Señal de bias
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COMPONENTES ACTIVOS UTILIZADOS EN CIRCUITOS DE AUDIO (FILTRADO Y AMPLIFICACIÓN)
SEMICONDUCTOR TIPO PN, Unión PN:
La uníón PN es la base para cualquier dispositivo semiconductor.Los materiales semiconductores son aquellos que en función de ciertas condiciones que explicaremos a continuación se pueden comportar como aislantes o como semiconductores. Los más habituales son el silicio y el germanio. Cuando a un cristal de SI se le excita con energía térmica es muy probable que empiece a haber algún electrón libre. Si este cristal se expone a una corriente eléctrica cada huevo atraerá un electrón de la misma y es entonces cuando el cristal de silicio se convierte en un SEMICONDUCTOR Intrínseco.
SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS :Para incrementar la conductividad en el semiconductor el cristal de Si debe ser dopado mediante la inserción de impurezas de algún material. Si le insertamos un material pentavalente estas impurezas donaran un electrón adicional por cada átomo pentavalente y a este semiconductor se le llama SEMICONDUCTOR TIPO N.
Un semiconductor tipo “N” es un semiconductor de Ge o de Si dopado con impurezas de P o As y que donan un electrón por cada átomo porque son átomos pentavalentes. Al polarizarlo los electrones libres son atraídos por la terminal positiva y los huecos son atraídos por la terminal negativa. Donde se unen los materiales mencionados se conforma con la:
LA Unión P-N
Un semiconductor tipo “N” es un semiconductor de Ge o de Si dopado con impurezas de P o As y que donan un electrón por cada átomo porque son átomos pentavalentes. Al polarizarlo los electrones libres son atraídos por la terminal positiva y los huecos son atraídos por la terminal negativa. Donde se unen los materiales mencionados se conforma con la:
Línea DE Unión
Los electrones libres del material tipo “N” se mueven por todas partes e incluso algunos atraviesan la línea de uníón.LA Unión P-N (DIODO) POLARIZADA EN DIRECTA:
El diodo es un elemento de circuito no lineal. Un circuito lineal es cuando el voltaje y la intensidad son directamente proporcionales. Para polarizarlo en directa el material tipo N se conecta al polo negativo y el material tipo P se conecta al polo positivo.LA Unión P-N POLARIZADA EN INVERSA (EFECTO ZENER)→
Polarizar en inversa es cuando la placa positiva se encuentra conectada a la regíón “N”, donde los portadores de cargas mayoritarios son donadores y la placa negativa se encuentra conectada a la regíón “P”. Los electrones del semiconductor NO se sienten atraídos por el polo positivo y entran en el cable conductor formando una pequeña corriente para pasar al semiconductor tipo P, cambiándose con los huecos de este material e intentando pasar nuevamente a la placa positiva.LED
es un diodo semiconductor que emite luz. La luminiscencia se produce como resultado de la circulación de una corriente en sentido directo a baja tensión a través de un cristal dopado, que contiene una uníón PN. La estructura del chip de los diodos LED, al contrario de lo que ocurre con los diodos comunes, no emplea cristales de silicio (Si) como elemento semiconductor, sino una combinación de otros tipos de materiales. El color de luz emitida por los fotones de un LED en particular se corresponde con una determinada frecuencia del espectro electromagnético visible al ojo humano.DIODO LÁSER:
es una fuente de luz. Utiliza una uníón semiconductora p-n colocada en una cavidad reflectora. Los fundamentos físicos del láser se basan en fenómenos cuánticos como son la absorción, emisión espontánea y emisión estimulada. Para ello se precisa de una fuente externa de energía que es la que nos creara la emisión láser.Lo que diferencia a un láser de otras fuentes de luz es el mecanismo físico por el que se produce la emisión de luz, que basa en la emisión estimulada, en contra de la emisión espontanea que es la responsable de la mayor parte de la luz que vemos. El hecho de que la emisión estimulada produzca dos fotones idénticos a partir de un fotón inicial es precisamente lo que permite amplificar la luz y es también responsable de que la luz generada por emisión estimulada sea coherente.
DIFERENCIAS DEL DIODO LÁSER CON UN DIODO LED
En función de la corriente que este circulando por la base del transistor se comportará de alguna de las siguientes formas: Corte.Saturación.Activa Transistor de efecto de campo:
Es bastante similar al BJT con la diferencia de que este se regula mediante tensión en lugar de corriente debido a que tiene una impedancia de entrada alta. Alguna de las grandes virtudes de los transistores de efecto campo son su menor consumo y su rapidez a la hora de cambiar de estado.
El MOSFET
Controla el paso de corriente eléctrica mediante entre un terminal fuente, y otro llamado drenador, mediante la aplicación de corriente en un tercer terminal llamado puerta. Modificando la tensión eléctrica aplicada a la puerta aparece y desaparece un canal conductor que conecta o desconecta la fuente y el drenador permitiendo el cierre y la apertura del interruptor.
Polarización de un transistor→Se entiende por polarización de un transistor las conexiones adecuadas que hay que realizar con corriente continua para que pueda funcionar correctamente. En el caso del audio el transistor es utilizado comúnmente en aplicaciones de amplificación de potencia.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
El nombre de amplificación operacional proviene precisamente de ser usado inicialmente para realizar operaciones analógicas. Junto con el transistor, el A.O. Es el elemento más utilizado en los circuitos de audio analógico. Cuando el AO se realimenta, el circuito trabaja en bucle cerrado. Cuando no existe realimentación, opera en condiciones de lazo abierto.
Alimentación del amplificador operacional:
Es necesario aplicar, al menos, una fuente de alimentación continua, pudiendo ser las dos fuentes e tensión iguales pero de signo contrario respecto a masa. La selección de los valores de tensión de alimentación y el tipo de alimentación depende de la aplicación en la que deba trabajar.
ETAPAS:
Los diseños varían entre cada fabricante y cada producto, pero todos los AO tienen básicamente la misma estructura interna: Amplificador diferencial: Baja amplificación de ruido y gran impedancia de entrada.
Amplificador de tensión: Proporciona una ganancia de tensión. Amplificador de salida: Proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria.
Amplificador operacional ideal
: infinita ganancia en lazo abierto, infinita resistencia de entrada, corriente de entrada cero…
El audio digital es una tecnología altamente sofisticada, utilizando la vanguardia de muchas áreas de
ingeniería y producción. A pesar de que los conceptos fundamentales empezaron a establecerse en la
segunda década del siglo pasado.
Los datos binarios se pueden codificar en formas de medios de comunicación como: 1 ó 0 lógicos,
on/off, voltaje o no voltaje.
Señal analógica entrantefiltro antialiasingConversión A-D [Muestreo, cuantización y codificación].
Muestreo: Proceso por el que se obtiene una serie de muestras o datos de una señal analógica en
unos instantes de tiempo determinados. Una señal analógica es continua por naturaleza. La señal
analógica se digitaliza con una frecuencia de muestreo f, con 16 niveles de cuantificación y una
codificación de 4 bits por muestra.
Existen varios sistemas de muestreo: muestreo natural y el simple and hold (S/H)
Teorema de Nyquist: Este teorema nos dice que una señal continua puede ser reemplazada por una
secuencia discreta de muestras sin pérdida de información. La frecuencia de muestreo debe ser
mayor que el doble de la frecuencia más alta que se va a grabar.
Filtro Antialiasing (Paso bajo): Es un aparato que corta todas las frecuencias que estén por encima de
cierto punto, evitando los ruidos analógicos. Sirve para eliminar los efectos de solapamiento (aliasing),
un filtro de paso bajo se coloca antes de la etapa de conversión A-D.
Sobremuestreo: El sobre muestro es un proceso que se utiliza normalmente en los sistemas de audio
digital profesionales y del consumidor para mejorar las carácterísticas de anti solapamiento de un filtro
Nyquist.
Cuantificación: La cuantificación consiste en dividir el rango de amplitudes en un número limitado de
intervalos, de forma que las muestras que estén dentro de un mismo intervalo tomen el mismo valor.
A mayor número de niveles de cuantificación, más fiel será la representación de la señal analógica. La
cantidad de valores posibles está determinado por la longitud de los datos binarios.
La sustitución de la amplitud real de las muestras de ondas por una amplitud aproximada se denomina
error de cuantificación.
*Cuantificación uniformeValores infinitos a los intervalos de la señal analógica (1 ó 2). Si todos estos
valores son uniformes se denomina cuantificación uniforme.
El error de cuantificación es la diferencia entre el valor real de la señal y el valor que se le asigna una
vez que se ha codificado.
Número alto de intervalosReducimos el error de cuantificación
Codificación: Es la última etapa en PCM (modulación por pulsos modificados). Mediante la codificación
se representan las muestras cuantificadas mediante una secuencia binaria de unos y ceros.
La codificación consiste en agrupar y organizar los datos de audio digital, junto con sus códigos de
corrección de errores, en estructuras superiores que puedan ser identificadas por el sistema.
• Mediante la codificación se representan las muestras cuantificadas mediante una secuencia
binaria de unos y ceros
• El primer bit P, indica la polaridad de la muestra
• El grupo A identifica 8 segmentos para cada polaridad
• El grupo B identifica a los 16 intervalos posibles de cada segmento.
DITHER o DITHERINGConsiste en la aplicación INTENCIONADA de ruido (blanco o rosa) con un error
de cuantificación aleatorio con el fin de eliminar el error de cuantificación en la digitalización de audio ,
y por consiguiente mejorar la calidad de la señal. S/N=20logN+1.76
LÁSER | LED |
Más rápido | Mayor estabilidad térmica |
Potencia de salida mayor | Menor potencia de salida, mayor tiempo de vida |
Emisión coherente de luz | Emisión incoherente |
Construcción más compleja | Más económico |
Actúan como fuentes adecuadas en sistemas de telecomunicaciones | Se acoplan a fibras ópticas en distancias cortas de transmisión |
Modulación a altas velocidades, hasta GHz | Velocidad de modulación hasta 200 MHz |
TRANSISTOR:
Inventado en 1951 es el componente estrella, pues inició una revolución en la electrónica. Es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple las funciones de amplificador, oscilador, conmutador y rectificador. Tiene la estructura de dos diodos en oposición: NP / PN y PN/NP Transistor bipolar o BJT
:
Consta de tres cristales semiconductores unidos entre si. Según como se coloquen los cristales hay dos tipos básicos de transistores bipolares.
Transistor NPN:
En este caso un cristal P está situado entre dos cristales.Transistor PNP
En este caso un cristal N está situado entre dos cristales.Amplificador operacional real:
ganancia en lazo abierto, resistencia de salida no cero, presencia de ruido térmico, corriente de salida limitada..
CONFIGURACIONES Básicas:
Amplificador inversorSeñal de salida invertida.Amplificador no inversor→Realimentación negativa. Seguidor de tensiónConvertidor Digital-Analógico (R-2R)(DAC)→Los códigos no contienen información sobre el valor de la señal entre dos muestras. La señal reconstruida está retrasada en el tiempo a la señal original. SEÑAL DIGITAL DE AUDIO El audio digital es una tecnología altamente sofisticada, utilizando la vanguardia de muchas áreas deIngeniería y producción. A pesar de que los conceptos fundamentales empezaron a establecerse en laSegunda década del siglo pasado.Los datos binarios se pueden codificar en formas de medios de comunicación como: 1 ó 0 lógicos, On/off, voltaje o no voltaje. Señal analógica entrantefiltro antialiasingConversión A-D [Muestreo, cuantización y codificación].Muestreo:
Proceso por el que se obtiene una serie de muestras o datos de una señal analógica en Unos instantes de tiempo determinados. Una señal analógica es continua por naturaleza. La señal Analógica se digitaliza con una frecuencia de muestreo f, con 16 niveles de cuantificación y una Codificación de 4 bits por muestra. Existen varios sistemas de muestreo: muestreo natural y el simple and hold (S/H)Teorema de Nyquist:
nos dice que una señal continua puede ser reemplazada por una secuencia discreta de muestras sin pérdida de información. La frecuencia de muestreo debe ser Mayor que el doble de la frecuencia más alta que se va a grabar.Filtro Antialiasing (Paso bajo):
Es un aparato que corta todas las frecuencias que estén por encima de Cierto punto, evitando los ruidos analógicos. Sirve para eliminar los efectos de solapamiento (aliasing), Un filtro de paso bajo se coloca antes de la etapa de conversión A-D.Sobremuestreo:
es un proceso que se utiliza normalmente en los sistemas de audio Digital profesionales y del consumidor para mejorar las carácterísticas de anti solapamiento de un filtro Nyquist. Cuantificación:La cuantificación consiste en dividir el rango de amplitudes en un número limitado de Intervalos, de forma que las muestras que estén dentro de un mismo intervalo tomen el mismo valor. A mayor número de niveles de cuantificación, más fiel será la representación de la señal analógica. La cantidad de valores posibles está determinado por la longitud de los datos binarios. La sustitución de la amplitud real de las muestras de ondas por una amplitud aproximada se denomina error de cuantificación.
Cuantificación uniforme,
Valores infinitos a los intervalos de la señal analógica (1 ó 2). Si todos estos valores son uniformes se denomina cuantificación uniforme. El error de cuantificación es la diferencia entre el valor real de la señal y el valor que se le asigna una vez que se ha codificado.Número alto de intervalos
Reducimos el error de cuantificación .Codificación
: Es la última etapa en PCM (modulación por pulsos modificados). Mediante la codificación se representan las muestras cuantificadas mediante una secuencia binaria de unos y ceros. La codificación consiste en agrupar y organizar los datos de audio digital, junto con sus códigos de corrección de errores, en estructuras superiores que puedan ser identificadas por el sistema.Mediante la codificación se representan las muestras cuantificadas mediante una secuencia binaria de unos y ceros.El primer bit P, indica la polaridad de la muestra El grupo A identifica 8 segmentos para cada polaridad El grupo B identifica a los 16 intervalos posibles de cada segmento.