Sistema de procesamiento de señales analógicas

Para realizar la mezcla de señales, se puede utilizar un amplificador sumador inversor; el cual tiene 2 o más entradas y una salida. La cantidad de entradas puede variar según la conveniencia del diseñador. En la siguiente figura, se muestra un sumador inversor de 3 entradas.

Figura 11. Amplificador sumador inversor

Para encontrar la relación entre la salida y las entradas, se obtiene la ecuación de las corrientes en el nodo señalado en la figura anterior; cabe recordar que ese nodo es el conocido como la “tierra virtual”, ya que en la patilla no inversora se tiene la tierra del circuito y por lo tanto, esa patilla tiene cero voltios. La ecuación quedaría de la siguiente forma:

La corriente en las entradas inversora y no inversora del amplificar es de cero amperios, usando la ley de Ohm y el concepto de tierra virtual, se obtuvo la siguiente expresión derivada de la anterior de corriente:

Ordenando la expresión se obtiene que:

La tierra virtual permite que las corrientes en las entradas sean proporcionales en forma lineal con las fuentes de voltaje correspondientes; lo que es importante porque se impide que las fuentes interactúen entre sí. Ahora, como se puede ver en la ecuación anterior, la salida es una suma ponderada de las entradas; estas ponderaciones se establecen mediante las razones de resistencias.

En este sumador, todas las corrientes fluyen por RF, por lo que las corrientes de cada rama no se afectan entre sí y no se intercalan ni ellas ni los voltajes. Esta es la característica más deseable en un mezclador de audio, ya que los voltajes de CA se suman o mezclan a cada instante y así se permite que no se anulen.

El volumen es la percepción subjetiva que tiene el hombre de la potencia de un determinado sonido y como la intensidad de un sonido es la cantidad de energía que atraviesa por segundo una superficie, se sabe que a mayor potencia, mayor volumen. Así, un controlador de volumen digital, permite controlar el volumen de una señal de audio mediante dos botones o teclas pulsadoras.

Un preamplificador de audio es un amplificador electrónico utilizado durante la reproducción del sonido y se encarga de nivelar la tensión eléctrica de las distintas fuentes de audio para luego enviarlas como señal de entrada a otro equipo. Por lo tanto, como todo amplificador, su finalidad es aumentar el nivel de la señal y se pretende que cuando la señal salga del preamplificador, haya alcanzado el nivel de línea que generalmente anda en los 0dB.

Para realizar un multiplexor de señales analógicas, se pueden utilizar interruptores analógicos que se abren y cierran con tensión.

Simulaciones

A continuación se muestran una serie de gráficos obtenidos a partir de las simulaciones del circuito diseñado utilizando la herramienta de simulación de circuitos Multisim.

Inicialmente se muestra solo las gráficas de la simulación de la etapa de mezcla de señales. Para ello se utilizaron tres señales distintas, la primera con una frecuencia de 1kHz y una amplitud de 1V; la segunda con una frecuencia de 3kHz y una amplitud de 500mV; la tercera con una frecuencia de 2kHz y una amplitud de 250mV. Al mezclar las dos primeras señales se obtiene la salida que se muestra a continuación.

Figura 12. Resultado de la simulación del mezclador con dos señales de entrada.

Al mezclar las señales, con la ayuda de un amplificador operacional en configuración sumadora, se obtiene la suma punto a punto de las dos señales de entrada. De esta misma forma se obtiene la siguiente figura en donde se mezclan esta vez las tres señales de entrada.

Figura 13. Resultado de la simulación de la mezcla de tres señales de entrada.

Por último se simula el circuito completo, dando por resultado una primera figura en la que se muestra la misma mezcla de señales, pero esta vez amplificada por el amplificador de audio y una segunda figura que muestra una sola señal de entrada seleccionada gracias a los multiplexores 4052 y 4053.

Figura 14. Resultado de tomar como salida la mezcla de las entradas en el circuito completo.

Figura 15. Resultado de seleccionar la multiplexación de una de las entradas en el circuito final.