y fg. la frecuencia para el punto de -3 dB en el filtro.
/ Hs,La relación i— indicada en el circuito de la figura 3.5-1Hí
de"be ser mantenida como condición para utilizar las ecua-
ciones simplificadas.
ASP es la ganancia requerida para la salida Pasa Banda,
considerada a la frecuencia f0.
Factor Q para filtros Pasa Banda:
68
Q »fo .
Añono de "banda a 3 dB
Para el diseño es necesario calcular el producto fo • Q
del filtro, Si este producto es mayor a 10 Hz (para
UAF 21/25 ), se de~be localizar este producto en-la
figura 3.5-2.'
.a
"io6 io59 98 8? 76 6
^ $ „ 5n — •
?4 H"4< 3 < 3D ^
2 2
ÍOÍ 10^
10
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i1 ! i1
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r"\
—
—
i
i* 2 3 4 5 6 7 8 9 105 2 3
UAFll/15 '>
5 2 3 - 1 5 6 7 8 9 106 . 2 3
UAK21/1S
fo Q
Pigura 3* 5-2
Para obtener Qp se de"be dividir fo Qp para fo , y se deoe
utilizar este valor de Qp conforme se indica en las
ecuaciones simplificadas, esto permite la corrección de
errores de"bidos a corrimientos de fase en el amplificador,
Yalores asumidos para parámetros utilizados:
fo * 23 Khz
- 69 - -
ABP =10
Q = 20
En consecuencia el producto fo • Q sera:
ib * Q = 4.6 • 105 Hz
Utilizando las curvas de la figura
fo • Qp = 3 * 105 Hz
fo Qp _ 3 - 105
fo 23 ' 103
Qp - 13
Reemplazando el valor de Qp en la formula 3)_ 105
2Qp - ABP - 1
103
2 6 - 1 0 - 1
15
» 6,66
Valor utilizado:
RQ = 6.2 K¿l
Reemplazando los valores de Qp y ABP en la formula 4)
4) Re = (2Qp - ABP + 1 ) 105
ABP
iRe = (26 - 10 -f 1 ) —
10
RG = 17 • 1(Aíb
RG = 170 ZJl
Valor utilizado:
RG = 170 KJl
- 70 -
Para los capacitores C^ y GB se utiliza el valor de I60pf,
líe acuerdo a la expresión para la frecuencia de resonan-
cia:
= R6
2rrC fo
1
27T160 • 10"ía 23 • 1CT
= 43.27 KJi/
Yalor utilizado:
&T5 = PV.S = 40 KJ¿ + 10 Kiíi variables
Se utiliza un potenciómetro para el ajuste de la frecuencia
de resonancia.
Valores de los elementos utilizados:
RESISTENCIAS:
Ri = 100
Ra = 100
R-i.= 100
&s = 100
= 40 ZA-f 10
= 40 XJL+ 10
= 170
. = 6.6
CAPACITORES:
C* = 160 pf
Cs - 160 pf
REPUESTA DE FRECUENCIA DEL [PILTRO PASA BANDA
Figura de referencia para el análisis del filtro Pasa Banda,
Figura 3.5-3
En el circuito de la figura 3,5-3
Ea - Ex i = IsRi
En el nodo i
13 + los = O
Ea _- EXIQ Eoi - Ex,« O
R i
El - Exi = I i R G
En el nodo 2.
I l + loi. = O
EJ - Ex i Eq - Exi ,,+ -— = uRG R-Í
- 72 -
Eoa - EQ =
la. - Eoa - EQ
Rs
En el nodo 3
lo. = Iz. - lo i
Reemplazando los valores respectivos
- Eo. Ea - Exi
Rs
EQ =
Reemplazando el valor de IQ
- Eo. -n_ Ea - ExiT,So. =
Eo. +
R-f
T-,-{- EQ
RQ — + Ex i
RQ Ex i
-K.3
RQ (EozR +
R^Rs + Reí (R + R5 )
Llamando D al denominador de esta ultima expresión
D = R^iRs + Ro. (R4 + Rs )
Considerando nuevamente el circuito de la figura se tiene
para el amplificador operacional Az (ver figura 3.5-3).
Eo2.
L 1Jvr C?
'4)
Siendo S = jw
Igualmente para el amplificador operacional A 3
5)1 "R,
SCaRs
De la expresión 4)
4) Eoi = Eo^SOíR^
Reemplazando 4) y 5) en la expresión 1 ) se tiene
Eoa -o- EXJEoa
D -f - Ex/ = ORi
Reemplazando 3) en la expresión 2) se tiene:
RQ (]SoaR4 + Ex/ Rs)
2) ^LJ: ""' D = ORG
Para la expresión 1 )
DE 02.
SGaRaRi
EX I =
Rz
1 +
= Ex/
SC?R?
1 1• + —
.SCsRaRí
. - -Ra Rl
- 74 "
Exi = Soz
Ra) S CsRñ
Reemplazando este valor en la expresión 2)
„-C/ I —
SQaRa
RG
(Ri
De esta exresión:
. 0
RG (Ri +Rz) SCsRbJ
"Raz. . T¡
En RG S E ^ -) * SR©R^ RGC sRe (R í +R z) -f-
S))
?4'.ff M I 4
s=- Ka
- 75
La expresión 6) es la respuesta de frecuencia general
para el circuito de la figura 3-5-5 considerando su
salida como filtro Pasa Banda.
Para o"btener la expresión de frecuencia de resonancia
fo:
Reemplazando el valor de S por ;jw y racionalisando el
denominador en la expresión 6) se tiene:
Rfi_(R
G?R?R] (DR1-RGR5R6+DR&
w(ER.4 -RoRs Rs +LR6 ),
Igualando la parte imaginaria a cero se tiene
D R4 (Rt +Rz.) - w - O
Numerador igual a cero;
D R^(R i+Ri ) (Ra-waC7R7CaRsR/ ) = O
RE. = v
Wo2- =
Es la expresión para la frecuencia de resonancia del filtro
Pasa Banda*
Tomando la parte real de la relación general:
-RQR5R6+DR6)
Ra.Wo
- 2
76
Siendo la frecuencia de resonancia
C?R?CsR9Rí
Reemplazando este valor:
Apd = _ 3JR4 (R i_+R_z ) ' RQR-I RG (Ri +RQ
ÁPB ==
Reemplazando el valor de la expresión D
RoRs
+ R5 +
Re
Reemplaaando loa valores numéricos de R^ y R5
R-í « Rs = 105j
' 105 + 1ÁPB =
RG
APB 5a 105 (2
Expresión para el valor de Q :
Inunción de transferencia del filtro Pasa Banda en forina
general;
Eoa N
El S^ + "bl S + bo
Se extraen los coeficientes necesarios para obtener el
valor de Q»
- 77
Q se encuentra determinado por la expresión:
Q;bo"bi
Reemplazando los valores de t>o y "bi presentes en la
función de transferencia:
Q =
RZL
(Ri
(DR4 -
Q ='R¿C?R?Ri RoRsRs + DRo
RaCs RoK^Rs (R i + R¿L)
Siendo;
U = R^R
Q =
Q »
Q »
(R^GíRíR/ 10IS -f1010 R«+1010 Ra-105RQRs+1010 R6+105RQRG+105R6?R.6
V RaCs 105RoRs (Ri+Ra)
:0'°+2i
ReCe
R/C6R8
Ri 10J°
Denominando K = R ,
R I G 3 R 8 (Ri
1 O _ +2 > 1 _ 0 R Q H-1 0 R s +RoR6Q « K
Multiplicando y dividiendo esta expresión por: R + 1 . _ Q
Q - JC '.R+10.5'RQ
10/0 -f2-105RG>-f10
- 78 ~
Q = K (1 -i- / I0'0 -. * .2 -f- R<s (RQ + 1_051
Q - K (1 +
7)
Siendo RE =
10SR.Q
RQ
105RQ
RQ
105Ra + 105Ro
RG (RQ + 105)
RG(RQ 4- 105)
Re
RG
10f°
RQ + 105
RQ + 10
RQ + 105
Reemplazando el vlaor de K en la expresión 7)
n n 4. REQ = (j -t-RG
^ R ] WiH • • • " )\R i -i- Ra
4. 105/TÍ^ /K2R7G^+ I U / lí&J iV R / R e C e
En la figura 5*5-4- se observa la respuesta de frecuencia
del filtro Pasa Banda con su frecuencia central a 23 KHz
2y en "base a los valores de los elementos utilizados.
. 3.1
G/db
lOOK'f/Hz
I -o
de -fr^cuonc i a de
1 f
I I tro
pasa—banda
FI6 3.5-4
- 80
3.6) AMPLIFICADORES DE AUDIO
3.6-1) AMPLIFICADOR DE ENTRADA PARA EL MICRÓFONO CIRCUITO
UTILIZADO
Ci Rí
R4
AA-
Eigura 3.6-1
Se xitiliza un circuito de amplificación compuesto de dos
etapas o La impedancia de entrada es "baja, decido a que
el micrófono utilizado es de impedancia "baja. Cada etapa
utiliza la entrada invertida de un amplificador operacional.
Valores de los elementos utilizados:
Para el amplificador operacional Aj-
Ganancia;
A | = —Rí
Asumiendo:
Rí = 2 J.JI,
O sea, un valor bajo de impedancia y una ganancia de 150
- Ai * Rí
- 81 -
R¿ = 300 KJl
Para el amplificador operacional A a
Ganancia
A£ = —R3
Asumiendo una ganancia, de 40 y Rzs = 2
Rl = 80 KJ2,
Valores utilizados
R| = R3 = 2 KJ2,
R¿ 3= 300 EJ^
R-l - 82 KJ¿
3,6-2) AIvíPLIPIOABOR DE PODER
Este amplificador se utiliza para la señal del oscilador
local antes de ser emitida por el parlante.
Circuito utilizado:
o \A—»Ri
- 82 -
I5V
¿02
Q
R4Q4
-15V
PAR
Pigura 3.6-2
Para el circuito se considera la potencia de salida del
amplificador
P = 9 w
Considerando la iinpedancia del parlante igual a
Corriente total:
- 83 -
I-t Z = 9 wY 30Y
It = 3 Amperios
/ xLa sección formada por Qj y Qz conducirá para la parte
superior de la señal y la sección formada por Q^ y Q^
conducirá para la parte inferior de la señal que de~be ser
amplificada.
Q3 es un transistor PNP de silicio para evitar compensa-
ciones de temperatura. - 1 transistor Qi ("Driver") tra-
baja con una corriente semejante a 30 mA, su papel
principal es suministrar esa cantidad de corriente a la
base del transistor de potencia Qz.
El funcionamiento de la sección inferior es semejante,
siendo 0.4 igualmente un transistor de potencia.
Los diodos Di y D£ se utilizan para compensar por las caídas
de tensión semejantes en los transistores.
El amplificador operacional Al provee la ganancia al cir-
cuito, ya que en la etapa de transistores la ganancia es
uno,
El capacitor G| debe ser suficientemente pequeño para q_ue
a la frecuencia de trabajo ( 23 Kliz) la ganancia no se
haga cero.
Yalores de los elementos:
Se asume:
R3 = 10 TCJ2,
R4 = 10
Rf = 2
- 84 -
Capacitor C¡:
La reactancia Xc - — de"be ser semejante a la resis-
tencia R¿.
G-anancia:
Xc // Ra
Se asume una ganancia de aproximadamente 10
"p -, ,-v SO TT í\j
íara C/ = 150^
- r _ . 1 n
Z-ÍT •• 23 • 10J * 150 • 10
2-JT * 23 * 10^ - 150
Xc = 4-6 Kí^
G-anancia:
46 KJ6 * 50
A = 96
2 E^
A = 11.9
Valores de los elementos utilizados:
Rz. = 51 KJL
C| = 150pf
- 85 -
3*7) CIRCUITO DETECTOR Y MEDIDOR DE MOVIMIENTOS .-
Esta sección sera dividida en varias etapas para
su. análisis*
Diagrama de "blogues :
ETAPADETECTORA
ETAPAOUADRALORA
ETAPAMEDIDORA DEFRECUENCIA
ALARMA
ETAPADE MEDIDA
MULTIVIERADOR
- 86
3.7-1) ETAPA DE DETECCIÓN
Circiiito utilizado
Figura 3.7-2
El amplificador operacional A, forma en este caso
un circuito comparador entre la señal de entrada y la
señal fija, regulada con el potenciómetro Rz.
Esta señal regulada o UMBRAL, fija un nivel de
referencia en la entrada invertida de A, 0
Si la señal proveniente del filtro Pasa Bajos y
que se encuentre conectada a la entrada no invertida de A,
sobrepasa el valor del UMBRAL, la salida tendrá un valor
positivo y será aceptada en el seguidor de voltaje formado
por A a . Para valores menores al UMBRAL en la entrada
- 87 -
positiva AJ , la salida sera negativa y conducida a un
nivel de tierra por el diodo Di.
Los valorea DC positivos que hayan sido acepta-
dos, serán retenidos por el capacitor G$ mientras dure
la señal de alarma, en tanto que al desaparecer la señal
de alarma, el capacitor se descargara por R^.
En esta sección se utilizan adicionalmente los
diodos D3, IHf y I>5*
El diodo Ds sirve para asegurar un cero lo'gico
en la salida de esta etapa. D^ va a conducir para una
condición de cero lógico en la salida y este cero apare-
cerá en los circuitos integrados Smitn írigger y flip-
flop JKP que se utilizan en posteriores etapas. (Ver fi-
gura 3.7-20).
Para uno lo'gico en la salida de esta etapa, la
conducción se realiza por R? en la cual se tiene una
caida de tensión equivalente a 1 5 V - V zener* (Diodo Ds).
El diodo D¿} se utiliza para proteger los cir-
cuitos TTIi para el caso en que exista una señal negativa
en la salida de la etapa de detección.
3.7-2) EÍCÁPÁ CUADRADURA
Circuito utilizado:
A
D
Figura 3*7-3
Se necesita un circuito cuadrador para trabajar
en un sistema digital.
La señal alterna del filtro Pasa Bajos, entra
simultáneamente al circuito detector y al cuadrador, en
esta etapa la señal es comparada con un nivel de refer-
encia cero en el amplificador operacional As-
Par a valores de la señal alterna mayores a cero,
la entrada invertida de A^ es mayor, la salida sera nega-
tiva y se obtendrá" cero voltios a la entrada del Smith
Trigger.
- 89 -
Para valores de la señal alterna menores a cero,
la entrada no invertida de Á3 seráT mayor? la salida seráT
positiva y se fijara el voltaje del diodo zener $6 a la
entrada del Smith Trigger.
La otra entrada al Smith Trigger sera la señal
ENTABLE originada por la alarma*
Entradas al Smith Trigger;
EKABLE (Alarma)
Salida de
Salida del
SMITH TRIGGSR
Pigura 3-7-4
En cuanto exista señal de alarma, se producirá la señal
de salida del Smith Trigger.
- 90 -
3 o 7-3) ETAPA MEDIDORA DE FRECUENCIA
Circuito utilizado:
Figura .,7-5
A1ÑFALISIS DEL CIRCUITO
La salida del Smitli Trigger es introducida como la señal
de reloj en un circuito Flip Plop JK SN74LS107, el cual
usa la misma señal ENABLE dada por la alarma en su en-
trada RD.
91
Este circuito Plip í'lop divide la frecuencia de traba-
jo por dos en sus salidas Q y CJ que serán utilizadas
simultáneamente.
Para la explicación de ésta etapa se utilizaran las for-
mas de onda de la figura 3-7-6, obtenidas con oscilosco-
pio en varios puntos del circuito detector.
La salida Q va directamente a accionar un circuito muí-
tivibrador que sera detallado posteriormente.
La salida Q es conectada a la entrada no invertida del
amplificador opcional A^ a través de un circuito for-
mado por D^r, R_s? y C-^, el cual funciona de la siguieíate
manera:
Para la salida del pulso creado por Q, se produce una
carga del condensador 0^ a través de £.9*
En cuanto el pulso desciende, se produce una descarga rá-
pida a través del diodo D? (Porma de onda (1)) „
Q
Potografia 3.7-1
IC
M
S
::.ttH
-fi-4-3-H-f
U .;
tri •H-HH-'r-.L 1-1._L L....J
i ...
. 1—
rtH
"IGURA (B )
-- 95 -
la fotografía 3.7-1 se observa la relación entre la
señal Q y la forma de onda (1 ) en la pantalla de un •
osciloscopio,
Á su vez la entrada invertida de A^ recibe la señal del
muí tivibr ador en forma rectificada y con un nivel de re-
ferencia establecido por Rj0 y los diodos D y D(0 .
( orina de onda (2))*
Las dos entradas son comparadas en el circuito formado
por A 4 obteniéndose que para un nivel de señal mayor en
la entrada no. invertida, se efectúa conducción a través
del diodo DIO y la carga del capacitor C^ (formas de
onda (4-) y (5)).
Se desea que el tiempo de carga a través de E. \¿_ sea muy
corto y el tiempo de descarga a través de Rpsea muy
lento.
la resistencia R/g debe ser cerca de 100 veces mayor que
El capacitor Cs a su ves será el que permita la carga o
descarga mencionadas.
El diodo sener D u establece un valor fijo e igual a Yz,
según se puede apreciar en la parte positiva de. -la for-
ma de onda (4) Voltaje Zener = 1 0 Voltios.
En la fotografía 3.7-2 se observa la relación entre la
señal obtenida en el capacitor C^ (forma de onda (5)) y
la señal proveniente del multivibrador (forma de onda
(2)).
- 96 -
fotografía 3.7-2
Para "un nivel de señal mayor en la entrada invertida de
Á4, su salida adquiere un nivel de saturación negativa.
Se utiliza la siguiente figura para explicar la relación
del multivi"brador con este circuito.
- 97
oVR
Figura 3*7-7
Siendo M la salida del multivibrador (forma de onda (8))«
Ss la entrada invertida del amplificador operacional Ai»
Para M = -1 5 V S « + VREP
Para M = +15 Y S = 15 V
Se observa que para el tiempo en el cual la salida M del
multivibrador es negativa, debido al diodo De, únicamente
aparece el voltaje de referencia establecido por los dos
diodos D<t y D)0 en la entrada S.
- 98 -
Tara el tiempo corto de duración del pulso del xaultivi-
"brador en el cual M es positivo, el diodo Dg conduce y
la entrada S toma el valor del pulso.
Si se compara esta señal S (forma de onda (2)) con la
entrada no invertida de A 4 (forma de onda (1)); se ob-
serva que la entrada S será mayor hasta que la entrada
no invertida de A¿\a un nivel de señal mayor al
voltaje de referencia. Esto es, se produce un tiempo de
retardo ™RP controlado por los elementos que producen la
carga del condensor C¿u
En la fotografía 3-7-3 se observa la relación entre Q y
la señal obtenida a la salida del amplificador operacional
A^J (forma de onda (3))»
Q
Fotografía 3.7-3
- 99 -
CURVA LE CARGA BEL CAPACITOR
1.6IV
Figura 3-7-8
Para esta forma de onda:
-t NY = VI + Yp (1 - e BC. )
Y = 1' + 4 (1 - e )
Para la salida Q utilizada:
Cero lógico 1 Y
(0.3 V + 0.7 Y de caída directa del diodo D f. )
Uno lógico = 5 Y
Y = 1,6 Y Valor de referencia
El valor de referencia esta dada en este caso por la caída
directa de los diodos Dq y D/o *
1 . 6 = 1 -!- 4 (1 - e "Re" )
- 100 -
-t;0.85 '= e~~Rc
— = 0.16RC
t = 0.16 RC
El tiempo que se considera de retardo es equivalente a
0.16 RC.
Ampliando este análisis a un estudio comparativo con el
ancho del pulso del circuito multivi tirador:
• Se de"be proporcionar un tiempo de retardo a la nueva
carga del capacitor G para que la medición alcance a ser
realizada, de otra forma se tiene que en cuanto aparece
el pulso de medida dado por el inultivi"brador, el suiche
activado por 5*EíE se cierra y el condensador C empieza a
cargarse nuevamente. En la figura 3*7-9 se aprecia el
tiempo de retardo;' IR (forma de onda para carga y des-
carga de C ) respecto a las señales Q (flip-flop JZ) y M
(multivitirador)«,
101 -
tRp
Figura 3.7-9
Siendo;
tp; Ancho del pulso del multivibrador
TR: Tiempo de retardo
trp: Tiempo de retardo del pulso de medida» (Dado por el
retardo propio del multivi"brador).
Consideramos: tp RC del muítivibrador, debe ser pe-
queño R C
Para el circuito utilizado: tp - 10" seg.
Consideraciones para este análisis?
TR > trp
- 102 -
tp
Podemos asumir que ;
TR - tp en la práctica
El pulso de medida tiene la misma duración que el tiempo
de retardo.
3.7-4) ANÁLISIS LSL MULíDIVIBRALOR
En el momento en que "baja el pulso del do"blador de fre-
cuencia, salida Q de la compuerta JK, se necesita un
pulso que haga actuar al sistema, ésto se consigue con
un circuito rnonoesta'ble que produzca un pequeño pulso.
Diagrama del circuito utilizado:
19
AD, AR 20
M
-I5V
Figura 3.7-10
103 -
En el circuito de la figura 3.7-10 CJJT, Rjf y DH permi-
ten el paso de un impulso en la "base del transistor Qar
lo cual produce un cambio de estado en el colector de Q2.
(forma de onda (9)).
A su vez el transistor Qj cambia de estado, (forma de
onda ('8 )) o
El transistor Qano va a cambiar de estado para pulsos
positivos debido al diodo DH , pero para pulsos negati-
vos conduce Dpj y se aplica una señal negativa provenien-
te de la carga del capacitor G? en la "base de Qz., este
pasa al estado de corte aplicando +15 V en el FET Qs y
en el diodo DS> (forma de onda (P))«. El ancho del pulso
dado por el multivibrador, en cuanto a tiempo va ha estar
determinado por el capacitor C¿ y la resistencia RIS*
DISEÑO DEL CIRCUITO MTJLTIVIBRADOR
Diagrama:
- 104 -
I5V
Q .o
-I5V
Figura 3*7-11
Estado inicial:
Voltaje de salida = -15 Y
Voltaje en la base de Q £_ = -14,4 V
Asumiendo un /3dc de 40 para los transistores Q/ y
Asumiendo R| 100
Ic 5*5mA
Calculo de
Valor usado
V= 5.4
5.1
40
- 105 -
I"b = 110mA Corriente de "base de saturación.
Para calcular RíS se asume que la diferencia de voltaje
entre el emisor y la "base de Q| deberá ser 0.6 Y e
igualmente que la corriente 2 Ib se reporte igualmente
a la base de Qi y a R {6 .
R* = ^110/íA
R \(Q — 5 * í? K. Jb
Calculo de RiS : Se tiene que circulara la corriente
2 rb =
Diferencia de voltaje:
15 Y - (-U,4 Y ) 29
29 YRfg = £¿-JL
Ríe & 100
Calculo de R ¡5 :
Diferencia de voltaje:
+15 V - (»H.4 Y ) 29 Y
Como la corriente de "base de saturación es 110^A, asta
resistencia RJS debería ser grande para que Ib sea pequeña^
de otra forma Qe no dejaría de saturarse aunque se coloquen
pulsos negativos en la "base.
Asumimos Ri5 = 100
106
3.7-5) ETAPA DE MEDIDA
Explicación del circuito "básico: "SÁMELE & HOLD"
Figura 3,7-12
En este circuito^considerando que se cierra el suiche S,
existirá realimentación y el capacitor C se carga al
valor ei . Si en estas condiciones se a"bre el suiche S,
el capacitor C permanece cargado al valor e/ , no existe
camino de descarga deMdo a la impedancia alta del am-
plificador operacional.
El capacitor G de todos modos se descarga aunque muy
lentamente, para hacer aun mas lento su descarga, se
coloca un FST, quedando el circuito de la siguiente
manera:
- 107 -
ei o-
-I5V
-o-M5V
-o eo
c
Figura 3.7-13
Considerando el circuito de la figura 3»7-13*
Al cerrar el suiche S, el capacitor C se descarga con un
Talor:
ef -AY (valor pequeño de voltaje en el PET)
Para que no circule mucha corriente por el PET, el valor
de R de~be ser grande»
Colocando en lugar del suiche manual otro suiche a base
de otro ?ET con canal tipo 13•
108
Figura 3.7-14
Para -15 Y en el GATE, el EST se abre
Para 4-15 V en el GAEB, el PET conduce
Se desea evitar que el DRAIN de Q^ adquiera los valores
de *15 Y o -15 Y ya que Q4 no conduciría o abriría en
esas circunstancias. Se coloca el diodo DIS para que en
saturación positiva, exista un voltaje zener de 10 voltios
El diodo D{£ se utiliza para obtener el valor máximo de
carga en el capacitor C's* MEDIDA MÁXIMA.
Se necesita que la relación R2)
Rzo
sea un valor alto para
que la salida 6o sea la más semejante posible a la
- 109 -
entrada.
Modelo desarrollado de
i-IOV8K> D
200¿V lOOJíA A A
G
— v*/' V1
Figura 3«.7~15
Considerando q.ue tenemos una señal de entrada de 10 Y
lOVc
I5V
IOOJO-oeo
v
Raíeo * 0.6
IZOKJb
Pigura 3.7-16
- 110 -
Corriente Ii = la: Circulación de corriente de GATE a
DRÁIN.
Para los valores dé. resistencia utilizados en el cir
cuito :
R¿l = 1ZO KJl
R£0 = 2
- OQ 6 6o
120 KJb 2 KJfc
&°. + .H * J: = eo « 1060 60
I U *r ' ' == S-o ^ I + •— »— j
60 60
eo = 10,07
De la ultima expresión se desprende que para una entrada
de 10 Y, la salida sera de 10.07 V, para £L- - 50R20
G-eneraliaando esta expresión para una relación:
A = —RA
10 + :. eo (1 +
A A
Guando A —*
Q.O = 10 La salida seráT igual a la entrada.
CIRCUITO DE DESCARGA DEL CAPACITOR
Para la descarga del capacitor Geff se desea que la des-
carga del mismo no se efectué liacia -15 Vf ni tampoco
- 111
directamente a tierra para proteger al capacitor, sino
a través de una resistencia de valor "bajo.
'Se utilisa el siguiente circuitos
-J5V
Figura 3*7-17
Diseño:
Resistencia Rzs 100jipara la descarga del capacitor.
Con las resistencias Rz? y Re-q queremos que luego de pre-
sionar el suiche HESBT y no haya movimiento, se registre
cero en la aguja del medidor y no un voltaje positivo
que podría estar dado por el FEO) Q^. Para ello se ne-
cesita hacer el punto 1) de la figura 3*7-17 ligeramente
negativo con una resistencia y un potenciómetro.
Rango establecido;
entre -0.8 Y y -1 .2 V
Asumiendo:
112 -
«*"
iOOjb
-0.3V
I5V
Figura 3» 7-1 8
100.0; s R¿i_
0.3 14.7
Rz« = 4.9
Diagrama total del circuito de medida;
t,fe
113 -
figura 3*7-19
El seguidor de voltaje se coloca para aumentar la impedan-
cia de entrada. El medidor colocado a continuación in-
dica la corriente proporcional a la señal de voltaje pre-
sente en la entrada del seguidor de voltaje;
Los pulsos .de muy corta duración provenientes del multi-
vibrador activarán el suiche representado por el EET Q^,
el cual conduce durante estos pulsos y permite la medi-
ción de voltaje.
114
(formas de onda (5) y (8)).
El instante en que se produce el pulso positivo, se cierra
el circuito y el capacitor Cs se carga al valor corres-
pondiente corno se observa en la forma de onda (5).
Este valor es indicado en el medidor de corriente I y
permanece fijo hasta que se cierre el suiche RESET y se
efectué una nueva medida,
Si la frecuencia correspondiente a la velocidad que se
mide llegara a aumentar, el punto de descarga al cual se
realiza la medida tendría un valor de voltaje mayor« Esto
a su vez produciría una corriente mayor en el medidor.
En la figura 3*7-20 se observa un diagrama total del cir-
cuito detector y medidor de movimientos.
- 116
CAPITULO IV
CONSTRUCCIÓN Y EXPERIMENTACIÓN
- 117 -
4.1) NOTAS DE CONSTRUCCIÓN
- Amplificador de Audio:
Las conecciones correspondientes a la fuente de alimen-
tación para el amplificador operacional Aj deben utili-
zar directamente las mismas fuentes, de +15 "V" y -i 5 Y
. que utiliza la etapa de transistores para evitar oscila-
ciones que podrían presentarse en el caso de utilizar
fxientes diferentes.
Transistor Q^ PJtfP de"be ser de silicio? esto evita com-
pensaciones de temperatura, si se utilizara transistores
de gerraanio, deberían ser dos transistores físicamente
unidos y exactamente compensados para temperatura.
- Problema presentado diirante la construcción:
Ruido producido por el parlante; al ser conectado se
produce una modulación en la fuente, la cual tiene que
entregar mas corriente, ese ruido alterno es detectado
por el parlante, ya que entra directamente al oscilador.
Se plantean dos soluciones:
1) Conectar la tierra del parlante directamente a la
tierra del transformador, ya que en otro punto asu-
mido como tierra puede liaber cierto voltaje difer- -
ente.
2) Conectar un diodo y condensador en cada fuente que
llega a polarizar 'el oscilador.
Se efectúan estas dos soluciones en la construcción del
oscilador y amplificador de audio.
118 -
Los elementos constitutivos de los circuitos se in-
cluyen en cuatro tarjetas impresas y sus controles
principales dispuestos en el panel frontal.
En la fotografía 4-. 1-1 se observa la disposición de
las tarjetas de circuitos impresos utilizadas en el en-
samblaje del equipo.
Fotografía 4-1-1
/La construcción del equipo incluye fuentes de alimen-
/•tacion para todo el sistema, so"bre este aspecto existe
sun apéndice descriptivo.
Los transductores fueron instalados en forma separada
del-modulo principal, lo cual permite localizarlos in-
- 119 -
distintamente con el fin de realisar prue~bas con difer-
ente distancia y direccionalidad dentro de itna habitación.
En la fotografia 4.1-2 se incluye una vista total del
equipo en la cual se .puede o"bservar también los dos
transductores utilizados*
Fotografia 4*1-2
- 120
4.2) SXPERIMSNTÁCION
Con frecuencia de trabajo igual a fo = 23
G-anancia:
Y en - 1 Y pp
Y sal = 3.5 Y pp
G-anancia;
A = 3.5s /
Se efectúan varios experimentos con el micrófono y parlante
utilizados.
Ejemplo: En la entrada del amplificador para el micrófono
se coloca un corto circuito con un condensador grande 2Q/Í-Í-,
= a* CIRCUITOÁMP O PILTRO
Figura 4.2-1
La entrada del filtro se conecta a tierra para evitar
señales flotantes.
El interés de esta prueba es comprobar que no deberia ha-
ber salida del amplificador bajo estas condiciones.
De esta forma se optimiza el funcionamiento del amplifica-
dor en ausencia de señales de entrada.
~ 1121
CIRCUIDO MEZCLADOR
Se efectúan pruebas mencionadas en el capitulo III
sección 3.2-2 hasta optimizar el funcionamiento de este
circuito.
CIRCUITO DETECTOR DE MOVIMIENTOS
En forma experimental se efectúan curvas de varios puntos
^ del circuito general para comparar y relacionar varias
formas de onda (figura 3.7-6).
Para realizar las curvas mencionadas, se utiliza un oscil-
ador local, cuyo volumen debió ser calibrado de la sigui-
ente manera:
1) l^Tivel de detección (UMBRAIi): lo menos sensible.
2) Subir el volumen del oscilador hasta que se tiene in-
dicación luminosa de alarma (LSD de alarma).
£$•• • 3) Se deja el volumen del oscilador en esa posición y se
jL disminuye la sensibilidad a -J-.
¿J En estas condiciones se obtiene las formas de onda men-
fSb clonadas, que permiten observar el px-oceso de detección
\^f con ayuda de un osciloscopio.
Calibración de la aguja del medidor para las diferentes
frecuencias.
Variando el valor de la resistencia % en el circuito de
la figura 3*7-5 se obtiene una variación amplia para el
movimiento de la aguja correspondiente a los valores de
- 'i 22
frecuencia entre 20Hz y 200Hz*
Al variar R^se varia la curva de descarga en el punto ©
Finalmente se o"btiene una respuesta adecuada para Rj3 = 8*2 K/l
Cuadro de medidas realizadas¿
V (m/s)
.147
.22
.295
.369
.44
.517
.59
.66
.739
.81
.886
.961 .031 .11 .181 .251.331.41.4781.842.22.93.64.45.7.3
f(Hz)
2030405060708090100110120130140150160170180190,2002503004005006007001000
A (mA)
.11
.19
.27
.33
.36
.4
.44
.46
.48
.5
.51
.525
.54
.55
.56
.565
.57
.58
.59
.6
.61
.64
.65
.66
.67
.675
Cuadro 4-2-1
Curva de defleccion de la aguja del medidor (MA) en fun-
ción de la frecuencia. Figura 4.2-2
t
Def
legi
ón;
: u.
-|-i-
}
'rri.Á
44.1
. U
-ffi
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ro í
rvi-
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- 124 -
CAPITOLO Y
COITCLUSIOttES
» 125 -
CONCLUSIONES
El objetivo en la construcción de este equipo detector
sónico de movimientos ha sido realisar un modelo experi-
mental que permita apreciar los efectos de absorción y
reflección de ultrasonido principalmente en personas.
Es claro que las diferentes circunstancias ambientales/
como son el material de las paredes de la habitación,
material de recubrimiento de el objeto o persona en movi-
miento influye en la sensibilidad de detección del equipo,
pero bajo condiciones aceptables y en un rango de distan-/
cia adecuado (hecho dependiente de la potencia de emisión)
el equipo detecta con certeza cualquier movimiento,
Un modelo comercial de este equipo podria suprimir ciertas
secciones, o utilizar etapas mas integradas (como los fil-
tros) concluyendo en un equipo de menor volumen y compleji-
dad.
El presente tema ha permitido verificar prácticamente los
conceptos del efecto Doppler y asegurar que a pesar de la
muy pequeña proporción de sonido que llega al micrófono
proveniente del objeto o pársona móvil, este puede ser
aislado, amplificado y presentado mediante un indicador.
Una aplicación practica del equipo es básicamente como un
sistema de alarma para recintos pequeños. Para este caso/
se dispone de una salida con indicación luminosa, ques /
podria adaptarse a una indicación audible, regulable con
el control de sensibilidad del equipo. Como complemento al
126 -
punto de %rista practico se tiene la medición de velocidad
/del objeto o persona móvil»
La proyección de este tema ha sido realizar el dia-eñp y
construcción de un. aparato para la investigación de un
fenómeno físico y sus aplicaciones.
127
APÉNDICES
- 128 -
APÉNDICE I
Fuente de poder utilizada en el equipo
Salidas: + 1 5V Regulados
- 15V Regulados
+ 15V No Regulados
- 15V lío Regulados
t29
Puente de poder? 157"
Lüa:
2>m
S
LO-fr-
—iHi'
oo
4
5 2
LO
OC\I
LO
LO
<?O
>oCM
tLO
ID
S 2
oLÜCC
O
LO
4-
y.
O
- 130 -
APÉNDICE II
Diagramas para coneccion de circuitos integrados utilizados
en el diseño. . -
1. FLIP PLOP JKSN74EST07
14 13 12 II 10 9 8n n n n n n n.
n u u3 4 5 G 7
GND
SN741 3TRIG-GER
14 13 12 II 10 9 8n n n n n n n
131 -
3. COMPUERTAS NATO
SK74-00
VCC 4B 4A 4Y 2® .3A 3Y14 13 12 II 10 9 8n n p n p g n
•"LJ U Ü LJ U Ü CTI 2. 3 ^ 5 6 7
IA IB IY 2A 2B 2Y GND
•REGULADOR ^A7 2 3
Utilizado para fuente de
íi.
1 0 \/f*Jj¿x\/rf vc Vout'10L
í
í,
\¿
¡y"TX
non t
inv compRS< ?íR (opcional
- 132 -
APÉNDICE III
CARACTERÍSTICAS DE LOS AMPLIFICADORES OPERAGÍCHALES
UTILIZADOS:
Amplificador operacional GA 3130T utilizado en la/
construcción del filtro Pasa Banda.
Amplificador operacional y((A741t' utilizado en el
resto de circuitos*
CA 3130T /1A741
Fuente de poder
P (mw)
Entrada;
(25°) Volt, Max.
VoltiOfset
Corriente Max Ofset
Corriente Max Bias
Rango CM
Imp, Diff.
Salida Min Volt
p.p (AV)
Salida Min Corriente
P-P (¿V)
15
225
30p
10
1.5T
13
13
30
500n
1«,5n
24
300Z
20 (p.p volt)
5eOin (p.p corr)
1- I
REF^RTDNCIÁS
Ref. 1-1
Tomado de "Medidas 7£Lectroacusticasü publicado por
Bruel & Kjaer, Dinamarca,,
Ref. 3-4
La curva de la figura 305-4 fue realizada en la mini-
computadora Tektronix, Modelo 451 y graficador digital
Modelo 4632 a "base de un programa realisado con lenguaje
Basic.
134 -
BIBLIOGRAFÍA
» David P. Stout/Mitón Kaufman Editor, HANDBOOK 03?
OPERATIQNAL AMPLIEI3R Circuit Design, McG-raw-Hill Incc?
1976.
- To"bey/Graeme/HuelsTnan Editores, QPSRATIONAL AMILIffIERS
Deaign and Applications9 Burr-Brov/n Researcli Corp», 1971
« Gerald G, Graerae, DESIGNCTG vm?H OPERADIOML_ Al PLIPISRS
Applications ^Vlternatives g Burr-Brown Research. Gorpflf
1977.
- Don lancaster, ACTIVE PILTSR pOOKBOOK, Howard ¥0 Sams &
Co» Inc.r Primera Edición 1975»
- M.J. Hugues/M.A. Colvíell, PRINTED GIRGUIÍD ASSEMBLY,
Butterv/ortli & Coe Ltd0, Reimpreso en 1977»
- LA MEDIDA DEL SONIDO, Bruel & Kjaer
- Henning Moller, MEDIDAS ELECTROACÚSTICAS, Bruel & Kjaer
2 LINEA 16
-12 LIMAS 2 Y 3
91 1IHEA 10
la ve-
opción»! At»
Oio°
I
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