Demostrar que el uso de un controlador de volumen y tonos

ELKIN DAVID QUIÑONES SUAREZ
APLICACIÓN DE UN CONTROLADOR DE VOLUMEN Y TONOS PARA LA
OPTIMIZACION DEL SONIDO EN EL USO DE AMPLIFICADORES
Monografía Elaborada para optar al título de :
BACHILLER ACADEMICO
COLEGIO GIMNASIO LA CIMA
BOGOTA
NOVIEMBRE 2010
TABLA DE CONTENIDO
1. PROBLEMA DE INVESTIGACION
2. TEMA
3. JUSTIFICACION
4. HIPOTESIS
5. OBJETIVO GENERAL
6. OBJETIVOS ESPECIFICOS
7. CAPITULO 1
8. 1. HISTORIA E IMPORTANCIA DE UN CONTROLADOR DE VOLUMEN Y
TONOS
9. 1.1 PROCESO DE ENSAMBLE DE UN CONTROLADOR DE VOLUMEN Y
TONOS
10. 1.1.1 MATERIALES
11. CAPITULO 2
12. 2. FUNCIONAMIENTO DE UN CONTROLADOR DE VOLUMEN Y
TONOS
13. 2.1LEYES APLICADAS AL FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR
DE VOLUMEN Y TONOS
14. 2.1.1 PRINCIPIO DE SUPERPOSICION
15. 2.1.2 TEOREMA DE THEVENIN
16. 2.1.3 LEY DE OHM
17. 2.1.4 EFECTO DE JOULE
18. 2.1.5 LEYES DE KIRCHHOFF
19. 2.1.5.1 PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF
20. 2.1.5.2 SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF
21. 2.1.6 PRINCIPIO DE MILLMAN
22. 2.1.6.1 NORMAS PRACTICAS DE MILLMAN
23. 2.1.7 TEOREMA DE SUSTITUCION
24. 2.1.8 TEOREMA DE SECCIONAMIENTO
25. 2.1.9 TEOREMA DE RECIPROCIDAD
26. 2.1.10 CONDUCTANCIA
27. 2.1.11 REACTANCIA
28. CONCLUSIONES
29. GLOSARIO
30. BIBLIOGRAFIA
31. ANEXOS
32. MENTEFACTO CONTROLADOR DE VOLUMEN
33. MENTEFACTO AMPLIFICADOR
PROBLEMA DE INVESTIGACION
¿El uso de un amplificador de sonido sin la implementación de un controlador de
volumen y tonos genera una mala calidad en el sonido?
TEMA
Controlador de volumen y tonos para la optimización del sonido en amplificadores.
JUSTIFICACION
La realización de este proyecto se justifica con el fin de adquirir conocimientos
básicos acerca de la electrónica ya que esta es conocida globalmente como una
herramienta esencial en la actualidad debido a su gran utilidad y desenvolvimiento
en los medios y la tecnología, tratando así aspectos teóricos incluyendo la
extracción de información, como por ejemplo la recuperación de la señal de sonido
de una onda; el control en el caso de la superposición de una señal de sonido a
ondas en mi caso y prácticos como el aprender a construir artefactos, conocer su
funcionamiento, para que sirve y como lo podemos utilizar ya sea en lo cotidiano,
en el ámbito económico o uno más amplio. Por otro lado pienso que es un tema
muy llamativo debido a que no solo sirve como proyecto sino que además genera
beneficios en cuanto a lo cognoscitivo y personal para nuestro futuro, debido a que
por medio del desarrollo de este obtendré conocimientos básicos de electrónica
que me brindaran oportunidades ya sean laborales o comerciales en tiempos
futuros Finalmente pienso que es un trabajo que con mucho esfuerzo y dedicación
se pueden obtener grandes resultados
HIPOTESIS
La implementación de un controlador de volumen y tonos manejado por tensión en
el uso de amplificadores genera una optima calidad en el sonido .
OBJETIVO GENERAL
Demostrar que el uso de un controlador de volumen y tonos manejado por tensión,
en amplificadores, genera una mejor calidad en el sonido que este reproduce.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
1. Definir la importancia de un controlador de volumen y tonos a lo largo de la
historia y mostrar como es el proceso de ensamble de este.
2. Dar a conocer de que manera un controlador de volumen y tonos controlado
por tensión mejora la calidad de sonido en amplificadores.
3. Demostrar que podemos crear un controlador de volumen y tonos de
manera fácil, económica y práctica, generando así una mejor calidad de
sonido en los amplificadores o parlantes que utilizamos cotidianamente.
CAPITULO 1
1. HISTORIA E IMPORTANCIA DE UN CONTROLADOR DE VOLUMEN Y
TONOS: Un controlador de volumen y tonos o también conocido como
preamplificador es un dispositivo que utiliza normalmente junto con el equipo
de sonido para ayudar a mejorar la calidad general del sonido. Con el fin de
lograr esto, el preamplificador ayuda a preparar el amplificador principal, lo que
aumenta la potencia y el sonido de los equipos, para la recepción de la señal
electrónica. Con la ayuda del preamplificador y el amplificador principal, el
sonido no se altera la calidad, pero es mucho más fuerte.
Un preamplificador y un amplificador principal puede ser usado para un sistema de
audio para actuaciones de la banda en vivo. También pueden ser utilizados en un
estudio de grabación de música o incorporado en una mesa de mezclas de
música. El preamplificador también puede usarse con un aparato de televisión a
fin de mejorar la comunicación de la antena o por satélite.
A fin de preparar el amplificador principal de la señal electrónica que recibe, el
preamplificador emite una señal de bajo nivel a nivel de línea. El preamplificador
es a menudo parte de una mesa giratoria, la recogida, el palpador, o tornamesa.
En el caso de un sistema de sonido de origen, el preamplificador puede
simplemente cambiar a fuentes de nivel de línea diferentes, a fin de controlar el
volumen sin realmente amplificar el sonido.
En el sistema de audio normal, un preamplificador sólo proporciona una ganancia
de voltaje, que es generalmente en algún lugar entre las diez milivoltios a un voltio.
El preamplificador no lo hace, sin embargo, proporcionar información actualizada.
Más bien, el segundo amplificador, lo que se conoce como el amplificador de
potencia, suministra la corriente necesaria a los altavoces.
Un preamplificador puede ser incorporado en un sistema de sonido en el una
variedad de maneras. Puede ser colocado dentro de la carcasa del amplificador de
potencia que se corresponde con, o puede tener su propia vivienda. El
preamplificador también puede estar cerca de la fuente de su señal eléctrica,
manteniendo una distancia del amplificador de potencia, como por ejemplo cuando
se está cerca de un hi-fi sistema de entretenimiento o cuando es parte de la
computadora en casa. Si el preamplificador tiene su propia vivienda y es para ser
utilizado con el sistema de sonido de una banda, puede ser anclado a los
micrófonos, tocadiscos, un bajo eléctrico, o una guitarra eléctrica.
Como en todo amplificador, la finalidad de una preamplificador es aumentar el
nivel de la señal y, para ello, actúa sobre la tensión de la señal de entrada.
Cuando las señales salgan del preamplificador, habrán alcanzado el nivel de línea,
estandarizado en los 0dB.
El preamplificador se encarga de nivelar la tensión eléctrica que le llega de las
distintas fuentes de audio (cada equipo tiene una tensión de salida diferentes),
para luego, una vez igualadas, enviarlas, como señal de entrada, a otro equipo
(generalmente, una etapa de potencia).
La relación entre nivel de salida y de entrada es la ganancia. Así, la ganancia,
expresada en decibelios, indica el grado de amplificación de una señal.
Algunos equipos preamplificadores poseen controles que les permiten, además de
regular la tensión de salida, regular el tono, el balance, entre otros. Además de
reforzar la sonoridad con bajo volumen.
1.1 PROCESO DE ENSAMBLE DE UN CONTROLADOR DE VOLUMEN Y
TONOS
1.1.1
MATERIALES
Lista de materiales
1 Circuito integrado TA7630P
o el reemplazo KIA6930p
Resistencias de 1/4w
2 R 100 K
2 R 10 K
2 R 1K5
1 R 2K2
1 R 390 ohmios
1 R 10 ohmios
Condensadores
9 C 4.7 microfaradios
2 C 47 microfaradios
1 C 10 microfaradios
1 C 1000 microfaradios
2 C 0.1 microfaradios
2 C 0.01 microfaradios
1 Regulador LM7812
1 Puente de diodos de 1W
3 conectores de 3 pines pequeño
4 potenciómetros de 20K
1 transformador de 12v 300 mA
1 base para integrado de 16 pines
CAPITULO 2
2. FUNCIONAMIENTO DE UN CONTROLADOR DE VOLUMEN Y TONOS:
Es un circuito integrado estereofónico muy versátil que permite controlar volumen,
tonos (Bajos y agudos) y balance, por voltaje DC. Como los dos canales están
construidos en el mismo integrado, este circuito es excelente para el uso en video
rockolas digitales, sonido de TV y aplicaciones de control remoto. Se consigue en
disposición DIL de 16 patas. En su reemplazo use el Kia6930p.
Constituye una etapa de tonos estéreo en un solo integrado, lo cual resulta muy
atractivo en la práctica. Produce una corrección de frecuencias bajas y agudas de
alto orden, esto permite efectuar un realce de las mismas con sólo girar levemente
los potenciómetros de control.
El TA7630p, permite variar mediante condensadores el rango de frecuencias bajas
o altas, dentro de los que el chip va a operar. En valores típicos, empleados para
el realce de las frecuencias bajas, se usan condensadores de 0.1 microfaradios.
Puede variar el valor un poco,
dependiendo del gusto o el objetivo a
conseguir.
Las frecuencias altas se pueden variar
mediante condensadores. Los valores
típicos de estos condensadores
empleados para el realce de las
frecuencias altas, son de de 0.01 microfaradios. Puede variar el valor un poco,
dependiendo de que tantos altos desee obtener.
El puente de diodos se encarga de convertir la corriente alterna, en corriente
directa. Revise la posición en la máscara de componentes antes de colocarlo. Si
éste es colocado de manera errónea, puede ser fatal para el circuito
El condensador de 1000 microfaradios, trabaja en conjunto con el puente de
diodos, rectificando la corriente alterna y convirtiéndola en corriente directa. Puede
subir su valor, si lo desea.
Se recomienda utilizar alimentación regulada de 12 voltios, utilizando el regulador
LM7812. Esto optimiza el nivel de ruido causado por rectificación deficiente y
eventualmente prolonga la vida media del circuito integrado, protegiéndolo contra
variaciones de tensión de alimentación.
2.1LEYES APLICADAS AL FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR DE
VOLUMEN Y TONOS
2.1.1EL PRINCIPO DE SUPERPOSICION :El principio de superposición o
teorema de superposición es un resultado matemático que permite descomponer
un problema lineal en dos o más subproblemas más sencillos, de tal manera que
el problema original se obtiene como "superposición" o "suma" de estos
subproblemas más sencillos.
Técnicamente, el principio de superposición afirma que cuando las ecuaciones de
comportamiento que rigen un problema físico son lineales, entonces el resultado
de una medida o la solución de un problema práctico relacionado con una
magnitud extensiva asociada al fenómeno, cuando están presentes los conjuntos
de factores causantes A y B, puede obtenerse como la suma de los efectos de A
más los efectos de B.
Superposición de ondas
Sucesión (de arriba hacia abajo) de interferencia constructiva de ondas. El punto
representa el antinodo y las flechas representan la dirección de las ondas.
En la mecánica ondulatoria la interferencia es el resultado de la superposición de
dos o más ondas, resultando en la creación de un nuevo patrón de ondas. Aunque
la acepción más usual para interferencia se refiere a la superposición de dos o
más ondas de frecuencia idéntica o similar. Matemáticamente, la onda resultante
es la suma algebraica de las ondas incidentes, de tal forma que la función de onda
en un punto es la suma de todas las funciones de onda en ese punto.
El principio de superposición de ondas establece que la magnitud del
desplazamiento ondulatorio en cualquier punto del medio es igual a la suma de los
desplazamientos en ese mismo punto de todas las ondas presentes. Esto es
consecuencia de que la Ecuación de onda es lineal, y por tanto si existen dos o
más soluciones, cualquier combinación lineal de ellas será también solución.
Superposición de ondas de la misma frecuencia
En la superposición de ondas con la misma frecuencia el resultado depende de la
diferencia de fase δ. Si sumamos dos ondas y1 = Asin(kx − ωt) y y2 = Asin(kx − ωt
+ δ), la onda resultante tendrá la misma frecuencia y amplitud 2A. Este tipo de
interferencias da lugar a patrones de interferencia, ya que dependiendo de la fase,
la interferencia será destructiva (las ondas se encuentran desfasadas 180 grados
o π radianes) o constructiva (desfase de 0 grados/radianes).
La superposición de ondas de frecuencias ƒ1 y ƒ2 muy cercanas entre sí produce
un fenómeno particular denominado pulsación (o batido).
En esos casos nuestro sistema auditivo no es capaz de percibir separadamente
las dos frecuencias presentes, sino que se percibe una frecuencia única promedio
(ƒ1 + ƒ2) / 2, pero que cambia en amplitud a una frecuencia de ƒ2 - ƒ1 .
Es decir, si superponemos dos ondas senoidales de 300 Hz y 304 Hz, nuestro
sistema auditivo percibirá un único sonido cuya altura corresponde a una onda de
302 Hz y cuya amplitud varía con una frecuencia de 4 Hz (es decir, cuatro veces
por segundo).
Las pulsaciones se perciben para diferencias en las frecuencias de hasta
aproximadamente 15-20 Hz. Diferencias mayores de 15-20 Hz le dan al sonido
percibido un carácter áspero, mientras que si la diferencia aumenta comienzan
nuevamente a percibirse las dos ondas simultánea y separadamente.
Pulsaciones o batidos
Si se da el caso de que la frecuencia de ambas ondas no es igual (f1,f2), pero si
son valores muy cercanos entre sí, la onda resultante es una onda modulada en
amplitud por la llamada "frecuencia de batido" cuyo valor corresponde a fbatido = Δf
= | f1 − f2 | , la frecuencia de esta onda modulada corresponde a la media de las
frecuencias que interfieren.
Este fenómeno se usa por ejemplo, para afinar instrumentos (por ejemplo, un
piano y un diapasón), ya que cuando las pulsaciones desaparecen, esto quiere
decir que las frecuencias de ambos instrumentos son iguales (o casi iguales a un
nivel que el batido no es detectable).
Teorema de superposición en electrónica
En el teorema de superposición en teoría de circuitos se establece que la tensión
entre dos nodos de un circuito o la corriente que atraviesa una rama es igual a la
suma de las tensiones o de las corrientes producidas por cada uno de los
generadores de tensión y de los generadores de corriente del circuito. En cada
uno de los cálculos parciales, se conserva uno solo de los generadores y se
remplazan los otros generadores de tensión por cortocircuitos y los otros
generadores de corriente por circuitos abiertos.
Campos de fuerzas en mecánica newtoniana
En mecánica newtoniana el laplaciano del campo gravitatorio es proporcional a la
densidad de masa; eso hace que la igualdad de distribución y a distancias
idénticas el campo sea proporcional a la densidad de masa (sin embargo, en
teoría de la relatividad general, el campo gravitatorio viene descrito en términos de
ecuaciones diferenciales no-lineales).
Otro ejemplo lo constituyen los campos electrostático y magnetostático, que tanto
en mecánica clásica como en teoría de la relatividad resultan lineales; es decir, el
potencial eléctrico y el potencial vector, fijada una distribución de cargas, es
proporcional al valor de éstas.
Problemas en mecánica de sólidos
Las ecuaciones de equilibrio de un sólido resistente que relacionan las fuerzas
exteriores sobre un sólido con las tensiones internas son lineales; eso significa
que para cualquier sólido que no plastifique, si se duplica en valor de las fuerzas
se duplicará el valor de las tensiones.
Eso sucede con independencia de la ecuación constititutiva del material, sea éste
o no elástico, siempre y cuando el estado final no dependa del modo de aplicación
de las cargas. En problemas de plasticidad esta condición no se cumple en
general, ya que el estado final depende de la "trayectoria" que siga el estado
tensional; es decir, del modo, orden y velocidad con la que se aplican las cargas.
Problemas en teoría de la elasticidad
Para un amplio rango de tensiones y deformaciones, en los materiales elásticos la
tensión es proporcional a la deformación (es decir, que las componentes de los
tensores de deformación y tensión están relacionadas linealmente).
Si, además, las fuerzas sobre los cuerpos son moderadas y las deformaciones
resultan pequeñas (del orden del 10−2 o 10−3), entonces los desplazamientos de
los puntos del sólido resultan, salvo por un movimiento de sólido rígido, casiproporcionales a las deformaciones. Este último hecho se usa comúnmente en la
resolución de problemas prácticos en ingeniería, donde se usa muy
extensivamente el principio de superposición en términos de fuerzas y
desplazamientos
2.1.2 TEOREMA DE THEVENIN:
En la teoría de circuitos eléctricos, el teorema de Thévenin establece que si una
parte de un circuito eléctrico lineal está comprendida entre dos terminales A y B,
esta parte en cuestión puede sustituirse por un circuito equivalente que esté
constituido únicamente por un generador de tensión en serie con una impedancia,
de forma que al conectar un elemento entre las dos terminales A y B, la tensión
que cae en él y la intensidad que lo atraviesa son las mismas tanto en el circuito
real como en el equivalente.
El teorema de Thévenin es el dual del teorema de Norton.
Cualquier red lineal (con fuentes independientes) puede sustituirse, respecto a
dos terminales A y B, por una fuente de tensión ETh en serie con una resistencia
RTh, siendo:
- La tensión ETh el valor de la ddp entre los terminales A y B cuando se aísla la
red lineal del resto del circuito (ddp entre A y B en circuito abierto).
- La resistencia RTh es la resistencia vista desde los terminales A y B, y se
determina cortocircuitando todas las fuentes de tensión, y sustituyendo por
circuitos abiertos las fuentes de corriente.
2.1.3 LEY DE OHM: La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un
conductor eléctrico es directamente proporcional a la tensión e inversamente
proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga
constante.
La ecuación matemática que describe esta relación es:
Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la
diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia
en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es
constante, independientemente de la corriente.
Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en un tratado
publicado en 1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de
unos circuitos eléctricos simples que contenían una gran cantidad de cables. Él
presentó una ecuación un poco más compleja que la mencionada anteriormente
para explicar sus resultados experimentales. La ecuación de arriba es la forma
moderna de la ley de Ohm.
Como ya se destacó anteriormente, las evidencias empíricas mostraban que
(vector densidad de corriente) es directamente proporcional a
(vector campo
eléctrico). Para escribir ésta relación en forma de ecuación es necesario añadir
una constante arbitraria, que posteriormente se llamó factor de conductividad
eléctrica y que representaremos como s. Entonces:
El vector
es el vector resultante de los campos que actúan en la sección de
alambre que se va a analizar, es decir, del campo producido por la carga del
alambre en sí y del campo externo, producido por una batería, una pila u otra
fuente de fem. Por lo tanto:
Puesto que
, donde
es un vector unitario tangente al filamento por
el que circula la corriente, con lo cual reemplazamos y multiplicamos toda la
ecuación por un
:
Como los vectores
y
son paralelos su producto escalar coincide con el
producto de sus magnitudes, además integrando ambos miembros en la longitud
del conductor:
El miembro derecho representa el trabajo total de los campos que actúan en la
sección de alambre que se está analizando, y de cada integral resulta:
Donde φ1 − φ2 representa la diferencia de potencial entre los puntos 1 y 2, y ξ
representa la fem; por tanto, podemos escribir:
donde U12 representa la caída de potencial entre los puntos 1 y 2.
Donde σ representa la conductividad, y su inversa representa la resistividad ρ =
1/σ. Así:
Finalmente, la expresión
es lo que se conoce como resistencia eléctrica.
Por tanto, podemos escribir la expresión final como lo dice abajo:
2.1.4 EFECTO DE JOULE: Se conoce como Efecto Joule al fenómeno por el cual
si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los
electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos
del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El
nombre es en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule.
Causas del fenómeno
Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los átomos o
moléculas los vértices de las celdas unitarias, y a veces también el centro de la
celda o de sus caras. Cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial,
los electrones son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido debiendo
en su recorrido atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. En su camino,
los electrones chocan con estos átomos perdiendo parte de su energía cinética,
que es cedida en forma de calor.
Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica
producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la
intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la
resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se
expresa como
Microscópicamente el efecto Joule se calcula a través de la integral de volumen
del campo eléctrico
por la densidad de corriente
:
La resistencia es el componente que transforma la energía eléctrica en energía
calorífica, (por ejemplo un hornillo eléctrico, una estufa eléctrica, una plancha etc.).
Mediante la ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de
entregar una resistencia, esta cantidad de calor dependerá de la intensidad de
corriente que por ella circule, del valor de la resistencia eléctrica y de la cantidad
de tiempo que esté conectada, luego podemos enunciar la ley de Joule diciendo
que la cantidad de calor desprendido por una resistencia es directamente
proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente al valor la resistencia y al
tiempo.
Aplicaciones
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como
los hornos, las tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos
empleados industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto útil
buscado es, precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la
corriente.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón
por la que los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que
disminuya el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes
dispositivos como podían ser los circuitos integrados. E inclusive las lámparas
incandescentes que producen más energía calorífica que lumínica.
Efecto inverso
El calor puede producir corriente eléctrica. Cuando los extremos de un alambre
conductor que forma parte de un circuito se hallan a diferentes temperaturas,
circula por él una pequeñísima corriente eléctrica. Este efecto se aprovecha para
la fabricación de termómetros como los utilizados en los automóviles para medir a
temperatura del motor. El funcionamiento de las válvulas de seguridad de estufas
y hornos de gas también está basado, entre otros, en este fenómeno.
2.1.5 LEY DE KIRCHHOFF: Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se
basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos.
Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff.
Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de
Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue
generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para hallar
corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.
Ley de corrientes de Kirchhoff
La corriente que pasa por un nodo es igual a la corriente que sale del mismo. i1 +
i4 = i2 + i3
Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común
que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff
nos dice que:
En cualquier nodo, la suma de la corriente que entra en ese nodo es igual a la
suma de la corriente que sale. De igual forma, La suma algebraica de todas las
corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.
Esta fórmula es válida también para circuitos complejos:
La ley se basa en el principio de la conservación de la carga donde la carga en
couloumbs es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos.
Ley de tensiones de Kirchhoff
Ley de tensiones de Kirchhoff, en este caso v4= v1+v2+v3. No se tiene en cuenta a
v5 porque no hace parte de la malla que estamos analizando.
Esta ley es llamada también Segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff y
es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley.
En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas
las subidas de tensión. De forma equivalente, En toda malla la suma algebraica de
las diferencias de potencial eléctrico es igual a 0.
Las leyes de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845, mientras
aún era estudiante. Son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los
valores de la corriente y el potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen
de la aplicación de la ley de conservación de la energía.
Estas leyes nos permiten resolver los circuitos utilizando el conjunto de
ecuaciones al que ellos responden. En la lección anterior Ud. conoció el
laboratorio virtual LW. El funcionamiento de este y de todos los laboratorios
virtuales conocidos se basa en la resolución automática del sistema de ecuaciones
que genera un circuito eléctrico. Como trabajo principal la PC presenta una
pantalla que semeja un laboratorio de electrónica pero como trabajo de fondo en
realidad esta resolviendo las ecuaciones matemáticas del circuito. Lo interesante
es que lo puede resolver a tal velocidad que puede representar los resultados en
la pantalla con una velocidad similar aunque no igual a la real y de ese modo
obtener gráficos que simulan el funcionamiento de un osciloscopio, que es un
instrumento destinado a observar tensiones que cambian rápidamente a medida
que transcurre el tiempo
2.1.5.1 La primera Ley de Kirchoff
En un circuito eléctrico, es común que se generen nodos de corriente. Un nodo es
el punto del circuito donde se unen mas de un terminal de un componente
eléctrico. Si lo desea pronuncie “nodo” y piense en “nudo” porque esa es
precisamente la realidad: dos o mas componentes se unen anudados entre sí (en
realidad soldados entre sí). En la figura 1 se puede observar el mas básico de los
circuitos de CC (corriente continua) que contiene dos nodos.
Observe que se trata de dos resistores de 1Kohms (R1 y R2) conectados sobre
una misma batería B1. La batería B1 conserva su tensión fija a pesar de la carga
impuesta por los dos resistores; esto significa cada resistor tiene aplicada una
tensión de 9V sobre él. La ley de Ohms indica que cuando a un resistor de 1
Kohms se le aplica una tensión de 9V por el circula una corriente de 9 mA
I = V/R = 9/1.000 = 0,009 A = 9 mA
Por lo tanto podemos asegurar que cada resistor va a tomar una corriente de 9mA
de la batería o que entre ambos van a tomar 18 mA de la batería. También
podríamos decir que desde la batería sale un conductor por el que circulan 18 mA
que al llegar al nodo 1 se bifurca en una corriente de 9 mA que circula por cada
resistor, de modo que en el nodo 2 se vuelven a unir para retornar a la batería con
un valor de 18 mA.
Es decir que en el nodo 1 podemos decir que
I1 = I2 + I3
y reemplazando valores: que 18 mA = 9 mA + 9 Ma y que en el nodo 2
I4 = I2 + I3
Es obvio que las corriente I1 e I4 son iguales porque lo que egresa de la batería
debe ser igual a lo que ingresa.
2.1.5.2 Segunda Ley de Kirchoff
Cuando un circuito posee mas de una batería y varios resistores de carga ya no
resulta tan claro como se establecen la corrientes por el mismo. En ese caso es de
aplicación la segunda ley de kirchoff, que nos permite resolver el circuito con una
gran claridad.
En un circuito cerrado, la suma de las tensiones de batería que se encuentran al
recorrerlo siempre serán iguales a la suma de las caídas de tensión existente
sobre los resistores.
En la figura siguiente se puede observar un circuito con dos baterías que nos
permitirá resolver un ejemplo de aplicación.
Observe que nuestro circuito posee dos baterías y dos resistores y nosotros
deseamos saber cual es la tensión de cada punto (o el potencial), con referencia al
terminal negativo de B1 al que le colocamos un símbolo que representa a una
conexión a nuestro planeta y al que llamamos tierra o masa. Ud. debe considerar
al planeta tierra como un inmenso conductor de la electricidad.
Las tensiones de fuente, simplemente son las indicadas en el circuito, pero si
pretendemos aplicar las caídas de potencial en los resistores, debemos determinar
primero cual es la corriente que circula por aquel. Para determinar la corriente,
primero debemos determinar cual es la tensión de todas nuestras fuentes
sumadas. Observe que las dos fuentes están conectadas de modos que sus
terminales positivos están galvánicamente conectados entre si por el resistor R1.
esto significa que la tensión total no es la suma de ambas fuentes sino la resta.
Con referencia a tierra, la batería B1 eleva el potencial a 10V pero la batería B2 lo
reduce en 1 V. Entonces la fuente que hace circular corriente es en total de 10 – 1
= 9V . Los electrones que circulan por ejemplo saliendo de B1 y pasando por R1,
luego pierden potencial en B2 y atraviesan R2. Para calcular la corriente circulante
podemos agrupar entonces a los dos resistores y a las dos fuentes tal como lo
indica la figura siguiente.
2.1.6 PRINCIO DE MILLMAN: El teorema o principio de Millman (llamado así en
honor al electrónico ruso Jacob Millman) es utilizado para obtener directamente la
diferencia de potencial entre los extremos de un circuito circuito eléctrico. Resulta
indicado cuando se tiene sólo dos nodos, o lo que es lo mismo, varias ramas en
paralelo.
En concreto, establece que un circuito eléctrico de ramas en paralelo, cada una
compuesta por una fuente de tensión ideal en serie con un elemento lineal, la
tensión en los terminales de las ramas es igual a la suma de las fuerzas
electromotrices multiplicadas per la admitancia de la rama, dividido por la suma de
las admitancias.
Esto mismo, formalmente:
Que queda simplificado para el caso particular de un circuito eléctrico compuesto
por resistencias puras (sin inductancia ni capacitancia):
Demostración del Principio de Millman
Considerando el esquema del circuito que aparece en la figura:
Como las ramas (Zk; Ek) están en paralelo, se trabaja con las admitancias
y las transformaciones Thévenin -> Norton :
(convención generador)
Para cada rama (fuente de tensión e impedancia), se obtiene, a partir de la Ley de
Ohm:
A continuación, a partir de la Ley de Kirchhoff, tenemos:
Y desarrollando...
2.1.6.1 Normas prácticas Millman

Se señalan dos nodos A y B, por ejemplo la parte superior e inferior.

Se asigna un sentido arbitrario a la tensión Vab, si el resultado final es
positivo, la polaridad adoptada es cierta, si es negativo hay que cambiar la
polaridad.

Se calculan las corrientes parciales de cada una de las ramas producidas
por los generadores de cada rama actuando independientemente. Si una
rama no tiene generadores, se supone la corriente de esa rama igual a
cero.

Las corrientes parciales que se dirigen hacia el nodo que se ha considerado
positivo se toman con el signo +. Las corrientes que se alejan se
consideran -.
Imagen referida en el ejemplo práctico

La tensión total Vab viene dada por la expresión general:
(donde
se conoce también como conductancia)
2.1.7 Teorema de Sustitución
El Teorema de Sustitución establece lo siguiente:
"Si la Tensión o la corriente a través de cualquier red de CD bilateral son
conocidos, esta rama puede ser reemplazada por cualquier combinación de
elementos que mantendrá la misma Tensión y la misma Corriente de la rama
escogida".
De manera mas simple el teorema establece que para la equivalencia de rama, la
Tensión y la Corriente en las terminales a y b deben ser los mismos.
Considerando el circuito de la figura 1 en donde la Tensión y la Corriente a través
de la rama a-b están determinados. En la figura 2 se muestran varias ramas
equivalentes a-a' obtenidas gracias al uso del Teorema de Sustitución.
Observe que para cada rama equivalente, la tensión en las terminales y la
corriente son los mismos, también considere que la respuesta del resto del circuito
de la figura 1 no cambia, al sustituir cualquiera de las ramas equivalentes.Como se
mostro para las ramas equivalentes de una sola fuente de la figura 2 una
diferencia de potencial y una corriente conocidas en una red pueden ser
reemplazadas por una fuente de tensión y una fuente de corriente
respectivamente.
Debe comprenderse que este teorema no debe ser utilizado para resolver redes
con dos o más fuentes que no estén en serie o en paralelo. Para aplicarlo, un valor
de diferencia de potencial o de corriente debe ser conocido o encontrado usando
alguna tecnica de análisis de circuitos eléctricos.
Una aplicacion del teorema de sustitución se muestra en la figura 3 ; Observe que
en la figura, la diferencia de potencial conocida V fue reemplazada por una fuente
de tensión, permitiendo aislar la porción de red que incluye R3, R4 y R5.
La equivalencia de la fuente de corriente de la red anterior se muestra en la figura
4, donde una corriente conocida es reemplazada por una fuente ideal de corriente
permitiendo aislar R4 y R5.
Las aplicaciones de este teorema son muchas y es muy utilizado en en análisis de
redes complejas o circuitos electrónicos muy grandes, donde en la mayoría de los
casos es posible expresar todo en circuitos equivalentes conociendo corrientes o
tensiones y resistencias, una aplicación mas se da en el análisis de redes puente
donde V = 0 e I = 0 se reemplazan por un corto circuito y un circuito abierto
respectivamente.
2.1.8 Teorema de Seccionamiento
Un circuito se puede seccionar cuando está unido por dos terminales, dando
origen a dos nuevos circuitos, reemplazando cada parte por una fuente de voltaje corriente, cuyos valores correspondan al voltaje y a la corriente en los terminales
del circuito original; tal y como se muestra en la siguiente figura.
Demostración:
Ecuación circuito (1)
− Vs + Vx + i1R1 = 0 ; de donde despejando Vx se obtiene:
Vx = Vs − i1R1
Ecuación circuito (2)
R2(i1 + Is) + Vx − Vs = 0 ; de donde despejando i1 se obtiene:
i1 = (Vx / R2) − Is
2.1.9 Teorema de reciprocidad
primer enunciado: Indica que si la excitación en la entrada de un circuito produce
una corriente i a la salida, la misma excitación aplicada en la salida producirá la
misma corriente i a la entrada del mismo circuito. Es decir el resultado es el mismo
si se intercambia la excitación y la respuesta en un circuito.
segundo enunciado: La intensidad i que circula por una rama de un circuito lineal y
pasivo, cuando se intercala una fuente de tensión en otra rama, es la misma que
circularía por esta última si la fuente de tensión se intercalase en la primera.
ejemplo:En el siguiente circuito se tiene una fuente de tensión en corriente directa
de 10 Voltios, entre 1 y 2, que alimenta una red de resistencias.
Si ahora se cambian de posición la fuente de tensión y el amperímetro, quedando
la fuente de tensión entre 3 y 4, y el amperímetro entre 1 y 2, como se muestra en
el siguiente diagrama:
Se observa que en el amperímetro se lee una corriente de 20 mA.
En conclusión se puede afirmar que: "El hecho de intercambiar la posición relativa
de los puntos de inserción de la fuente y del amperímetro no modifica los valores
medidos".
2.1.10 CONDUCTANCIA: En algunos cálculos eléctricos se emplea el inverso de
la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa por G. La
unidad de conductancia es siemens, cuyo símbolo es S. Aún puede encontrarse
en ciertas obras la denominación antigua de esta unidad, mho.
Se denomina Conductancia eléctrica (G) de un conductor a la inversa de la
oposición que dicho conductor presenta al movimiento de los electrones en su
seno, esto es, a la inversa de su resistencia eléctrica (R).
La conductancia eléctrica está relacionada, pero no se debe confundir, con la
conducción, que es el mecanismo mediante el cual la carga fluye, o con la
conductividad, que es una propiedad del material.
La unidad de medida de la conductancia en el Sistema internacional de unidades
es el Siemens.
Este parámetro es especialmente útil a la hora de tener que manejar valores de
resistencia muy pequeños, como es el caso de los conductores eléctricos.
Relación con otras cantidades
Como ya se mencionó, la relación entre la conductancia y la resistencia está dada
por:
donde:
G es la conductancia (viene del inglés 'gate'),
R es la resistencia en ohms,
I es la corriente en Amperes,
V es el voltaje en Voltios.
2.1.11 REACTANCIA: En electrónica se denomina reactancia a la oposición
ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) o condensadores y
se mide en Ohms. Los otros dos tipos básicos de componentes de los circuitos,
transistores y resistores, no presentan reactancia.
Cuando circula corriente alterna por alguno de estos dos elementos que contienen
reactancia la energía es alternativamente almacenada y liberada en forma de
campo magnético, en el caso de las bobinas, o de campo eléctrico, en el caso de
los condensadores. Esto produce un adelanto o atraso entre la onda de corriente y
la onda de tensión. Este desfasaje hace disminuir la potencia entregada a una
carga resistiva conectada luego de la reactancia sin consumir energía.
La reactancia capacitiva se representa por
fórmula:
y su valor viene dado por la
en la que:
= Reactancia capacitiva en ohmios
= Capacitancia en faradios
= Frecuencia en hercios
= Frecuencia angular
La reactancia inductiva se representa por
y su valor viene dado por:
en la que:
= Reactancia inductiva en ohmios
= Inductancia en henrios
= Frecuencia en hercios
= Frecuencia angular
Si se realiza una representación vectorial de la impedancia inductiva y de la
capacitiva, estos vectores se deberán dibujar en sentido opuesto y sobre el eje
imaginario, ya que las impedancias se calculan como
y
respectivamente.
El hecho que sean opuestos, sale del signo"
impedancia generada por el capacitor.
" que aparece al calcular la
No obstante, las bobinas y condensadores reales presentan una resistencia
asociada, que en el caso de las bobinas se considera en serie con el elemento, y
en el caso de los condensadores en paralelo. En esos casos la impedancia(Z) total
es la suma de la resistencia (R) y la Reactancia (X). No es una suma directa sino
una suma vectorial ya que la impedancia es un número complejo.
En fórmulas:
donde
j es la unidad imaginaria
X = (W L − 1 / W C) es la reactancia en Ohm.
W es la frecuencia angular a la cual está sometido el elemento, y L y C los valores
de inductancia y capacitancia respectivamente.
Dependiendo del valor de la energía y la reactancia se dice que el circuito
presenta:

Si
, reactancia Inductiva(W L > 1 / W C)

Si
, no hay reactancia y la impedancia es puramente Resistiva(W L = 1 /
WC)
CONCLUSIONES
A partir de la investigación realizada y del desarrollo practico de esta, podemos
determinar que la implementación de un controlador de volumen y tonos o
preamplificador, en el uso de amplificadores mejora la calidad de sonido de este y
genera una optima señal de audio debido a los dispositivos electrónicos que este
integra en su circuito, como lo son los condensadores, el regulador, las
resistencias, los diodos los potenciómetros, el integrado tda2030 y el
transformador. ya que cada uno de estos presenta una propiedad física o química
la cual modifica la onda según como la quieran adaptar, generando así que el
sonido sea producido con una mayor calidad, quitando los desfases o sonidos
que hacen interferencia al ampliar la onda sonora, o por otro lado estos modifican
la energía; ya sea equilibrando su entrada y salida, almacenando la necesaria
para que el circuito trabaje de la mejor manera o distribuyéndola a los dispositivos
integrados en el circuito para que estos cumplan su finalidad, la cual está
directamente relacionada con el funcionamiento del circuito en general buscando
que este funcione a la perfección
También se concluye que el ensamble casero de este circuito es una práctica muy
fácil y esta a disposición de cualquier persona que esté dispuesta a su elaboración
debido a que los materiales necesarios son económicos y fáciles de conseguir y
además no demanda mucho tiempo para su elaboración lo cual hace factible
ponerlo en práctica y si es posible tomarlo como una entrada económica
.GLOSARIO
TRANSFORMADOR: Se denomina transformador o trafo (abreviatura) a un
dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito
eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa
al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a
la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño
porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un
cierto nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la
acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de
material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general arrolladas
alrededor de un mismo núcleo de material ferro magnético. La única conexión
entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el
núcleo.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas
devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o
devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la
entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen
transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado
"terciario", de menor tensión que el secundario.
PUENTE DE DIODOS: A puente del diodo o puente rectificador es un arreglo de
cuatro diodos conectado en a circuito de puente, eso proporciona la misma
polaridad del voltaje de la salida para cualquier polaridad del voltaje de entrada.
Cuando está utilizado en su uso más común, para la conversión de corriente
alterna (CA) entrado en corriente directa (C.C.) hecho salir, se conoce como
puente rectificador. El puente rectificador proporciona rectificación de onda
completa de una entrada de dos hilos de la CA (que ahorra el coste de a centro
golpeado ligeramente el transformador) pero tiene dos gotas del diodo más bien
que una eficacia reductora sobre un diseño basado golpecito de centro para el
mismo voltaje de la salida.
La característica esencial de este arreglo es ésa para ambas polaridades del
voltaje en la entrada del puente, la polaridad de la salida es constante.
CONDENSADOR: En electricidad y electrónica, un condensador es un dispositivo
que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo. Está formado por un
par de superficies conductoras en situación de influencia total (esto es, que todas
las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra),
generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separadas por un material
dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo
eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío, que, sometidos a una
diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica, positiva
en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total almacenada).
REGULADOR: es un dispositivo encargado de determinar qué cantidad de
energía pasa, en el caso del lm7812 que es el que implemente para la fabricación
de este dispositivo regula que pasen solo 12 voltios.
RESISTENCIA: Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente
a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de
circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o
consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga,
resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.
Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma
más o menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su
paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente en el
micro mundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan
a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa situación hace
que siempre se eleve algo la temperatura del conductor y que, además, adquiera
valores más altos en el punto donde los electrones encuentren una mayor
resistencia a su paso.
BIBLIOGRAFIA
REFERENCIAS WEB
1. http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica
2. http://www.monografias.com/trabajos5/electro/electro.shtml
3. http://www.monografias.com/trabajos5/electro/LAWS.shtml
REFERENCIAS ESCRITAS
1. HENRY MENDIBURU Díaz; 2008 Ingeniero Electrónico; Introducción a la
electrónica
2. REMBOLD, ULRICHN (1990). Robot technology and applications . New York :
Marcel Dekker.
3. SCHENK, S.J., “A mathematical model of wheelchair racing,” PhD thesis. Faculty
of New Jersey Institute of Technology. New Jersey (2000).
4. BUHMANN, J., W. Burgard, A.B. Cremers, D. Fox, T. Hofmann, F.E. Schneider, J.
Strikos and S. Thrun, “The electronic art,” AI Magazine 16(1), 31 38 (1995).
ANEXOS
MENTEFACTO CONTROLADOR DE VOLUMEN Y TONOS
MENTEFACTO DE AMPLIFICADOR