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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
SISTEMA DE GRABACIÓN DE VARIOS CANALES DE SEDALES VOCALES
EN UNA PISTA DE CINTA MAGNÉTICA
Tesis previa a 2a obtención del titulo
de Ingeniero en la especialidad de
Electrónica y Telecomunicaciones
VÍCTOR EDUARDO SALA2AR MIRANDA
QUITO.MARZO DE 1992
DIRECTOR DE TESIS
Certifico que el presente trabajo
ha sido realizado por el
Sr. Víctor Eduardo Salazar Miranda
bajo mi dirección
Ing. Erwin Barriga
AGRADECIMIENTO
Mi agradecimiento sincero al
Ing . Erwin Barriga por el
apoyo brindado en la realización
de es i:a tesis y a todos mis
profesores que con tribuyeron
en mi formación profesional .
DEDICATORIA
A mis padres por el apoyo
recibido durante mi vida
estudiantily a Dios y a todas
las personas que luchan por
ideales de justicia en el
mundo.
ÍNDICE
PAGINA
CAPITULO J,-
1 . 1. — Introducción 1
1 . 2. — Desarrol 1 o del sistema en diagrama de bl oques 4
J. , 3. — Estudio teórico de los elementos '>a utilizarse 5
1.3,1.— Cabeza magnética ~7
1.3,2.— Cinta magnética JLJL
1.3.3.— Circuitos nescesarios en un magnetófono 18
1.3.4,— Circuitos integrados y elementos
electrónicos 27
CAPITULO II.-
2.1.~ Función de cada uno de los bloques que
constituyen el sistema. 3O
2.1.1.- Amplificación 31
2.1.2.- Grabación 33
2.1.3.- Modulación para grabación 34
2.1.4.— Sumador para grabación 35
2.1.5.— Filtros para grabación 3ó
2.1.6.- Reproducción 3"7
2.1.7.— Demodulación para reproducción 38
2.1.9.— Filtro para reproducción 39
2.1.9.— Sistema de control 4O
2.2.- Diagrama funcional total del^sistema de
grabación - 41
2,3.— Obtención de datos en el laboratorio de los
elementos a utilizarse 42
iPAGINA
CAPITULO III.-
3. 1 . — Diseño y construcción del sistema -43"
3". 1 .1 . — Adaptación del magnetófono 45
3,1.2.— Fil tros para grabación y reproducción -40
3. 1 . 3. — Moduladores y demoduladores 61
3.1.4.— Amplificadores y sumadores 71
3.1.5.— Sistema de control 77
3,1.6,— Fuente de alimentación 91
3.2.— Mapa electrónico total del sistema
3.3.— Mapa para circuito impreso del sistema
3.4.— Comprobación y toma de resultados del
funcionamiento parcial y total del sistema 83
CAPITULO IV .-
4.1.— Disposición física y utilización del Equipo 9<?
4.2.— Aplicaciones 93"
4.3.- Utilidades 93
4.4.— Comen tari os y conclusiones 94
ANEXOS
Bibliografia
TITUBO s SISTE:MA DE GRABACIOM DE:DE:
una
x _ —
1.1.- INTRODUCCIÓN.-
El desarrollo y construcción de este
sistema de grabación tuvo como final idad cumpl ir con los
siguientes objetivos :
Lograr un modelo para la fabricación comercial que fomente
la aplicación de conocimientos de ingeniería en la vida
económica y social del país.
Aprovechar de mejor manera la capacidad para guardar
información de señales vocales en las pistas magnéticas ,
además de brindar la posibilidad ~-^--~~-^ de poseer
información en forma camuflada para otros sistemas de
grabación en cintas magnéticas.
Ñ continuación se dará una descripción básica de la
capacidad,, utilidad y forma de funcionamiento que tiene
este sistema de grabación construido*
El sistema construido tiene la capacidad de grabar y
reproducir la información en cualquiera de los tres
cana 1 es ca da un o de 1 os cual es ten dra un de termina do an cho
de banda que permita que la información sea totalmente
en tendi ble .
La grabación de información en los tres canales puede ser
realizado simul tane¿imen te o por separado.
Los canales están colocados uno a continuación de otro con
un cierto rango de seguridad dentro del espectro de
frecuencias que puede ser registrado en una pista
magnética.
El procedimiento que se utiliza para obtener tres canales
en una misma pista de grabación consiste en colocar la
información de señales vocales en una banda base
determinada para luego por medio de métodos de modulación
trasladar este espectro a otra zona determinada dentro del
espectro de frecuencia que es posible grabar en una pista
de cinta magnética,
Es importante tomar en cuenta que en el procedimiento de
modulación que se realiza para los canales 2 y -3" se toma
una sola banda lateral para aprovechar de mejor manera el
ancho de banda disponible para la grabación en una pista
de cinta magnética.
Este procedimiento puede observarse en el gráfico 1.1 de
espectros de frecuencia mostrado a continuación.
ESPECTROS DE FRECUENCIA
Seña t
-f fc> e rb
I *da *n b*nd* I * t «r» t
un ic* • [n por
•*•-<Fl+f b> -Fl
I nForcrao i on de los 3
Fl+ffc»
0 fb ri Fi+fb F2 F2+rb
Fig. 1.1
En Ja construcción de este equipo se utiliza en base una
grabadora de señales audibles en la que se realiza varias
modificaciones a los circuitos ya existentes^ como también
añadir circuitos electrónicos para la obtención de los
distintos' módulos que son necesarios para el
funcionamiento de este sistema.
Las principales utilidades que se obtiene de este sistema
son las siguientes;
Logra una duración tres veces mayor en la capacidad de
guardar información de señales vocales.
Se puede u ti 1 izar para mezclar voces cuando se quiere
reproducir la información de los tres canales al mismo
tiempo
Se puede grabar tres tipos de informaciones simultáneas en
el mismo aparato lo que puede ser utilizado para almacenar
informaciones ya existentes como también señales vocales
de distintas personas al mismo tiempo.
.- DESARROLLO DEL SISTEMA EN DIAGRAMA DE BLOQUES.-
ENTRttX*
CabezaREFROO.
•
,
M
bE!
Qtj
E
a«
^^
.
> f
MOOO.O DE FILTROS
GRPBftCION
G-R
REPROOUCCION
BLOQUEMODULACIÓN /
DEMOOULAdON
*SISTEMA
oeCONTROL
^
.
>
f
^_
y
s' U
AD0R
GRABACIÓNV " "
tf^ REPROOUCCION
Fíg. 1.2
1.3.- ESTUDIO TEÓRICO DE LOS ELEMENTOS A UTILIZARSE.-
L a des cripci ón del con J un to de fen ornen os el ec tromagné ti eos
que acontecen en eJ funcionamiento de todo sistema de
grabación en cinta magnética requiere una exposición
previa de los principios de la teoría electromagnética.
Los fundamentos del magnetismo describen el estudio del
fenómeno denominado magnetización por inducciónysegún el
cual todas las sustancias en mayor o menor grado adquieren
un estado especial de imanación cuando se encuentran en
presencia de un fluJo magnético.
De acuerdo a su capacidad de imanarse los materiales se
clasifican en tres grupos :
Ferromagnéticos.— son capaces de imanarse
Diamagnéticos.- no admiten ninguna imanación
Paramagnéticos.— susceptibles a una débil imanación
El hierro y sus aleaciones pertenecen al primer grupo.
El grado de imanación de una sustancia depende de la
intensidad del campo magnético al que se halla expuesto en
forma directamente proporcional hasta un cierto limite en
el cuál por mucho que se aumente la intensidad del campo
magnético la sustancia no alcanza mayores grados de
imanación.
Este fenómeno se produce porque toda sustancia tiene una
capacidad máxima de imanación.
Cuando se llega a este limite se dice que la sustancia
esta saturada.
De acuerdo a 2o expuesto anteriormente podemos decir que
Jos sistemas de grabación en cinta magnética se basan en
es tos principios.
En los magnetófonos los elementos utilizados para la
generación del flujo magnético son las cabezas magnéticas
las que básicamente están constituidas por una bobina y un
núcleo.
En el gráfico de la figura I.3 se observa la curva de
magnetización de cualquier sustancia donde podemos fijar
nuestra atención en los puntos de saturación como de
magnetismo remanentet donde H es el campo externo aplicado
y B la inducción magnética
Fíg. 1.3.- Curva de Hístéresís
Para registrar la información se emplean las cintas
magnéticas constituidas básicamente de un soporte plástico
y material ferromagnéticof a más de circuitos electrónicos
que permitan que la grabación de información en la cinta
magnética se realice dentro de la zona comprendida entre
los puntos de magnetismo remanen te y los de saturación.
Los elementas importantes para un sistema de grabación
magnética son la cabeza y cinta magnéticas, los que
constituyen el pilar fundamental de la reproducción y
grabación de señales eléctricas comprendidas en un cierto
rango de frecuencias.
.- CABEZA MAGNETICA--
UISTA D4 SECCIÓN ME UNA CABEZA WOIETICA
TERMINALES
, WMINA
EMTKDUEXKOS
CARCASA DEPROTECCIÓN
Fig. 1.4
Hn la figura 1.4 se muestra la distribución interior
elementos en una cabeza magnética.
Pueden observarse Jas bobinas y las piezas polares.
de
Dichas piezas polares terminan en la superficie de la
cabeza¿ sobre la que pasa la cinta a una determinada
velocidad^ y están separados por un espacio de tamaño muy
reducido relleno de material no magnético que separa ambos
polos ; Jas dimensiones de dicho entrehierro se expresan
en mieras y su valor definitivo depende del tipo de
aplicación de Ja cabeza.
7
HSÉ
La bobina^ al recibir Jas variaciones eléctricas de Ja
señal de audio , produce un campo magnético en eJ
en t rehierro ? campo que varia en intensidad y polaridad de
acuerdo con los cambios de la señal *
Este flujo de campo magnético circula por el óxido de la
cinta para cruzar el entrehierro .
El resul tado es una variación magnética, impresa en la
cinta en movimiento^ que corresponde a los cambios de la
señal de audio . Si el entrehierro se hace demasiado
pequeño^ el flujo magnético tenderá a circular por el
en trehierro en vez de cerrar el 1 azo por 1 a capa sensibl e
de la cinta., debido a que la resistencia magnética
disminuiría .
Aumentando la longitud del entrehierro crece la tensión de
salida^ peroy como contrapartida, se reduce la respuesta
en frecuencias altas.
El campo en el entrehierro es una representación magnética
de la señal eléctrica de audio que circula por la bobina.
Las cabezas magnéticas ya sean de grabación f reproducción
o borrado tienen 1 a estructura mostrada en la figura 1.4.
En ella se pueden distinguir dos componentes principales :
n O. tr 1 e» o
El circuito magnético se compone generalmente de metal con
una inducción remanen te muy pequeña (de esta forma el
flujo circuí ante sigue con exacti tud las variaciones de la
in tensidad de campo ) . Las pérdidas por histéresis han de
ser mínimas así como. las producidas por corrientes de
FoLtcault que se /-educen empleando f en vez de nL'ideo
9
magnético macizo, un apiJ amiento de pJa cas muy finas
aisladas entre si.
El bobinado se reparte en dos arrollamientos situados
cada uno en un seminúcJ eo . Se prefiere esta disposición
porque reduce Ja sensibilidad de la cabeza a campos
externos perturbadores.
Todo el conjunto núcleo bobina se encapsula de forma que
1 a protección contra campos parasi tos sea eficaz.
En general 1 as condiciones exigibles a una cabeza
magnética son las siguientes:
J. } Debe permitir un contacto en trehierro—cinta perfecto
2) El blindaje debe ser inmune al ruido
3) La resistencia al desgaste debe ser grande
A continuación conoceremos características de los
distintos tipos de cabezas magnéticas :
A) Ctbmz* d* grtbmción • -
La longitud del entrehierro suele
estar comprendida entre 5 y 20 p m y la principal
característica que debe cumplir es que el campo ¿que
alcanza valor máximo en el centro del entrehierro caiga de
forma muy rápida en las proximidades de este.
La bobina suele ser del tipo de baj'a impedancia y el
blindaje no es tan critico como en otro tipo de cabezas.
b) Cabeza de reproducción .—
La longitud del entrehierro
adquiere en este tipo de cabezas una importancia
primordial ya que debe ser muy pequeña para poder leer las
altas frecuencias contenidas en la -cinta.
Por otra partef para obtener una buena relación señal
ruido es necesario aumentar la superficie del entrehierro
y por tanto su longitud,.
Normalmente una cabeza de reproducción suele tener
entrehierros comprendidos entre 3" y 5 p m.
El bobinado es de baja impedancia y el sistema de blindaJe
debe ofrecer una protección muy eficaz contra las
intensidades de campo parásitas.
c) Cabeza mixta grabación/reproducción>-
Debe poseer unas
características medias entre las exigencias de grabación y
reproducción fsi bien se concede una mayor importancia a
las funciones de reproducción.Este tipo de cabeza es la
que comunmente se utiliza en el mercado.
d) Cabeza de borrado .-
Las exigencias de esta cabeza son
mucho menos críticas que las anterioresfya que su función
es grabar en la cinta una frecuencia fija elevada.
10
1.3.2.- CINTA MAGNÉTICA .-
Una cinta magnética de las
utilizadas comunmente en los magnetófonos, consiste en una
película de plástico sobre la que se deposita una finísima
capa de material magnético.
Si bien el soporte de plástico así como los elementos
aglutinantes son muy importantes para el buen
funcionamiento de la cinta,, la capa magnética es el medio
que permite la grabación, y por lo tanto ha de ser de un
material ferromagnético.
En la mayoría de los casos se utilizan diversas variedades
de: óxido de hierro aunque en los últimos años han
aparecido nuevos materiales adecuados para este fin.
Las partículas magnéticas que pueden considerarse como una
multitud de pequeños imanes, se presentan generalmente en
forma de agujas, y con el fin de aprovechar mejor sus
propiedades se alinean físicamente, durante la
fabricación, por medio de un proceso magnético, de forma
que su mayor dimensión se corresponda en general con la. de
1 a cinta.
De esta manera pueden ser magnetizados en una u otra
dirección dependiendo del campo magnético que se les
aplique.
La figura I.5 muestra los valores de remanencia magnética
Br en función del campo magnetizante H , es decir, la
fuerza o magnitud de la magnetización permanente Br que la
cinta adquiere y mantiene en función del campe- magnético
H , que crea la cabeza de grabación gracias a la corriente
de audio aplicada a ella.
Es evidente que la cinta como soporte de la grabación,
j'uega un papel muy importan te en 1 os procesos de regis tro —
reproducción.
• 11
Fig. 1 , 5 . — Función que relaciona lareaanenacia «agnetíca con el campomagnetizante.
Los elementos componen tes de 1 a cinta magna tica son:
soporte f aglutinante y capa de material magnético.
Estudiaremos por separado cada uno de estos componentes.
3) Soporte,—
Es la capa básica que confiere a la cinta sus
propiedades mecánicas. Sobre este soporte se deposita
posteriormente el aglutinante y la película magnética.Para
que cumpla la función que se asigna el soporte debe poseer
algunas cualidades que seguidamente enumeraremos.
a JL ) Resistencia mecánica . Esto engloba tres
distintas que son:
cas
La fuerza de ruptura.— fuerza que seria necesario aplicar
para romper totalmente el soporte.
Limite de elasticidad , — es 7a fuerza a partir de la cual
la cinta experimenta un alargamiento permanente
Resistencia a los choques.— es el número de Kg . m que es
preciso aplicar bruscamen te para romper el soporte , en esta
característica interviene la fuerza de ruptura y el
alargamiento permanente que el material experimenta antes
de la ruptura .
12
í
Propiedades magnéticas.—
— Gran remanencia máxima . — cuanto mayor sea este
parámetro más elevada será Ja sensibilidad ds la cinta y
por 1 o tanto se incremen tara la tensión de sa1 ida en la
cabeza de reproducción
— Gran coercitividad o campo correctivo.— Expresa la
capacidad de la cinta para evitar la desmagnetización
espontánea que alcanza su máximo valor en las cortas
longitudes de onda
—Anchura de la pista,— Cuanto mayor sea la superficie de
pis ta grabada tan to mayor será el número de parto, cul as
imanadas productoras de flujo y por lo tanto se
incrementará la tensión de salida en los bornes de la
cabeza de reproducción.
- Sensibilidad de salida uniforme.— este factor depende
aproximadamente en forma directamente proporcional del
espesor de la capa magnética .
— Ausencia de caídas instantáneas del nivel de salida.—
que se producen por 1 a insuficiencia de concentración de
material magnético.
— Mínimo ruido de fondo.— producido por el reparto
irregular de los cristales magnéticos en la superficie de
la cinta.
— Efecto de copia mínimo.— es la aparición de un eco en
reproducción.
Propiedades mecánicas.—
— Superficie uniforme.— para disminuir el ruido de fondo.
— Naturaleza no abrasiva.—para evitar e} desgaste de las
cabezas y gulas.
— Ausencia de pérdidas en 2a capa magnética. —para aumentar
la duración y disminuir el desgaste.
— FlexlbllIdad.—necesario para asegurar un buen contacto
cinta— cabeza y favorece el bobinado.
— Inmunidad a la
ion de ruidos parásitose vi tar la generad»
formación de cargas está ticas.—para
CARACTERÍSTICAS DE LAS CINTAS MAGNÉTICAS PARA CASSETTE. -
Fig. 1.6.- Vista en sección de unacinta «agnética en cassette
Se particularizan por
plástlca en la que
asociados como son :
, tar Introducidas en una carcaza
Internamente existen elementos
15
aJineadores los cuajes tienen como función principal
lubricar el rollo de la cinta en su movimientos a través
de Ja carcasa.
- almohadilla de presión que termina en un muelle
resistente de bronce y mantiene la cinta en contacto con
Ja cabeza magnética.
— rodilJos directores que cumplen la función de dirigir la
cinta en la posición más adecuada,giran sobre ejes de
acero inoxidable.
Con respecto a sus dimensiones físicas esta& tienen J as
siguientes características:
ancho 3. 8 mm aproximadamente
El espesor y longitud dependen del formato empleado y la
duración que se desea obtenerla continuación presentamos
el siguiente cuadro:
TIPO
C-3OC-6OC-9OC-12O
Pe J i cu JaBase
PoJ iésterPoJ iésterPoJiésterPoliéster
Espesor( pm)
191813
9
Longi tud(m)
4590
135180
Duración (min)un sentido ambos
15304560
306O90
12O
El obje ti vo de todos 1 os sis temas compa ctos de graba don -
reproducción es almacenar la mayor cantidad de información
en la menor superficie posible lo cual depende de las
características físicas de Ja capa magnética especialmente
del factor de coercí tividad que se define como Ja
intensidad de campo magnético necesaria para borrar una
cinta previamente grabada.
16
Presentamos a continuación un cuadro que nos muestra el
material magnético más comunmente empleado en cintas, a
cassettey con su factor de coercí tividad (medido en
oesterds) máximo alcanzado.
MATERIAL Factor de coercitividad
Oxido de hierroBióxido de cromoCobaltoFerricromoMetal
45O5OO54 O5OO
1000
En la figura 1.6 se muestra curvas de respuesta de
frecuencia de cintas cassette de metal (lí.nea continua) y
de óxido de hierro (línea cortada) para diferentes niveles
de grabación.
1M
FTECWCIfl M KZ
FJLg. JL.7.-fre cu en ci a
Curvas de respuesta de
1.3.3. - CIRCUITOS NESCESARIOS EN UN MAGNETÓFONO.-
Las
principales observaciones y circuitos que se deben tomar
en cuenta en Ja grabación y reproducción de señales de
distintas -frecuencia son:
POLARIZACIÓN. -
Esto se hace necesario debido a la
característica que relaciona la remanencia magnética con
el campo magnetizante que se puede observar en la figura
1.51a cual no es totalmente lineal por lo que al realizar
una grabación sin corriente de polarización la señal
registrada estaría distorsionada,como podemos observar en
el ejemplo de la figura J..8.
Señal resultan!*
StrUl d* AuJIo
Fíg. 1.8.- Grabación sin polarización
Para evitar esta distorsión en la grabación es importante
trabajar en la parte 1 ineal de la función Br=F (H) ., para lo
cual es necesario añadir una corriente de polarización ya
sea posi ti va o n ega ti va .
esto se le conoce como polarización.
Existen dos tipos de polarización : de corriente continua
y de corriente alterna.
Polarización de corriente continua.—
Consiste en añadir una
corriente continua sobre la cabeza del registro. Esta
polarización no es útil izada actualmente ya que presenta
graves inconvenientes como los siguientes:
— La característica de registro se aprovecha mal ¿puesto
que solo utiliza una rama de la curva.
— La magnetización de la cinta no se interrumpe en las
zonas de pausa de la señal de grabación.
— La reproducción va acompañada de un ruido de fondo
importan te.
Ya que las partículas no están repartidas en la capa
magnética en forma totalmente regular.
Estos inconvenientes han sido eliminados polarizando con
una corriente al terna de frecuencia ultrasónica.
Polarización por corriente alterna „—
En este sistema se
superpone la señal de grabación a una tensión de alta
frecuencia de nivel fijo como lo mostrado en la figura
1. 9.
Es importante hacer • constar que no se trata de una
modulación de amplitud de la corriente de polarización por
la señal de audioysino simplemente de una superposición*
Fig. 1.9.- Grabación con polarizacióncorriente alterna
por
Con este sistema el grado de rendimiento de la grabación
magnetofónica es óptimoyobteniéndose 1 as siguientes
ventajas:
— La distorsión se reduce considerablemente
— En ausencia de la señal de baja frecuencia la inducción
remanente es nulaypor lo que el ruido de fondo no aumenta
e incluso disminuye con reí ación a una cinta virgen.
— Se aprovecha las dos partes lineales de la curva .
Utilizando polarización por corriente alterna se obtiene
una buena relación señal/ruido.
Es importante limitar la amplitud de la señal de BF a
registrarse de forma que no sobrepase el valor máximo
denominado corriente de saturación para evitar Ja
existencia de una fuen te de distorsión.
2O
Generación de corriente de polarización y borrado. —
La generación de una corriente alterna sinusoidal de alta
frecuencia se lleva a cabo por medio de circuitos
osciladores .
Con el fin de e vi tar batidos indeseables? la frecuencia de
trabajo del oscilador ha de ser del orden de cinco veces
mayor que la mayor frecuencia del espectro de audio a
grabar y reproducir, pero no mucho mayor para no
incrementar demasiado la impedancia de la cabeza de
grabación ni elevar excesivamente las pérdidas de la
cabeza de borrado que aumentan con la frecuencia.
Asimismo debe producir una onda sinusoidal perfecta^ ya
que toda distorsión se traduce en apariciones de soplos,
También es deseable' que se mantengan invariables la
frecuencia y ampl itud de la señal del oscilador.
Estudiemos ahora factores que intervienen en el proceso
grabación/reproducción .
Fig. 1.10.- Curva que relaciona la tensiónde salida con la "frecuencia de una cabezade grabación
a) Caída de las frecuencias bajas, -
La causa de este
comportamiento se explica porqué la tensión en la cabeza
de reproducción f según Ja ley de inducción es :
-e~AA EC. 1.1A t
Puede demostrarse que dicha ecuación se reduce a
Por tanto la tensión es directamente proporcional a la
frecuencia .
b) Atenuación de las frecuencias altas.—
e=k*f no se cumple
para altas frecuencias ya que a partir de cierto valor de
frecuencia disminuye debido a:
1) Desimanación espontánea de la cinta .Este fenómeno se
manifiesta tanto más cuanto es mayor la frecuencia . Para
disminuir estas pérdidas es preciso aumentar la longi tud
de onda aumentando la velocidad de paso de la cinta.
2) Influencia de la dimensión del entrehierro . Cuanto
menor sea la longi tud de éste ¿ mayor será su sensibi 1 i dad
para captar frecuencias elevadas .
3V Contacto cinta/cabeza . Cuanta mejor sea este contacto
físico mayor es la tensión de salida sobre todo en las
Dentro de la cabeza de reproducción se generan a su vez
pérdidas debido a las siguientes causas :
22
a) Capacidades parásitas en el interior de Ja cabeza.
b) Pérdidas por histéresis y corrientes de FoucauJt que
aumentan rápidamente con Ja frecuencia.
c) Influencia de la corriente de poj,
efectos modifican la curva de respuesta.
~ón cuyos
La cabeza magnética no es mes que una bobina arrollada en
un material ferromagnético¿ por Jo tanto su impedancia, de
naturaleza inductiva., varia con Ja frecuencia.
Generalmente para paliar este inconveniente se recurre a
trabajar con corriente constante en vez de mantener
constante la tensión *
En Ja práctica suele disponerse una resistencia de gran
valor en serie con el arrollamiento de la
cabeza(resistencia de regulación) lo que permite
estábil izar de forma suficiente Ja intensidad que circula
por el conjunto.
Esto observamos en la figura JL. 1J,.
TEMSION DE O AUDIO FRECUENCIA
RESISTENCIA DE
REGULACIÓN
CABEZA HE
XEOISTltO
Fig. 1.11.- Disposición en serie de laresistencia de regulación
Ecualización. —
En la práctica se aplican algunas medidas
correctoras, con el fin de obtener resultados
aprovechables en los procesos de registro magnético.
1) Por una parte es necesario compensar las perdidas en
alta frecuencia; para ello se realzan estas frecuencias en
el proceso de grabación, en un valor tal que las pérdidas
ulteriores en el proceso de reproducción restablezcan la
proporción amplitud/frecuencia original.
Esta operación de preacentu ación debe real izarse en
grabación ya que de este modo se obtiene un beneficio
adicional en la relación señal/ruido^ al aumentar
deliberadamente el nivel de señal justamente en el margen
de frecuencias donde el ruido de cinta se manifiesta con
mayor intensidad.
2) Por el contrario la acentuación de las frecuencias
graves se realiza en reproducción¿ esto se hace por el
inconveniente de saturar la cinta en grabación.
Estas correcciones se conocen con el nombre genérico de
ecualización y ,evidentemente, tanto en registro como en
reproducción dependen de la curva de respuesta de
corriente constantef la. cual depende a su vez de la
velocidad utilizada en el paso de la cinta., que en el
formato de cassette la velocidad normalizada es de 4-75
cm/sy el cual es muy reducido para la obtención de un
nivel de muy alta fidelidad.
En la práctica las e cual iza dones se 1 levan a cabo en los
respectivos amplificadores de grabación de los
magnetófonos.
Por otra parte., con el objeto de permitir el in tercambio
de cintas entre apara tos de distintas marcas, se han
establecido curvas de reproducción y grabación
normalizadas que veremos a continuación.
24
Para ecualización existen valores normalizados aceptados
por los fabricantes de cintas y magnetófonos.
En general podemos resumir que el efecto de la
ecualización en cintas cassette es reforzar., en
reproducción., 1 a respuesta en agudos para soslayar, en 1 o
posible., los efectos de las pérdidas en al ta frecuencia
debidas a la reducida velocidad de paso de 1 a cinta y
otras existentes en el proceso de grabación,
Para 1 levar a la práctica esta solución se elige una
frecuencia fija a partir de la cual se realzan todas las
frecuencias superiores.Para lo cual se utilizan
generalmente redes R—C.Estas curvas podemos observar en la
figura I'. 12.
Fíg. 1.12.- Curvas de Ecualizaciónestándar para cintas cassettes
En eJ caso de las cintas de óxido de
frecuencia es de J.32Ó.3 Hz ó 12O ¡js
hierro esta
Puesto que 1 as cin ts¡s de bióxido de cromo (CrO2) y metal
puro necesitan meno& esfuerzo por su mejor comportamiento
en frecuencias altas,, la frecuencia elegida como punto de
partida para su incremento es 2273.6 Hz ó 7O ps.
25
/tt
Sistemas de reducción de ruido.—
El más común es el DoJ by en su
versión B.
Este sistema electrónico de reducción de ruido aprecia el
nivel de señal que llega a 2a cabeza de grabación; si es
muy elevado no actúay si por el contrario, su valor es
débil., aumenta su amplitud y posteriormente permite que se
realice la grabación.
A continuación presentamos un diagrama de bloques de un
magnetófono a cassette.
IH6RABACIOH piloto para FU tensión íoliy
Oscilador -
il Grabación IH/QUi Cabei
' HAn rt1
\ - '-1
¿feCabeza de
reproducciónOUT/IH
Parlante
1.3.4.- CIRCUITOS INTEGRADOS Y ELEMENTOS ELECTRÓNICOS.-
Los circuitos integrados que han sido escogidos para el
diseño de Jos diferentes módulos son:
LM 301 . -
Este integrado corresponde a un amplificador operacional
el cual será utilizado para el diseño y construcción de
1 os circuitos que con forman 1 os módulos de fi1 trosy
sumadores y amplificadores tanto para grabación y
reproducción,
La distribución de pines
observarse en la figura _Z
y forma f_L sica puede
Ba 1 anco/Compensación
Comp«nm*c i on
Bal
te fr te te
Fig. 1.13.- LM 301
Este integrado tiene como algunas de
í s ti cas las si g u i en tes :
sus principales
Fuente de alimentación desde +/— 4v a +/— J.9v
Potencia de disipación máxima 5OO mW
Rango de temperatura para almacenamiento
-65 a +J.5O grados C.
Rango de temperatura para operación O a + 7O grados C.
Resistencia de entrada O.5 — 2 MQ
Protección para corto circuito
27
RESISTENCIAS. -
Todas
valores normalizados con
J./4W.
una
"as empleadas son de
po ten ci a de disipa don de
CONDENSADORES. -
Los condensadores empleados son de cerámica
no polarizados para los módulos que trabajan con señales
de audiofy polarizados para las fuentes y reguladores de
voltaje.
REGULADORES DE VOLTAJE.-
Existen dos reguladores^ uno para
vol taje posi tivo ( LM 78J.2) y otro para vol taje nega tivo
(LM 7912) cuyas características pueden observarse en las
hojas de Anexos.
TRANSFORMADOR.~
Es un transformador con toma central lo que
permite obtener fuentes DC positivas y negativas.
Su relación de transformación es de HOv/I5v AC.
La capacidad de corriente en el secundario es >3"QO mA
ELEMENTOS VARIOS.-
Tenemos 2 potenciómetros de seguridad de
J.O KQ., interruptores de 2/1 víasypuente de diodos para
2OOv y 4A.
29
LM 1.496.-
Este integrado corresponde a un
modulador/demodulador balanceado, el cuál es utilizado en
los módulos de modulación y demodulación de este sistema.
Es un integrado que se caracteriza por ser un excelente
supresor de portadora, es completamente balanceado tanto
en sus entradas como en sus salidas con una respuesta de
frecuencia sobre los 1OO MHz
El LM 1496 útil izado viene en un paquete metal ico como se
muestra en la figura 1.14.
-OUTWT
NPJT
KJWWER NRJT
Fig. .- LM 1476
Sus principales aplicaciones son como modulador con
portadora suprimida, modulador AM,, detección sincrónica ,
detector de PM y FM .
Entre sus características tenemos:
Rango de temperatura para operación O—7O grados C.
Potencia de disipación interna 5OO
NOTA.— Para mayores detalles de los integrados LM 3O1 y
Ln 1496 se puede recurrir a las páginas de anexos donde
están tablas y cuadros detallados.
XX-
2.J.- Función d* cada uno de JOB bloques que constituyen
ffj sistema.-
Luego de haber estudiado en forma teórica Jos
elemen tos /^.a ser utilizados en la construcción del sistema
de grabación de varios canales en una misma pista de cinta
magnética, como también el haber desarrollado el diagrama
de bloques para el funcionamiento del sistema^ es de mucha
importancia analizar en este capitulo el porqué de la
utilización de los distintos bloques o módulos para el
funcionamiento correcto del sistema.
El analisis de los diferentes bloques que constituyen este
sistema de grabación deberá tomar en cuenta:
— La función que desempeña cada uno de ellos
— La ínterreí ación con los otros bloques del sistema
— El momento en que estos entran en operación
— El desarrollo de un diagrama funcional de cada bloque
Los bloques que constituyen este sistema son:
- Amp 1 i fi ca ci ón
— Grabación
- Modulación para grabación
- Sumador para grabación
— Filtros para grabación
— Reproducción
— Demodulación para reproducción
— Filtros para reproducción
— Sistema de control
A continuación presentamos la utilidad e importancia que
tienen cada uno de ellos para el funcionamiento del
sistema.
2.1.±.~ Amplificación-—
Este bloque esta conformado por 3"
amplificadores externos y 2 amplificadores internos.
Los amplificadores externos son aquellos que tienen como
función el obtener un voltaje adecuado de las señales de
audio externas al sistema ,^a ser grabadas en los
diferentes canales para que el trabajo de los moduladores
sea óptimo.
Estos se encuentran relacionados con las entradas al
sistema y con los filtros pasa bajos de grabación.
El funcionamiento de estos amplificadores es indispensable
únicamente en grabación.
De los amplificadores internos el primero tiene como
función amplificar la señal de la cabeza de reproducción
hasta un nivel de voltaje adecuado para el trabaj'o de los
demoduladores y el segundo a más de obtener un voltaje
deseado en su sal ida para 1 os circuitos de reproducción
opera como un mezclador de las señales que van a ser
reproducidas.
El amplificador de la cabeza de reproducción trabaJa en
reproducción para los tres canal es por lo que su sal ida
está relacionada físicamente con el sistema de control.
El mezclador es indispensable únicamente en reproducción y
sus entradas provienen del sistema de control el cual en
reproducción por canal le comunica con las salidas de los
demoduladores .
A continuación se presenta el diagrama funcional de este
módulo.
IN 1 Amplificador 1 -IN 1
IN 2- Amplificador 2 -IN 2
IN AmpHficador -IN 3"
ser Amplificador C.R. -Re
it2- MEZCLADOR -mz
2.1.2.- Grabación.—
Este bloque de vital importancia para
el funciona/ni en to del sistema es aquel que se encarga de
grabar la información de las señales de audio¿ de 1 os tres
canales las cuales ya han sido procesadas por otros
bloques del sistema, en una cinta magnética.
Este bloque de grabación se encuentra den tro del
magnetófono modificado que ya lo hemos estudiado en el
capitul o anterior.
Esta relacionado físicamente con el sumador de grabación y
es la señal que este le entrega la que será procesada por
este módulo para almacenar la información en la cinta
magnética.
Este módulo opera únicamente cuando se ha seleccionado en
el sistema de control el proceso de grabación de
información en cualquiera de los tres canales.
El diagrama funcional de este bloque es el siguiente:
IHGRABACIOH
Filtro de señalpiloto para FUstereo
Amplificadortensión
ftiplifkadoríolty
Oscilador
IH/OUTCaben
HASu u
2.1.3*- Modulación par* grabación.-
Este módulo es el
encargado de trasladar el espectro de frecuencias en banda
base de la información del canal 2 ó 3? a una zona
determinada dentro del ancho de banda que puede ser
registrado por un magnetófono.
La importancia de este bloque de modulación es fundamental
para obtener la información de los tres canales en una
misma pista de cinta magnética.
Se utilizará una modulación de amplitud modulada con
portadora suprimida por la mayor facilidad que esta
presenta para trabajar en bajas frecuencias,, tanto en
modulación como en demodulación.
Para lograr la grabación simultánea de los tres canales^
este bloque estará constitu i do por 2 moduladores de
amplitud los cuales trabajarán con una frecuencia de
portadora de fl y f2 respectivamente, con sus osciladores
respectivos.
Estos moduladores se encuentran en funcionamiento en todo
momento sea en grabación o reproducción, pero su relación
física con los otros módulos depende de la función que se
este realizando.
Este módulo esta relacionado físicamente con el sistema de
control el cuál en grabación de canal le permite
comunicarse con la salida de los filtros de grabación? y
su salida con la entrada a los filtros de grabación —
reproducción.
A continuación presentamos el diagrama funcional de este
bloque:
fpb2 , , m/dfj.Modu1 ador a frecu encia 1
fpb3Modulador a frecuencia 2
m/df2
2,1,4.~ Sumador para grabación.-
Este bloque es el
encargado de unir las señales de los tres canales en una
sol a señal la cual será entregada al bloque de grabación
para que esta sea registrada en la cinta magnética.
Este módulo está relacionado físicamente con los flltros
de grabación—reproducción los cuales entregan las señales
.Ja ser unidas^ y con el bloque de grabación a quien
entrega la señal resultan te.
El sumador de grabación es Indispensable cuando se ha
seleccionado la opción de grabación., este módulo esta
constituido básicamente por un amplificador operaclonal el
cual realiza las funciones de sumador.
A continuación presentamos un diagrama funcional del
mismo:
fpbl-fbw—fpa—
Sumador de 3"entradas
-Sg
2.I.5.- Filtros para grabación.-
La importancia que cumple
este bloque es fundamental para permitir que J as señal es
que poseen la información de los tres canales que van a ser
o han sido procesadas por el bloque de modulación no sean
interferidas por señales no deseadas que se generan en el
proceso de modulación.
Estos filtros son los que permiten que se obtenga una
modulación de banda 1 ateral unica? y son 1 os que del imi tan
el ancho de banda que ocupará cada canal den tro del
espectro de frecuencias que puede ser registrado por un
magnetófono.
Este bloque está conformado por 2 filtros pasa bajos
exclusivos para grabación y 3 filtros (pasa bajos, pasa
banda y pasa altos) que pertenecen tanto a grabación como
a reproducción*
Físicamente este bloque está relacionado con las s&lidas
de los amplificadores del canal 2 y 3\ el sistema de
control y con el sumador de grabación a quien entrega la
señal de cada canal en su zona de frecuencias asignadas.
Su funcionamiento es indispensable para el proceso de
grabación de cualquier canal.
A continuación presentamos un diagrama funcional de este
bloque:
JA/2'
/A/3
itJ.
fpb2 it2.
fpbS i t
fpbl
fbw
fpa
2,1.6." Reproducción.-
Este bloque tiene dos funciones de
importancia dentro de la operación del sistema de
grabación, la primera función es la de recuperar la
información almacenada en la cinta magnética,, la cual se
lleva a cabo por medio de la cabeza de reproducción., esta
señal es la que será entregada al bloque demodulador
La segunda función consiste en tomar la señal que es
entregada por el filtro de reproducción y amplificarla
para enviar a los circuitos y elementos de salida., la
operación de esta etapa sólo se realiza en reproducción.
El diagrama funcional de este bloque¿ que se encuentra
dentro del magnetófono modificado, presentamos a
continuación:
C a b e z a dereproducción
—oitIH ¿ ip l i fuador
EouliíadónAipl i f icadortensión
Áipl i f iudorCoHy
3-7
2.l.7.~ Demodulación pmra reproducción.-
Este módulo es el
encargado de obtener la información de los distintos
canales en su espectro de frecuencias original, para lo
cual es necesario la utilización de dos demoduladores para
las frecuencias fl y i2.
Otra función complementaria que cumple este bloque es el
de unir la información de los tres canales en el cual
puede ser variada la amplitud de voltaje que aporte cada
uno de el 1 os en el caso que se quiera escuchar
simultáneamente más de un canal al mismo tiempo.
Este bloque físicamente esta relacionado con el sistema de
control el cuál en reproducción de canal le permite
comunicarse con la salidas de los filtros de grabación—
reproducción y con las entradas del mezclador de
reproducción.
Opera en reproducción y grabación.
/) continuación se presenta su diagrama funcional;
fbw Demodulador a frecuenc.J. d/mfl
fpa Demotíulador a frecuenc*2 d/mf2
2.I.B.- Filtros de reproducción.-
Este módulo esta
constituido por los filtros (pasa bajos, pasa banda y pasa
altos) que pertenecen también a grabación, quienes
permiten el paso de las señales grabadas de cada canal,
para ser enviadas a demodulación o al mezclador de
reproducción y por un filtro pasa bajos exclusivo de
reproducción para permitir únicamente el paso de la banda
base de información de cualquiera de los tres canales y
asi evitar señales audibles no deseadas que pueden
permanecer luego de la demodulación.
Los filtros (pasa bajos, pasa banda y pasa altos) están
relacionados físicamente con el bloque de control -el cual
en reproducción por canal les comunica sus entradas con la
salida del amplificador de la cabeza de reproducción y sus
salidas con los demoduladores y mezclador de reproducción.
El filtro pasa bajos se encuentra interconectado a su
entrada con la salida del mezclador de reproducción y su
salida con el bloque de reproducción.
Presentamos finalmente el diagrama funcional
bloque:
de este
i ti
it2
mr
fpbl
fpw
fpa
fpb4
é
2.1.9.- Sistema de control,-
Es te sis tema es el en cargada
de poner en funcionamiento de manera correcta a 1os demás
bloques que constituyen el sistema de grabación.
Para cumplir con su función este sistema esta constituido
por interruptores para 1 a selección del canalf 1 os cu a 1 es
indican la operación que se ya /*;a realizar en cada canal
sea esta de grabación o reproducción.
En base a estos datos de información se ha hecho un
arreglo físico que permita interconectar a todos 1 os
bloques del sistema de manera adecuada para obtener un
correcto funcionamiento.
A con tinuaci-ón se presen ta un diagrama funcional que
representa este bloque:
G/R-#canal—
Arreglo deInteruptores
CONTROL
MÓDULOS DEL
SISTEMA
2.2.- DIAGRAMA FUNCIONAL TOTAL DEL SISTEMA DE GRABACIÓN.-
Luego de haber ¿analizado el funcionamiento de cada uno de
1 os bloques que consti tuyen es te sistema es importan te
pre,ser?tar de una manera global la interconexión funcional
que estos presentan,, lo que nos da una mayor comprensión
de la operación que tiene este aparato de grabación.
Este diagrama funcional
si guien te gráfico.
total puede observarse en el
3N
*~3N
*~3N
:
i
f PLIF,
É5M* F.i
PM LIF.
CanecaREPROO,
F3LTRaasa 8
2
FILTFpama B
3
<S ,1 1 J
rt '
1
oajos
OÜ-JCrt
<3
R
G a
R
G g
*R *
Qf^LT-
MODULPDORt€MOOU_AOOR
FI
htOOULÍCOROEHODULPDOR
F2
1 i P_J VFi"
i re
fi 1
^ '
^
P
I
TLTRO V^i•»• B»joi T
11
FILTRO 9 ""Pasa T Q G
B«nd« n! xR
_ F3LTRO°»»a ñltoi T GWeAdON
1 Con-trol
H REPRODUCCIÓN5x r^§ j*i 4A *
1 ^ü
23.— Obtención de datos en el laboratorio de los
elementos /A
Estos valores tienen que ver principalmente con el
magnetófono y la cabeza de reproducción que serán
utilizados para la construcción del sistema de grabación
son los siguientes;
~ Vol taje de alimentación = + 6v
— Frecuencia de grabación máxima — 9 . O KHz
— Vol taje de en trada a reproducción = 4O
— VoJtaj'e de entrada a grabación = 800
- Voltaj'e de salida máximo de cabeza de reproducción- 5 mV
Adición al mente presentamos a continuación un cuadro con
las rangos de frecuencia que emiten los diferentes tipos
de voces.
Tipo de voz Rango de frecuncias [HzJ
Bajo3ariton oTenorContraaltoMezzo SopranoSoprano
8O ~J.OO ~ 39012O - 52O185 - 700-275 - 07024O ~ ±170
Este capítulo de
gran importancia dentro del desarrollo total del sistema
de grabación nos dará a conocer los circuitos que se
emplearon para la construcción de cada módulo así como
también 1 os cá2 culos teórieos que se real izaron para 1 a
determinación de los elementos que conforman dicho
circuito y el análisis práctico realizado en el
laboratorio que determinaron los elementos finales ' a ser
utilizados.
3.1.-DISERO Y CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA.-
Para realizar el
diseño de este sistema he/nos unido algunos bloques
funcionales de similares características eléctricas por lo
que el sistema total ha quedado dividido en las siguientes
partes;
- Adaptación del magnetófono
- Filtros para grabación y reproducción
— Moduladores ó demoduladores
— Amplificadores y sumadores
— Sistema de control
— Fuente de alimentación
El diseño de cualquier circuito electrónico requiere
conocer los valores de las señales de entrada y salida en
lo relacionado a voltaje y frecuencia.
En nuestro caso estos valores han sido cal cula dos en base
a medidas realizadas en los elementos a ser utilizados y
a los requerimientos que debe presentar el sistema.
El orden en que se presentan los cálculos del diseño es de
gran importancia para encadenar de la mejor forma los
diferentes bloques que conforman este sistema y obtener
los valores de voltaje y frecuencia para cada parte.
A continuación se presenta los Cal culos y Diseños
utilizados:
3.1, _í, - Adaptación del magnetófono. -
Como se había visto
en los capí, tul os an teriores un magnetófono se compone de
dos bloques fundamentales uno para grabación y otro para
reproducción -
A estos dos bloques existentes en el magnetófono se los ha
independizado y se añadido un interruptor de control
a di don al para graba ci ón y re pro ducción y el cuál nos
permite relacionar los bloques anteriormente mencionados y
adecuarlos para relacionarse físicamente con el sistema
construido como se puede observar el siguiente diagrama de
bloques.
SI oque de Reproducción
CONTROL G/R
Bloque de Grabación
MAGNETÓFONO MODIFICADO
SISTEMA
CONSTRUIDO
Previamente al diseño de los demás bloques de este sistema
es importante conocer las características de voltaje y
respuesta de frecuencia del magnetófono a ser útil izado
para lo cual se han tomado los siguientes datos, los
cuales son presentados en la tabl a expuesta a
continuación.
Respuesta de frecuencia.-
Para un mismo valor de entrada a grabación INg=O.4 v pp y
el mismo grado de amplificación en reproducción.
F[KHz]
9976543"21
OUT[mv pp]
2404OO6OO8OO
1200160024OO40OO40OO
Para una mejor visualización de los datos obtenidos
presentamos a continuación el gráfico (Fig. 3.1} de
respuesta de frecuencia.
4 5FflECUENCIfl
Fig. 3.1
46
Los valores de voltaje y frecuencia generales a los que
deberán ajustarse los distintos bloques del sistema que
nos proporciona el magnetófono modificado son los
presentados a continuación:
— Frecuencia de grabación máxima = 9. O KHz
— Voltaje de entrada a reproducción - 4O mV pp
— Voltaj'e de entrada a grabación = 800 mV pp
taj'e de salida máximo
de cabeza de reproducción = 5 m Vpp
Como nuestro sistema deberá registrar 3" canales en la
misma pista magnética los límites entre canales serán
cal cu1 ados en el si guien te subtema los cuales permitirán
obtener 1 os da tos necesarios para el diseño de 1 os
filtros.
47
3.1.2.- Filtros para grabación y reproducción.-
€1 tipo de
filtros utilizado en este sistema corresponde a los
filtros de Tchebysche-ff los cuáles fueron seleccionados
por Jas mejores características que presentan para nuestro
caso como son:
-Poca distorsión en la banda de paso.
-Corte bastante abrupto cerca de la frecuencia de corte
-Frecuencias de trabaJo menores a 1OO KHz
—Facilidad para la calibración del mismo
—Elementos de fácil acceso en el mercado
El circuito general de estos filtros para orden Zjx es el
siguiente (Fig. 3.2).
Co
Ro/mi
FTL.TRO PftSA fLJOS
Fíg. 3.2
-VccO
J_o,i.
Ro
Co
Ro
T~_mi.w3 p>
m .<.
F3L.TRO PftSA BAJOS
Para orden impar se aumenta una red R—C simple a la salida
del operaciona1f pero prácticamente esta presenta
problemas debido al efecto de carga que le ocasionan los
de más circuitos por lo que aquí. no se le ha tomado en
cuenta.
La formación de un filtro pasa banda se le consigue con la
unión de los dos filtros mostrados en Ja figura.
Los valores de mi,, qi y el inverso de la función de
transferencia del filtro se los obtiene en las tablas para
los filtros de Tchebysceff (ver en páginas de anexos) los
que han sido calculados en base a funciones elípticas.
En los filtros pasa bajos el inverso de la función de
transferencia es la indicada en las tablas, para los
filtros pasa al tos reemplazamos p por 1/p para obtener la
El orden del filtro se cal cula en base a los
requerimientos deseados como son:
— Frecuencia de corte deseada fe
- Amortiguamiento máximo tolerable (Am+x) en la banda de
paso
- Amortiguamiento mínimo (Amj.n) en la banda atenuada a
partir de una frecuencia determinada fa
En la figura 3". 3" mostrada a continuación se presenta la
plantilla de un filtro -
A nín
A nax
Fíg. 3.3
Con los valores de fe y fa podemos calcular la constan te
de separación I/k que para un filtro pasa bajos es:
= fa/fc Ec. 3.1
Para un filtro pasa altos = fc/fa Ec. 3.2
Obtenido l/k? Am+* y A™*,-, en el abaco de los filtros de
Tchebyscheff podemos obtener el orden del filtro que se
necesi ta_, el procedimien to de obtención es el mostrado en
la figura 3", 4 (página siguiente) .
Conociendo el orden de filtro., Am** y ftmín en las tablas
determinamos los valores de mi,qi, Vm y fm estos dos
últimos representan la amplificación de la señal en
f=ffn#fc y son utilizados en la parte práctica para la
calibración del filtro.
En el gráfico 3.4 se puede observar que para las mismas
condiciones de Am+>< y /)mj:^ el orden del filtro aumenta y
por lo tanto su complejidad a medida que disminuya la
constante de separación J./k.
5O
dB
Fíg. 3.4-
Hn nuestro caso se asume una constante de separación
JL/k—1.2 la cual nos permi tiré tener fil tros de un orden no
demasiado al to y que no influirá mayormente en el espectro
audible que 1 e corresponderá a cada canal „
Con relación a los valores de ftmM y AmdLn los cuales
influyen en el orden del filtro as¿ como también en la
calidad de la señal filtrada hemos seleccionado IdB y 2OdB
respectivamente los que satisfacen correctamente en la
cal i dad de la señal fil trada como en la atenuación de
componentes no deseadas.
Los valores de l/kfAm+>t y ^m^n asumidos para el diseño de
casi todos los filtros a excepción del filtro de grabación
del canal 3" para el cuál I/k=2f los fil tros requeridos a
construirse son de 4to orden en su mayoría como se puede
ver en el gráfico 3.4 .
51
¿} continuación se presenta una parte la tabla T13 para los
valores de Afn+>f=ldB ; Am¿n=2QdB para los filtros de 2C"=> y
4to orden..
N
2
4
circuito
1
i
2
a
0.4978
0.1414
1.2056
q
1,8219
7.1666
2.9685
Vi
1.12
3.59
1.01
Fi
0.707
0.973
0.228
Función de Transferencia
(0,907 p2 + 0.9956 p 4 1)
(1.0136 p2 + 0.2828 p + 1)
(3.5791 p2 + 2,4113 p + 1}
El valor de los elementos Ro y Co se cal culan a partir de
la frecuencia de corte para lo cuál se puede asumir un
valor adecuado para Ro ó Co tomando en cuenta la
impedancia de entrada y salida del amplificador
operacional _, que para nuestro caso el LM 3"C>1 es más
recomendado para este tipo de filtros.
Estos valores de Ño ó Co asumidos pueden ser distintos
para cada circuito en filtros de orden mayor a 2 ya que
gracias al Pimp. Op. estos trabajan como módulos
independien tes.
La ecuación
siguiente:
que relaciona estos elementos es 1 a
fe. 3,3
Con el factor de separación igual a 1.2 f sabiendo que el
número de canales es tres y conociendo que 9 KHz es el
ancho total que se puede registrar en el magnetófono
calculamos el ancho de banda BW que utilizara cada canal¿
para lo cual utilizamos la siguiente ecuación:
9-(BW*f3+BW) *f3+BW fe, 3,4
52
9 '2.23W*1.2 +BW->BW*2 , 4 7
Asumiremos BW=2,3O KHz para asegurar Ja grabación de
información del tercer canal_, con este valor los limites
en el espectro de frecuencia serán los siguientes;
CANAL 1 O ~ Btí => Q.00 - 2.30 KHz
CANAL 2 BWffs ~(BW*fs+BW)=L => 2.BQ - 5.06 KHz
CANAL 3 L*fs - L*fs+BW => 6.07 - 8.37
'M Obtenidos los limites de frecuencia para cada canal y 1 as
condiciones para operación de los filtros presento' a
continuación el diseño particular de cada uno de ellos.
Filtros pasa bajos de 4to orden,—
Utilizaremos 3 fil tros de
este tipo (canal 1, canal 2 y reproducción) -con las mismas
características que se indican a continuación:
-frecuencia de corte fc=2.3 KHz
— constante de separación l/k=l.2 -> fa=2.8 KHz
-A* ,=2O dB ;=1 dB
Para estos datos los valores de mi y qi se obtienen en la
tabla T13 para N—4 y son los siguientes:
ml^O.1414 ql=7.1666 m2=1.2O56 q2=2. 9685
Asumiendo valores para Ro utilizando las fórmulas vistas
anteriormente se calcularon los siguientes valores que se
pueden observar en la siguiente tabla.
Valores de elementos para
2. 3KHz
R [KV] C [nF]
un F, P. Bajos de 4to orden a
Ro
5.66.87.58.29.1
1O.O12.015. O
Co
6.1785.0884.6134.2193.8O23.4602.8832.3O7
ml*Co
0.8740.719O. 6520.597O. 538
O. 4890.408O. 326
qlXCo
44.27836.46433. 06130.23927.24824 . 79620.6631 6 . 530
m2$Co
7.4496.1345.5625.087
4.5844.1713.4762. 781
q2*Co
18.34O15.10413.69412.52511.2861O.2718.5596.847
De estos valores los escogidos tomando en cuenta
valores de condensadores que se disponían fueron:
los
Para el circuito 1: Ro=12 KQ Co*ml=47O pF Co^q^=2O nF
Para el circuito 2: Ro~9.1 Kn Co*mv=5 nF Co^q2-ll.3 nF
54
Luego de realizarse las pruebas de laboratorio armando el
circuito en el project board como en el impreso los
elementos que permitieron el funcionamiento del filtro mes
cerca de los requerimientos deseados son los que pueden
observar en el siguiente gráfico (Fig. 3.5).
VCC -1VCC -ISv
22H• /v/\ i
20nF
/[a
jf
rr^ 470P<
1
o
N
4 s 1LH301N
33K
,¿ I\\
ÍL.3rf
}\!\
33K «
^17 22.0 pF
n
r>. SnF
"1
0
< 5
I <S 9 "s
f
rx * ií 'LM301N l \7 .|22> pp
r
^6 VCC +Í2vVCC +12v
Filtro P«M bajo» 4TO Crd«n
Fig. 3.5
Filtro pasa bajo canal 3". —
Este filtro de segundo orden
presenta las siguientes características;
-frecuencia de corte fc~2.3' KHz
-constante de separación l/k=2 => fa=4,6 KHz
dB =J. dB
Para estos datos 1 os valores de mi y qi se obtienen en la
tabla T13 para N=2 y son los siguientes:
ml.=O.4973 ql^J.,3219
55
Asumiendo distintos valores de Ro se obtuvo la siguiente
tabla.
Valores de elementos para un F.P.Bajos de
2.3KHz
R LKQ] C CnFJ
Orden
Ro
3.64.75.66.37. 58.2
1O.O12. O
Co
9.6217.3616.1785.0384,6134.2193.4602.833
ml*Co
4, 7843.6653.O762. 533
2.2962.100
1.7221.435
ql*Co
17.51013.41211.256
9.2708.4057.6876.3045.253
En base a los condensadores disponibles seleccionamos los
siguientes: Ro~ 6.8 Kft ml*Co= 2.6 nF ql*Co= 10 nF~
Luego de las pruebas de laboratorio el circuito con los
elementos definitivos es el mostrado en la fig.3.6
siguiente.
VCC -12v
IBnF
VCC
Filtra 2da Crden
Fig. 3.6
56
Fi1 tro pasa a Jtos.—
Utilizado para obtener la modulación
de banda lateral única para el canal 3 y eliminar 2a
información de los otros canales en el proceso de
reproducción,, es un filtro que debe cumplir con las
si guien tes condiciones.
-frecuencia de corte fc~6.07 KHz
-constante de separación l/k=1.2 => fa=5.06 KHz
,=2O dB +„=! dB
Para estos datos los valores de mi y qi se obtienen en la
tabla T13 para N=4 y son los siguientes:
ml=0.1414 ql=7.1666 m2=1.2O56 =2 . 9605
Asumiendo valores para Co utilizando las fórmulas vistas
anteriormente se calcularon los siguientes valores que se
pueden observar en la siguiente tabla,
Calores de elementos para un F.P.Al tos a 6. 07 KHzC LnFl R
Co
l.O2.23. 95. O
1O.O2O. O25.033. O
Ro
26 . 22O11. 9186.7235.2442.6221.3111.0490. 795
Ro/ml
185. 43O
84 . 28747.54637. 08618. 5439.2727.4175.619
Ro/ql
3.6591,663O. 938O. 732O. 366
0. 1830. 1460. 111
Ro/m2
21 . 7489.8865. 5774 . 35O2.175
1 . O87O. 870O. 659
Ho/q2
8.8334. Oí 52.2651. 767O. 883
O. 4420.3530.268
Se escogió Co—lO nF por lo que los valores de las
resistencias aproximados 'a valores norma2izados en Q
fueron;
Ro/ml=18 K Ro/ql=330 Ro/m2=2,2 K Ro/q2=82O
57
El circuito con los elementos finales es el siguiente
H(
Fig. 3.7
VCC -1oVCC -Í2v
Q
Í0rf/ ,
1
330
ÍO-Fi lí
2
. 3T
\ ."S" s/ a
* 1T"*"!S a É/ . ..- i
750
!/
2
. 3I U I ^1
V*,<r 9
ÍSKLM3B17
1.8K
VCCVCC -Í-12V
Filtro pava alto*
Filtro pasa banda .—
Ls realización de este fiJ tro se hará
en base a la unión de dos filtros un pasa bajos y un pasa
altos los que serán diseñados por separado.
Ambos filtros deben cumplir con las siguientes condiciones
general es :
—constante de separación
dB
Para estos datos los valores de mi y qi se obtienen en la
tabla TJ3" para N=4 y son los siguientes:
m2~JL . 2O5Ó q2=2. 9685
En el fil tro pasa bajos Ja frecuencia de corte es 5 .06 KHz
por lo tanto fa=6.O7 KHz f asumiendo valores para Ro
obtenemos la siguiente tabla.
Val ores de elementos para un F.P.Bajos a 5.06 KHz
R [K&3 C
Ro
1.51.32.23. 6
4. 75.66.87. 58.2
Co
10.4848.7377.1494.3693.3462.8O82.3132.O971. 918
ml*Co
1.4931.2351.011O. 6180.473
0.3970.3270. 2970.271
qlXCo
75.13862.61551 . 23131 . 30823. 9902O. 1261 6 . 57515.02813. 745
m2*Co
12.6401O. 533
8.6185.267
4.0343.3862.7892. 5282.312
q2*Co
31.12325. 93621 . 22O12. 968
9. 933
8.3376.8656.2255.693
Los elementos seleccionados son:
Para el circuito 1: Ro=4.7 Kft Co#ml=47O pF Co*qí=2O nF
Para el circuito 2; Ro=l.O Kfl Co^mz~lO nF Co*q2=25 nF
Luego de realizarse las pruebas de labora torio el circuito
con sus elementos finales puede verse en el gráfico
(Fig.3.8) a continuación.
Fig. 3.8
VCC +12v VCC +Í2v
59
En el fil tro pasa al tos la frecuencia de corte es 2 . 9 KHz
esto impl ica que fa=2. 3 KHz , asumiendo valores para Co
tenemos la siguiente tabla.
Valores de elemen tos para un F. P . fll tos a 2.8 KHz
C [nFl R [KQ1
Co
i. O2.23. 95. O
1O.O20. 025. O33. 047.0
Po
56.341
25.837
14. 57511.368
5.6842.842
2.274
1. 7221.2O9
Ro/ml
4 Oí . 987182. 7211O3.074
8O.3974O.199
2O.Q99
16.O7912.181
8. 553
Po/ql
7. 9313.605
2.0341. 586O. 793O. 397O. 317
0.24O0. 169
Po/m2
47.147
21 . 43112.O89
9.4294. 7152.357
1.886
1.4291.0O3
Po/q2
19.148
8. 7044.91O3.83O1.915O. 9570.766
O. 58OO.4O7
Se escogió Co=2S nF por lo que los valores de las
resistencias aproximados a valores normalizados en Q
fueron :
Po/ql=33O Q Po/m2=1.8 Po/q2=75O
Luego de rea 1 izarse 1 as pruebas de 1 ahora torio el circui to
con los elementos finales puede verse en la figura 3.9 a
con tinua ci ón .
330
Í6K
FIg. 3.7
VCC -Í2vO
V>CC -Í2vO
5 1?Grtr- 9 1 ia u -
750. . 1
2QrF\lH
2
_ 3T
sj^ 5J 5 4 *
I / 1LM3B1N 1.8K
VCC +Í2V VCC +12v
6O
*r
3.1.3". - Moduladores ó Demoduladores.-
Para una misma
frecuencia Jos moduladores y demoduladores corresponden a
un mismo circuito en Jos cuales cambian unicamente 7as
señales (modulante y salida) que se relacionan con los
otros módulos del sistema las cuales con ayuda del sistema
de control direccionan las seña 1 es u ti 1 izadas.
Este circuito mod/dem está formado por dos subcircuitos:
— El modulador de portadora suprimida que constituye
un circuito general para cualquier frecuencia.
— El generador de la onda sinusoidal.— el cuál determina
la frecuencia a la que se realizará la función de
modulación ó demodulación.
Modulador"/Demodulador.—
Se utilizará un circuito modulador
en amplitud con portadora suprimida por las siguientes
razones:
— Aprovechar de mejor forma 1 a zona comprendida entre
saturación y remanencia que presentan las cintas
magnéticas y asi evitar grabar una señal que no contiene
información y limita la amplitud de las señales de los
tres canales.
- Evitar el aparecimiento de una señal audible de baja
frecuencia que puede ser tomada como ruido en el caso que
se produzca una variación en la frecuencia que nos
proporciona el oscilador.
6JL
na tema ti camen te la modul a don en ampl i tud con portadora
suprimida se expresa de 1 a siguien te forma ;
(t) = * eos wt
Donde f(t) es la señal vocal en banda base a ser
modul ada .
En el proceso de demodulación s(t) actúa como señal
modulante por lo que a la salida tenemos:
sl(t) = s(t) * eos wt
sus ti tuyendo :
sl(t) - -f(t) X eos eos wt = f(t) * wt
sJ.(t) = * [J. - eos 2utJ
Aplicando Ja transformada de Fouriery gráficamente los
espectros de frecuencia de f ( t ) f s ( t ) y s i ( t ) pueden
observarse en el siguiente gráfico Fig. 3.J.O
Fíg. 3.10
nurcurxcu
FOO
a
62
El circuito modulador con portadora suprimida '*a
implementarse ha sido tomado de una de las aplicaciones
del LM 1496 (pégs. anexos) hay que tomar en cuenta los
siguientes datos que han sido tomados en el laboratorio
para que su funcionamiento sea eJ más adecuado;
- Voltaje de entrada para portadora 0.4v pp
- Voltaje de entrada para modulante 1.Ov pp
- Voltaje de salida (señal mod/dem) 0.2v pp
El circuito u ti 1 izado para los dos moduladores puede
observarse en el siguiente gráfico Fig. 3.11
.ir-rvcc -nao
MODULADOR CON PORTADCRA SUsR3>trDñ
Fíg- 3.11
03-
DS.se.no del Oscilador. —
La frecuencia de los osciladores se
determina a partir del ancho de banda BW de cada canal de
información y la constante de separación k que existe
entre ellos.
Así la frecuencia para el primer oscilador
fj. = BU+k.BU = BW(l+k)
para el segundo
f¿ = (fl-t-BW) (1+k)
en general
f^ rr (f^-j. +BU) (1 +k ) Ec. 3.5
donde f0=O
El circuito que se implementará para la obtención de la
onda senoidal es el constituido por un generador de onda
cuadrada., en base a un disparador de Schmitt y un fil tro
pasa bajo de segundo orden,, el cuál se encargará de
obtener la amplitud deseada para la frecuencia fundamental
y eliminar los armónicos no deseados que se encuentran
presentes en la onda cuadrada.
Estos circuitos se realizarán en base a la u ti 1 iza don de
amplificadores opera don al es (LM 3O1 )
Analisis matemático.—
Partimos de la utilización del
amplificador operadonal como un Disparador de Schmitt
simétrico donde se cumpla:
von = —vo-ff Ec. 3". ó
| von | = Ry*Vcc/(Rx+Ry) Ec. Z, 7
Tanto el circuito del Disparador de Schmitt como su curva
de histéresis pueden verse en la figura 3". 12.
Vo
Von\7
-e-V3
-Vcc
CLI-V» d» Hi«t»r««im.
S_i conectamos una resistencia R entre la salida y la
entrada negativa del operacional y un condensador C entre
Ja entrada negativa y tierra como se muestra en la Fig.
3". J3" obtendremos un aestable cuya frecuencia de oscilación
dependería de los valores de los elementos colocados.
Fig. 3,13
65
La forma de onda que se tendría en el condensador sería la
mostrada a continuación:
-fwo
"TOÍf
VulkUO».
Tloqpo
U U
FIg- 3.
Matemáticamente la ecuación de carga o descarga de voltaje
en el condensador es :
Ve = Vm(JL-e-^^nc) +K Ec. 3.8
donde Vm es Ja máxima diferencia de vol taje existente
entre el condensador y la salida Vo por lo tanto
Vm ~ Vo+Ry*Vo/ (Rx+Ry ) Ec. 3", 9
en t=O
Vc=~Vcc*Ry/( Rx+Ry )=K
en t=tl
Vc=Vcc*Ry/ (Rx+Ry )
Vc= (Vcc+Vcc*Ry/( Rx+Ry ) )t(l-e—**''r*c)- Vcc*Ry/ (Rx+Ry )
simpl i fi cando ;
Ry/(Rx+Ry ) = (l+Ry /(Rx+Ry ) )*(J_-e-*J-''f*c )-Ry/( Rx+Ry )
2Ry= (Rx+2Ry )*(! -e~^^^^^)
e—*J-'nc=J. -2Ry/ (Rx+2Ry )
determinamos : tl-RC*ln (l+2Ry/Rx ) sabemos que: T=2tl
En ton ees (1+2Ry/Rx) Ec. 3". 1O
Esta fórmuJ a encontrada es Ja que nos permite cal cu lar Jos
elementos adecuados para obtener Ja frecuencia deseada.
Rx
Ry
S=M
-12v
RiL
PtI N/S./* 1
2
_J3-
V
4.
A^ 5"S 'i .<?
m
-n
LhGOlN
L CtOft SENC-HX*- *4Fig. 3.15
Como nosotros necesitamos una onda senoidal de una
ampl i tud determinada útil izamos a continuación un fil tro
pasa bajo de segundo orden (Fig. 3.J.5) el cuál es
suficiente para eliminar las demás componentes armónicas
de Ja onda cuadrada que en series de Fourier se expresa de
Ja siguiente manera;
Ec.
Se puede ver que Ja constan te de separación para el peor
de los casos es igual a 3" Jo que es bastan te al ta .
Para obtener la amplitud deseada es importante determinar
la frecuencia de corte para que a la frecuencia deseada
exista Ja atenuación adecuada , sabi&ndo que un fil tro de
2do grado tiene una recta de atenuación de 4O dB por
década la cual matemáticamente se puede expresar:
Ax(dB)*40 log (fx/fc) para -fx>ic Ec.
Ax (dB) "202 og ( Vcc/Vfx ) Ec.
donde (Sf x es el valor de ampl i tud deseado
Por lo tanto la frecuencia de corte del filtro será
fc=fx/l og Ec. S.JL4
Esta ecuación nos permitida calcular los elementos , ra
utilizarse como guia para la obtención del filtro deseado.
Previamente al cálculo de los elementos de los 2
osciladores a ser implementados determinaremos las
condiciones generales que estos deben cumplir para que el
funcionamiento de los moduladores sea el adecuado.
— Vfx = 0.9 v pp como Vcc pp = 24 v =>
Ax(dB) = 201og(24/0.3) =29.54
- Rx=Ry=15O Ktt
Oscilador 3 2.3 KHz--
Para el aestable que nos dará la
frecuencia fundamental utilizaremos un potenciómetro de 1O
KQ para la calibración de la frecuencia deseada,, pero para
el cálculo del condensador C supondremos que R=5 Kfi por lo
que ul tilizando la ecuación 3. J.O tenemos :
C=l/2fR*ln3 para f-2.8 KHz R=5K => C=Z2 . 5 nF
En el fil tro pasa bajos la frecuencia de corte necesitada
será ;
fc=2.8 . 54/40) fc=511.27 Hz
Con los valores de ml=O.4978 qJL=J..8219 obtenidos de la
tabla T13 para un filtro de 2do orden ? asumiendo;
mi ql *Co=3. 6nF ; Co=2nF
Ro=I55.72 KQ
tenemos que
Luego de haberse realizado las pruebas en el laboratorio
los elementos que cumplieron con los requerimientos
deseados son 1 os mostrados en el grá fi co que se presen ta a
con tinuación .
VCC -12v
1 VCC-12V
5 rf 2
H
10K
»%
ÍSZK
1
2
, 3
^J
(
^
^<r~F/ 3 -
^ 1LM301N U7 2-
;
1
J.50K
_j
i©f F
vcc+isv
3 Sr^11 r/ I
2
1S0K -
T^inF
1
0
sj
4
^ 5"S 5 u •^ 5 * 'f\ / iLK381N \
óVCC +12v
Germrmdor d* onJa »«roldal Fl 2.8 KHz
Fig. 3.16
Oscilador 3 6.O7 KHz.-
Para el aestable que nos dará la
-frecuencia fundamental utilizaremos un potenciómetro de
I O Kft para la calibración de la frecuencia desea da ? pero
para el cálculo del condensador C supondremos que R=5 KQ
por lo que ul tilizando la ecuación Oí tenemos :
C=l/2fR*ln3 para f=6.O7 KHz nF
En el fSl tro pasa bajos la frecuencia de corte nec&si tada
será :
fc=6.07 / log~:L(29,54/4O) fc~lJ.O8.38 Hz
Con los valores de ml=O.4978 ql=1.8219 obtenidos de la
tabla T13 para un f il tro de 2do orden ? asumiendo:
ml*Co-lnF ~> ql *Co=3. 6nF;Co=2nF tenemos que Ro=71,83 Ktt
Luego de haberse realizado las pruebas en el laboratorio
los elementos que cumplieron con los requerimientos
deseados son 1 os mos trados en el grá fi co que se presen ta a
continuación .
£«r*r*dor d* onda
Fig. 3.17
F2 3.87 KHz
70
3", i ,4. -fimpli ficadorvs y mumadorvm.-
Los circuitos
utilizados en el diseño de esta parte se basan en Ja
apiicación del LM 3OJ. como ampl ificador de ganancia
negativa como se puede ver en el siguiente gráfico.
VCC-12VO
ViVo
ÓUCC+12v
PmpliTicador" de Ganancia negativa
Fíg. 3.18
Todas las señales sean para grabación o reproducción pasan
por dos etapas de amplificación con ganancia negativa por
lo que no sufren cambios de polaridades con respecto a la
señal original.
Para el diseño de los distintos amplificadores lo más
importante es determinar la ganancia en base a los
voltajes óptimos con que se relacionan los distintos
bloques de este sistema.
En grabación se ha escogido como referencia el vol taje de
salida de los moduladores para todas las señales que
ingresen al sumador de grabación y evitar muítiples
amplificaciones que distorsionarían la información de los
canal es-
PÍ continuación presentamos el diseño particular para
uno de los amplificadores y sumadores:
cada
71
Ampli~ficador de en trada canal JL . —
Es te amplíficador ti ene
como restricciones las siguientes:
- Voltaje de entrada externa medio(Vinx)=0.3 v pp
— Vo=Vo1 taje de sal ida (mod/dem) =O.6 v pp
En este caso su ganancia será; fi=Vo/Vinxm=Q.ó/O,3=2
La amplificaciún en eJ circuito /Va ser útil izado es:
ft=-Rf/Rl Ec. 3.15
Si asumimos Rf=39 KQ entonces Rl=18 KQ
EL gráfico de este amplificador puede observarse a
continuación -
VCC-12Vo
1BK• VSA-
m
39K
nLM301Nr?ó
VCC+Í2V
An^li-ficador Canal l
Fíg. 3.19
72
Amplificador canal 2 y 3" . —
De estos amplificadores depende
el voltaje de entrada a modulación el cuál en su valor
óptimo es J.v ppy este relacionándole con v"in=0.3 v nos da
una ganancia:
A = .i/O.4 = 3"-3" , asumiendo Rf=27 KQ tenemos Rl-6.9 KQ
El circuito implementado para estos amplificadores se
presenta en el siguien te gráfico.
6.8K
FIg. 3.20
VCC-12vO
m
27K
LM381N
o
Canal 2 y 3
73"
Amplificador para Ja cabeza de reproducción. —
Este
amplificador está suJeto 3 Jas siguientes restricciones:
Voltaje entregado por la cabeza de reproducciones mV pp
En reproducción Vo-Voltaje de entrada modulante~l.O v pp?
por lo tanto Ar = 1/O.OQ3 - 2OO
Asumiendo Ñf=22O Kfi tenemos: RJ.r-1-2 KQ
El gré fi co de es te ampl i fi cador se mués tra a con tinua don .
(
jN 3.SK 2¡sJ
>
220K
4
L 5v " "^S» ^ u • ^°
3 , ^ 9 *— T
S\
¿
r\1JO0ÍN U7 30) f
^VCC+Í2V
Anp I i-Picador Cabeía d» Reproducción
FIg. 3.21
Mezclador para reproducción-—
Este amplificador se? encarga
de tomar las señales seleccionadas provenientes de los
demoduladores o del amplificador de la cabeza de
reproducción y adecuarlas para que ingresen a los
circuitos finales de reproducción.
Las señales tomadas vienen con una amplitud que es igual
al yol taje de salida de los demodul ador es en reproducción
esto es 8O mv pp para el canal 2? 25 mvpp para el canal 3",
/ para el canal 1 esta señal tiene una amplitud (l.O v pp)
igual al voltaje de entrada a los demoduladores de la
señal modulante,
Como el voltaj'e de entrada a reproducción es 4O mv pp
Para el canal 2 la amplificación necesitada será:
Asumiendo Rf=3.6 KQ entonces R2=6 . 8 KQ
Para el canal 3" 1 a ampli ficación necesi tada será :
P>=4O/25=1 .6
Conociendo Rf=3,ó KQ entonces R2=l . 5 KQ
Para el canal 1: A1=Q.O4 /1,O= 0, 04 => Rl=R-f/Al=82 KQ
El circuito impl ementado puede verse en la figura 3.22.
SSK
s.ak3N 2 • W* 1
M*acl
f
i Sf1
3 ¿~3.6K
^S^ 6 _ ^M IT-
, 3 . ^ 8 " - '
r
actor
U-
nvccí
» de F
r"\ 1I.J13O1N 1^7 izO^F
l'&proei-icci on
Fag. 3.22
75
Sumador para grabación.—
Este amplificador se encarga
de tomar las señales a ser grabadas provenientes de los
fil tros respectivos y adecuarlas para que ingresen a los
circui tos de grabación .
Estas señales ''Ja ser sumadas vienen con similar ampl itud
semejante al voltaje de salida de los moduladores (O.4vpp)
para el canal 3f ( 0 , 6v pp) para los canales 1 y 2
Como el voltaje de entrada a grabación adecuado realizando
una compesación debido a la respuesta de frecuencia
cabeza—cinta magnética para los tres canales son :
Canal 1=0.6 v pp y Canal 2=O . 8 v pp y Canal 3=1 . O v pp
La ampl i ficación necesi tac/a será :
Ai.=Q.6/Q. 6=1. O A2=O. 8/O.6=l .33 ft3=l. O/O. 4=2. 5
Asumiendo Rf=lO KQ entonces :
Rl=10 KQ R2=6.9 Ktt R3=3 . 6 KQ
El Gráfico del circuito implementado puede
continuación.
verse
IN 1 ^' T .
IN 2 _ ^T"^' * > V '
JN 3 3 .&<
Sumador F
r
jara
va
3
va
GraJ
••
s.
>
31
1 10K
4
"S ^ n • OLrrv? g • •
í^\ ¡/ j
LM30ÍN U7 33.fFI-12v
icionFig. 3.23
76
3.1.5.- Sistema de Control.-
Es el encargado de
Ínter común i car a los distintos bloques que constituyen el
sistema para lo cuál este se a gubdividido en 4 partes:
— Control canal 1 - —
Real iza 1 as siguientes conexiones.
En grabación: coloca a la de entrada del filtro pasa bajos
1 la salida del amplificador de entrada del canal J., y
pone a tierra la entrada J. del mezclador de reproducción.
En reproducción: une la sal ida del amplificador de 1 a
cabeza de reproducción a la entrada del filtro pasa bajos
_Z y la sal ida de es te a la en trada 1 del mezclador de
reproducción.
Esto puede realizarse con 2 selectores de vías 2/1
controlados por un mismo dato(reproducción canal 1 Rl y
grabación canal 1 Gl) como se ve en el siguiente gráfico.
Vo A.C.i
Vo ft.C.R? Ri"
Fig. 3.24
Vo F.P. Bajos i
INr.P. Bajos i IN 1 Mezclador R.
77
— Con trol canaJ 2. —
Rea liza las siguí en tes con exiones,
En grabación: coloca a la de entrada del modulador FJL la
salida del filtro pasa bajos 2, pone a tierra la entrada 2
del mezclador de reproducción, y une la sal ida del
modulador Fl con la entrada del filtro pasa banda.
En reproducción: une la salida del amplificador de la
cabeza de reproducción a la entrada del filtro pasa banda
ya la salida de este a la entrada del demodulador Fl, y
la salida de este a la entrada 2 del mezclador de
reproducción.
Es to puede rea 1 izarse con 3" selectores de vías 2/1
controlados por un mis/no dato (reproducción canal 2 R2 y
grabación canal 2 G2) como se ve en el siguiente gráfico.
Vo FFB 2 Vo mod Fl Vo Den Fi. G2, , G5- - R2_
Fi " , If F.P.Baoda ^^_J^ 2 Mraclacfar R.
Vo F.P,Baida Vo fl.C.R.
Fig. 3.25
78
— Con trol canal 3". —
Realiza las siguientes conexiones.
En grabación: coloca a la de entrada del modulador F2 la
salida del filtro pasa bajos 3", pone a tierra la entrada 3"
del mezclador de reproducción, y une la salida del
modulador F2 con la entrada del filtro pasa altos.
En reproducción: une la salida del amplificador de la
cabeza de reproducción ala entrada del filtro pasa al tos
y a la salida de este a la entrada del demodulador F2y y
la salida de este a la entrada 3 del mezclador de
reproducción.
Esto puede realizarse con 3" selectores de vías 2/1
controlados por un mismo dato (reproducción canal 3" f?3" y
grabación canal 3" £?3') como se ve en el siguiente gráfico.
FF6 3- 03-
Vo Dem F2Vo mod F2- G3-, U^F.P.Alto»F2
F.P.filtos
Fig. 3.36
Vo A.C.R.
79
- Control G/R general.-
Determina el funcionamiento de los
módulos de grabación o reproducción en el magnetófono
modificado.
Realiza las si guien tes conexiones.
En grabación une la salida del sumador de grabación a la
entrada de grabación en el magnetófono y permite el paso
directo de la señal proveniente de la cabeza magnética a
los circuitos de reproducción en el magnetófono.
En reprodución une la señal proveniente de 1 a cabeza
magnética a la entrada del amplificador de la cabeza de
reprodución y la sal ida del mezclador de reproducción a la
entrada de 1 os circuitos de reproducción en el
magnetófono.
Esto puede realizarse con 3" selectores de vías 2/1
controlados por un mismo dato (reproducción R y grabación
6) como se ve en el siguiente grafico.
Vo Sumador G.
_i IN GribacionMagnetófono
IN/OUT Cabeza Magnética
Vo F.P.Bajos 4
IN PM3, CabaaaReproducción
OUT (Rabadán
IN Reproducción
Fíg. 3.27
80
.3M,ó.- Fuente de alimentación.-
Para el funcionamiento de
todos los bloques del sistema de grabación necesitamos una
fuente de energía de dos polaridades +12 v y -12 v de
voltaje continuo.
En lo relacionado con la corriente que deberá suministrar
esta en el orden de 1OO mA tanto para 1 a polaridad
positiva como para la polaridad negativa.
Para el diseño de esta fuente de 2 polaridades hemos
partido de la utilización de un transformador de toma
central en si secundario^ el cuál debe tener una relación
de transformación en el rango de 11Q/1O-3O v entre un
terminal y el punto central y estar en capacidad de
suministrar una corriente mayor a 5OO mfi sin calda de
tensión en el secundario.
Este transformador luego de pasar por un puente de diodos
para rectificación de onda completa se obtienen las dos
polaridades con relación al punto central del
transformador(tierra del sistema) como se pude observar en
la figura.
1
U0v AC 1
-.1?
f iTransformador TC
_ D X
¡
03
^ V
1 D2
. <M>
ÍD4
Fíg. 3.28
81
ft continuación colocamos condensadores del voltaje
adecuado y alta capacidad para eliminar el rizado de 6O Hz
de la linea,, los rectificadores de voltaje de precisión
positivo(LM 7912) y negativo (LM 7912) los que están en
capacidad de suministrar la corriente deseada.
Entre la salida de los rectificadores y tierra se deben
colocar condensadores > 1O i¿F. , para eliminar el rizado de
alta frecuencia que producen estos y pueden causar
interferencia en los bloques de modulación de nuestro
sistema.
El siguiente gráfico (Fig. 3.29} muestra el circuito
implementado para la fuente de alimentación.
LH 7812 VCC +12 V
|3-fr.
Transformador TC
Fíg. 3.29
VCC -12 V
92
EL
*
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ot
J
1 í
~Í
1
líf
3.4.—Comprobación y toma de resul tados del fundón a mi en to
parcial y total del sistema.—
Los resul tac/os que se
presen tan en tablas y gráfieos corresponden a 1 as
características de respuesta de -frecuencia de los fil tros
implementados en este sistema,, así. como también las
características de voltaje en los moduladores y las
relacionadas al consumo de potencia del sistema total
construido.
El procedimiento seguido para obtener estas
características se basa principalmente en la utilización
de 1 os siguientes instrumentos :
Un generador de onda senoidal de frecuencia variable el
cual es empleado como señal de entrada para todos los
canales de grabación y también reemplazando a la señal
proveniente de la cabeza de reproducción, lo que nos
permite tener el barrido de frecuencia deseado para la
comprobación de los filtros.
Para medir los resultados en los puntos deseados del
circuito se utilizó un osciloscopío con el cual a más de
medir con precisión los voltajes se pude observar la forma
de onda lo que permite determinar si existe o no
distorsión en las sal idas con respecto a las señales de
entrada.
Los datos tomados para la obtención de las características
de respuesta de frecuencia de los filtros se presentan a
continuación:
Fi1 tro pasa bajo de 4to orden.—
Los val ores tomados y
calculados para una misma amplitud de la señal de entrada
se presentan en el siguiente cuadro.
Vín = 8OO mV pp
Frecuencia[KHzJ
0.51.0
1.21. 51.92. O2.3
2. 52.83.03.54.05. O6.0
VonLmV]
80062O54 O42042040O33O14O
9O6O3O16
4—
AtenuaciónCdB]
O2.21
3.415. 595. 596.027.69
15.132O.OO22.4928.5133. 9746. O2»
La respuesta de frecuencia de este filtro puede observarse
de mejor forma en el siguiente gráfico.
dB
is
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FRECUOCIfl Wi
HSroSTI K mCIDKlft riLTO NttA VUK K 410 (BO
Fíg- 3.30
84
Filtro pasa bajo de 2do orden.—
Los valores tomados y
calculados para una misma amplitud de la señal de entrada
se presen tan en el siguien te cuadro .
Vin = BOO mV
Frecuencia[KHz]
0.51.01.52.02.32.53. O3.54.05. O6.0
VonCmVJ
aoo9OO34 O6BO54 O48O34024 O20O13O
9O
AtenuaciónCdBJ
O-1.O2-O.421.413.414.437'. 43
1O.45
12.0415.782O.OO
La respuesta de frecuencia de este filtro pude
de mejor forma en el siguiente gráfico.
observarse
2 3 4 5FflttUDCIA ttü
K TOODCIfl riLTM PASA KUOS K 24* QDCMFig. 3.31
95
Filtro pasa alto de 4to orden.—
Los valores tomados y
calculados para una misma amplitud de la señal de entrada
se presentan en el siguiente cuadro.
Vin = QOO mV
FrecuenciaÍKHzJ
O, 51.02.03, O4.0
4. 55. O5.56,O6.5
Von
Lmv]
—
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3O8O
16O3OO440760920
AtenuaciónCdBJ
»»»28.512O.OO13. 97
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-0.21
La respuesta de frecuencia de este filtro pude observarse
de mejor forma en el si guien te gráfico.
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EsmsTfl JE roa»cM FHTHJ w» «LTOS SE «TO OZBEMFíg. 3.32
96
Filtro pasa banda de 4to orden,—
Los valores tomados y
calculados para una misma amplitud de la señal de entrada
se presentan en el siguiente cuadro.
Vin = aOO mV
Frecuencia[KHz]
0. 5l.O2. O2. 52.93. O3.33.54.55.05.56. O6. 5
7.0
Von[mVJ
-
10
1OO32058O76 OQ2OQOO80076O52O32O2OO16O
AtenuaciónCdB]
»38.0618.06
7. 952.79
0.44-0. 21
O.OOO.OO
0.443.747. 95
12.0413. 97
La respuesta de frecuencia de este filtro pude observarse
de mejor forma en el siguiente gráfico.
29
U 15c
U»I
A
2 3 4 3 6 7FBKUENCIA tote
muera g nscccrfl rara PIUSA KWM K 410Fíg. 3.33
87
Moduladores.—
Los valores medidos son los siguientes.
Fl.-
Portadora: 2.8 KHz 114O mV
Amplitud modulante: J.OOO
Salida modulada: 1OOO
F2.-
Portadora: 6.Q7 KHz 11ÓO
Amplitud modulante: 10OO mV
Salida modulada: 1OOO mV
Estos valores fueron obtenidos utilizando como modulante
una señal senoidal de 1 KHz de frecuencia con la amplitud
indicada .
Alimentación.—
En lo relacionado con el consumo de potencia del sistema
de grabación se tomaron los siguientes resultados
presentados a continuación:
Voltajes utilizados: +12 V -12 V
Corrientes consumidas: +6O mA —5O mA
Potencia total consumida: 1.32 A/
98
Grabación — Reproducción de
Para Jas mismas condiciones de Ja señal de entrada [O. 4 vj
en los tres canales se realizaron las siguientes pruebas:
£ . - Grabación si muí tan e a en los tres canales
B.— Grabación en un solo canal
C . - Gra ba ci ón can a 1 por cana 1 en la mi sma pi sta
El método para obtener los resultados fue medir los
yol tajes de los diferentes tonos en la reproducción para
cada canal en la salida para el parlante manteniendo el
volumen constan te .
Los resul tados medidos en las pruebas ft y B fueron 1 os
mismos obteniéndose los valores indicados en el cuadro
mostrado a continuación,
Sa 1 ida Parí an te [v]
Tono [Hz]
6OO12001800
Canal 1
JL.O0.90.6
Canal 2
O. 960. 900.6O
Canal 3"
O.6OQ.ÓOO. 52
Se observo que no existía corrimiento de frecuencia.
Para la prueba C grabando en la secuencia de mejor
respuesta, esto es primero eJ canal 1 luego el 2 y
finalmente el 3" se obtuvieron los siguientes resultados.
Se utilizo como entrada una señal un tono de O.4 v de
5OO Hz
Sa 1 ida Parí an te [v]
Secuencia
J.2•J
Canal 1
l.OO.6Q0.46
Canal 2
—l.OO. 5
Canal 3"
--O. 66
99
4.1.- Disposición física y utilización d»l oquipo.-
sistema de grabación construido que permite almacenar la
información de tres canales en la misma pista magnética.
Físicamente esta conformado por dos módulos generales;
En el primer módulo C3-M3 s& encuentran los circuitos
diseñados, los controles para cada canal? las entradas de
señales vocales para cada canal.
El segundo módulo [2M] esta formado por el magnetófono
modificado con sus controles respectivos,
El gráfico (FS.g. 4.1) mostrado a continuadon nos da una
visión general del equipo construido.
VISTA GENERAL BEL EQUIPO BE CttMCIQN CONSTRUÍ»
CUU
Uoluhtn
nnnnnn X
I N i I I N 3
I N 2
FIg. 4.1
L '
ano w[211
Cables dt Inltrcontxion
run¡nfl
9O
Internamente el t-LMJ presenta la disposición física
mostrada en las figuras 4.2 y 4,3 presentadas a
continuación,
5ISTOSICIOK FÍSICA INTONA 5EL EifllDISTA
SALIDA CABLES_TL
INi
[ N 2
I N 3
IN AC
IÍ0Ü 60 H2
Fíg.
•-AC/DC
DISPOSICIÓN FISICft INTERNA SEL ClfU
VISTA LATERAL
IN C
TftRJETft MODULO PRINCIPAL TRANSFORMADOR
TARJCTAFUENTE AC/DC
u
IN ua vFíg.
91
El ClM] presen ta 1 as
siguientes características ;
— Dimensiones exteriores: 26 cm de largo X 12 cm de ancho
$ 4.7 cm de espesor
— Peso : 7OO gr. aprox .
— Consumo eléctrico total : 1.5 W máximo
- Fuente de alimentación 110 v AC
El L2.ni presenta las siguientes características:
- Dimensiones : 27.5 cm L * 8 . 5 cm fincho X 13 cm Alto
- Peso : 1.1 Kgr.
— Consumo de energía : 6 kf .
— Potencia de salida Audio : 1 A/.
— Fuente de alimentación 110 v AC ó ó v DC
La manera de manejar el equipo es sencilla y muy simi lar a
la operación de los magnetófonos comunes, en el se deben
tomar en cuenta 1 os siguientes puntas:
- €.1 interruptor del [1M] Tape/Radio debe colacarse
siempre en la posición Tape
— Los canales activos son aquellos que coinciden la
posición de su respectivo interruptor con el modo en que
se encuentra el magnetófono G/R
92
4.2.- Aplicaciones.-
Este sistema de grabación construido
debido a su característica principa} de almacenar Ja
información de 3" canales en una misma pista magnética
presenta las siguientes aplicaciones que enumeraremos a
continuación:
- Puede ser útil izado para grabar información de
señales vocales simuítáneamente en sus tres canales de
fuentes independientes al sistema.
- Est¿t en capacidad de reproducir la información
almacenada en sus tres canales simultáneamente lo que
sirve para mezclar información y lograr varios efectos
especial es.
— Puede grabar señales de baja frecuencia ( < 1OO H )
en los canales 2 y 3 gracias al procedimiento de
modulación al que se encuentran sometidas la información
de estos dos canales.
4.J.- UtlJldmd**.-
Las principales u ti 1 i dades que es te
sistema de grabación presenta son:
— Permite que un cassette para magnetófono almacene
el triple de información de señales vocales^ lo que
implica tener más información en un menor espacio físico.
— La información almacenada especialmente para los
canales 2 y 3 se encuentra camuflada en forma análoga para
los otros sistemas de grab¿ición comunes en el mercado.
— Basándose teóricamente en el diseño de este sistema
se puede construir un sistema para grabar simultáneamente
12 canales., lo que permitiría grabar información de datosdigitales provenientes de salidas paralelas.
93"
4-4.- Comentarios y conclusiones. -
— La respuesta de frecuencia obtenida en los fil tros
diseñados tuvo ciertas variaciones con relación a los
parámetros teóricos debido a que se emplearon elementos de
valores normal izados^ variaciones que influyen muy poco en
el obtenimien to de 1 a señal deseada ,
— El fil traje de las señal es a ser grabadas o
reproducidas es indispensable para aprovechar lo mejor
posible el espectro de frecuencia que puede ser grabado o
reproducido asi como para obtener que la información de
cada canal sea independiente de los demás canales.
— El equipo de grabación construido está calibrado
para utilizar como medio de almacenaniento toda clase de
cinta magnética, pero es importante tomar en cuenta que la
calidad de las señales registradas variarán de acuerdo a
las características físicas de la cinta magnética
empl eada .
- Los mezcladores o sumadores empleados tanto en
grabación como en reproducción a más de unir las señales
de 1 os di fe r en tes canales tienen como fun ci ón a di ci on al el
de realizar compensaciones de frecuencia en la unión de
los espectros correspondientes a cada canal tomando en
cuen ta la respuesta de frecuencia que presen tan la cabeza
Y cin ta magnéticas como base .
— La existencia en pequeña proporción de doble*!f
A información de baja frecuencia que puede detectarse en
reproducción de las señales que han sido moduladas y
¿ demoduladas se debe a que las frecuencias menores en 1OO
j Hz a la frecuencia de corte del filtro pasa altoi¿; respectivo no son e 1 imi nadas totalmente ya que estas se
encuentran den tro de la zona transición del fil tro.
94
— Los osciladores responsables de fijar la frecuencia
para los circuitos de modulación y demodulación deben ser
construidos con elementos que garanticen va 1 ores
constantes con el paso del tiempo y con respecto a las
variaciones de temperatura ya que cambios en los valores
de estos implican aumento o disminición de frecuencia lo
que determina la existencia de corrimiento de frecuencia
durante la reproducción de señales vocales previamente
grabadas.
Para que una información de señal vocal siga siendo
entendible se acepta un corrimiento de frecuencia máximo
de 5O Hz.
Una forma de evitar el corrimiento de frecuencia es
utilizar osciladodres de cristal de frecuencia fija.
— Para mantener la información de señales
previamentente grabadas utilizamos la superposición de
señales aprovechando la caracteristica de remanencia
magnética que presentan las cintas^ recomendando que
cuando se grabe canal por canal sigamos el siguiente orden
primero el CI y luego el C2 y finalmente el C3" ya que la
respuesta de frecuencia cabeza-cinta magnética no es
constante.
— Se útil izó modulación con portadora suprimida para
obtener un mayor rango para la amplitud de las señales \
ser registradas en la zona de saturación y magnetismo
remanente existentes en las cintas magnéticas.
— El ancho de banda asignado para cada canal es
suficiente para abarcar el espectro de frecuencia
producidos por los diferentes tipos de señales vocales
95
— En general todos los elementos y circuitos
utilizados funcionaron de acuerdo a sus características y
expectativas que se tenían de ellos.
— En la realización de todo proyecto es de gran
importancia para un mejor desarrollo dividirlo a este en
diferentes módulos lo más simples e independientes
posibles r
— La realización de este sistema me ha permitido
relacionarme de una mejor forma con el medio externo en la
'.un de proyectos de ingeniería.
- Todos los conocimientos obtenidos durante mi
formación profesional fueron de gran utilidad para
facilitar la realización y construcción de este sistema de
grabación.
— Durante el desarrollo de esta tesis he podido
palpar la díficil realidad en se encuentra nuestro país
para el desarrollo de la ingeniería electrónica debido a
la falta de variedad de componentes electrónicos y al
elevado costo que presentan los existentes.
— Considero que dentro de la facultad se debería
crear un labora torio exclusivo para el desarrollo de tesis
con disponibilidad de acceso durante todo el año.
96
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Semiconductor .
LMimA/LM2Q1A/LM301 A,Operational Amplifiers
General Descriptioni: . '.The;LM101A.series are general purpose operationalamplífíers whlchr feature- Improved performanceover jndustry. standardslike the LM709.. Advanced
• processing.. technícjues-.make possibte an order ofmagnitude reduction- inMnput currents,- and a--redesígn' of.. the biasing'. círcuitry* reduces thetemperature.. drlft bf Input. current. Improvedspecifícationrinclude:; • .• r- . . • , . - , - • . } • • - ;;_...,.-. ...i.-. — ,j.,.-—»-.-.—"-.--...->-" Offset voltage'3"mV"'rnaxirrium-over.tempera- •.
capacitor. lt has advantages over ínternally com-pensated amplifiers ¡n that-the frequency compen-
• sation can betailored to the particular applícatíon.'For example, in low-frequency círcults ít can beovercompensated:for-increased stabilitymargirr. Or';;the compensation can be optimizad to give more, than a factor of ten improvement in hígh frequen-
cy performance for mosT applicatíons;- ' ' ' ' •
ture(LM101A/LM20ÍA)_• Input current; TCXD nA- máximum over tempera-
.tu.re (UM101 A/LM201^) „. f ' . . i. . . . ,Qffset current 20 hA máximum over tempera-7
ture(LMlOTA/LM201A)-. '. " !.
• Guaranteed dnftcharacteristícs:- - -»-•*- . . -,
• Offsets guaranteedjover entíre- commori mode. .and süpply voltage ranges - . . - •
amplifíer-
This ámplífieroffers-many features wHích make itsapplícatíon nearly-.foolpróofi overtoad protection:bn( tha Ínput.-and' output, no latch-up when thecommon mode. range; is exceededr freedom from.'
. oscillattons.and. compensatiorj: wlth a,singl¿.30 pF_.
In addítion,' the device provides, better accuracy. ancT Fower. noíse in hígh ímpedance clrcuitry.•The- low': ¡nput currents also, make' i! partrcu-"'larly well • suíted for long interval; integrators-
•or tlmers, sample and hold círcuíts and.lovy fra-quency^'vyáveform generatórj."FUrther/replácIng^'""círcuits4- where matched, transistor palrs buffer.the/Inputs of conventíonal IC op amps, Ít cangíve lower offset voltage and drift at a lowercost. •
'The- LM1Q1A is. guaranteed over a temperature T
'range, of -55°C to +í25t>C, the LM201A' from.—25°C to -f85°C;. and the LM301A from"' 0°C
Schematic** and Connection Diagrams.(Top.vie
DuiMn-Üna Packitg» '
Ord»rNumb«r LM101AJ-14,UM301AJ-14orLM301AJ .
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