proyecto de electrónica

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICA Y COMPUTACION

Proyecto:LABORATORIO DE ELECTRÓNICA “A”

Tema:ATENUADOR

Integrantes: Cristina Peñafiel Peñafiel Raúl Cayetano Carvajal

Profesor:Ing. Carlos Salazar

Paralelo:# 3

II TÉRMINO 2011 – 2012

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

Facultad de ingeniería en eléctrica y computación

Tema del proyecto: Atenuador

1.- INTRODUCCIÓN:

Este proyecto tiene como objetivo instalar un dispositivo electrónico que permita una comunicación doble, mientras podamos escuchar música, sin necesidades de tener 2 dispositivos para aquello (un comunicador, y un medio para escuchar música) y sin ser necesario de usar las manos para conectar y desconectar diversos aparatos de control.

El efecto de atenuar la música se activará cuando el dispositivo reconozca la voz del usuario y se desactivará cuando este deje de hablar con un tiempo de retardo que se puede controlar.

El dispositivo presenta 1 micrófono y una salida de audio estéreo, con el fin de comunicarse con otras personas ya sea en una oficina, empresa, hogares, etc.

2.- OBJETIVOS

Objetivos generales

Utilizar los conocimientos obtenidos en laboratorio de electrónica A para construir, analizar y comprender un proyecto funcional aplicado a nuestra carrera.

Utilizar los simuladores PsPice y Proteus como herramienta fundamental en el desarrollo de nuestro proyecto.

Analizar cada una de las etapas que tiene el proyecto a realizar y observar las diferentes aplicaciones que se le otorgaron a cada uno de los elementos que han sido utilizados en el transcurso de la materia.

Aprovechar los conocimientos adquiridos en las materias previas y actuales para el desarrollo y entendimiento de cada una de las funciones en cada parte del proyecto.

Investigar las utilidades y funcionalidad mediante los data sheets de cada uno de los elementos utilizados en los circuitos para uso correcto y eficiente.

Objetivo principal

Diseñar un circuito que conste de tres etapas: Dadas señales de audio ser capaces de aumentar sus señales para una mayor claridad y a la misma vez tratar de modular estas señales para finalmente construir un circuito capaz de amplificar estas ondas en niveles de potencia para su salida.

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FUENTE DE PODER

REGULABLE

CIRCUITOATENUADOR

AMPLIFICADOR DE BAJA

POTENCIA




3.- ANALISIS TEÓRICO

3.1.- Descripción del proyecto

El proyecto se basa de un principio de atenuación, nos permite escuchar música en un ambiente y cuando alguien se quiere comunicar con nosotros por el mismo circuito, hace que el sonido de la música baja su nivel de audio y nos permite escuchar la voz de la persona que se encuentra hablando por medio del micrófono.

El circuito atenuador se basa en el control de dos señales audibles a partir de dos entradas diferentes de audio (voz, música), que nos permite modular que señal queremos escuchar. La entrada principal será de música, cuando el circuito detecte una señal de voz, las dos señales se modularan, dando mayor preferencia a la comunicación entre dos personas, teniendo una claridad audible, dependiendo del ambiente donde se encuentre, ya que es el principal obstáculo en las intercomunicaciones.

3.2.- Diagrama de bloques del circuito

ÑÑ

3.3.- Fuente de poder regulable

Esta fuente de alimentación tiene un rango variable de voltaje de 1.2 a 33V y con 3 amperes de salida. Es una herramienta excelente para el trabajo y experimentación. El circuito no es más que una fuente de alimentación lineal, con su puente rectificador y sus capacitores de filtrado a la cual se le ha adosado un regulador de tensión en serie.

El LM350K es el elemento principal de la fuente de alimentación. Este dispositivo es un circuito integrado de tres terminales que funciona como un regulador de tensión positivo variable desde 1,2 a 33V, capaz de suministrar hasta 3 amperes de salida. Es muy fácil de usar y requiere pocos componentes externos para operar normalmente. Viene encapsulado metálicamente como un transistor común (TO-3), lo que facilita su montaje y manejo. La figura 3.3 muestra el diagrama esquemático con los valores de cada uno de los componentes.

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El voltaje de salida depende de la posición que tenga la patilla variable del potenciómetro de 5 KΩ, patilla que se conecta a la patilla de AJUSTE del integrado.

Los condensadores C3 y C2, se emplean con el fin de eliminar tensiones alternas residuales y mejorar el rizado de la rectificación, en cuanto a los diodos D3 y D2, sirven para la seguridad del regulador, contra tensiones inversas y evitar las tensiones parásitas o transitorias que lo destruyan. Es muy recomendable, siempre insistiré, se deben poner los mencionados diodos.

Esta fuente de tensión regulada ajustable no dispone de sistema corto – circuitable externo, por lo que habrá que llevar mucho cuidado de no producir ningún cortocircuito en sus terminales de salida, causaría su destrucción. Refrigerar adecuadamente este componente es la clave del éxito para lograr una correcta regulación y estabilización de la tensión en la salida.

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Figura 3.3Fuente regulable

Figura 3.4Diagrama esquemático del Circuito Atenuador




3.4.- Circuito Atenuador

3.4.1 Etapa pre-amplificadora para micrófonos (IC1A)

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Diagrama de Conexiones del Opamp




En la primera parte del LM358 se basa en un amplificador no inversor, que permite amplificador la señal de entrada de voz. En este tipo de amplificador, a diferencia del inversor, la entrada Vi entrará directamente por la entrada no inversora del amplificador operacional (entrada +):

A continuación en la figura 3.4.1apondremos la realimentación negativa por medio de la resistencia R1:

Para terminar el circuito añadimos la resistencia R3 de la forma siguiente:

Ahora hallaremos la relación entre la salida y la entrada. Recuerde una vez más que las tensiones en la entrada no inversora y la entrada inversora son iguales y que la corriente de entrada al operacional es cero, por lo tanto I1 es igual a I2. Así que no tenemos más que calcular las dos por separado y luego igualarlas:

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Figura 3.4.1a

Figura 3.4.1b




Tensión de R3+R4 = ViV i=I 2×(R3+R 4)

I 2=V i /¿(R3+R4)

Tensión de R6 = Vo - ViVo−Vi=I 1∗R6

I 1=(Vo−Vi)/R6

Igualando I1 e I2

I 1=I 2

(Vo−Vi)/R6=Vi /(R3+R4 )

Vo−Vi=Vi (R6/ (R3+R4))

Vo=Vi(1+R6 /(R3+R4))

Por lo tanto, este circuito tiene una ganancia en tensión Av=1+R6/(R3+R 4) . Esto quiere decir que la salida será Av veces la entrada, sin invertirse la señal ya que Av es positiva.

3.4.2 Etapa de activación (IC1B)

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Figura 3.4.2




En esta etapa el LM358 parte IC1B, actuara como un comparador no inversor. En este comparador la tensión de referencia se aplica a la entrada inversora, y la señal a detectar será aplicada a la entrada no inversora. La tensión de referencia puede ser positiva o negativa.

Si la señal a detectar tenga una tensión superior a la tensión de referencia, la salida será una tensión igual a +Vsat (tensión de saturación positiva).

- Si la señal de entrada tiene una tensión inferior a la señal de referencia, la salida será igual a -Vsat (tensión de saturación negativa)

Si se detecta una señal de entrada esta es amplificada por la etapa anterior y debido a esto, la salida del comparador nos da la tensión de saturación positiva, que activara al diodo D2, el mismo que activara la entradas del interruptor bilateral, creando una atenuación entre la señal del micrófono y del mp3.

El tiempo en que tarda en activarse el micrófono será determinado por el valor de las resistencias R9 y R10, y para desactivarse se determinara por t 1=(R12×C6).

Interruptor Bilateral CD4016BC

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Diagrama de Conexiones Diagrama Esquemático




El CD4016BC es un interruptor bilateral útil en la sincronización de señal, modulador y demodulador, que consta de cuatro interruptores independientes capaces de controlar las señales ya sean digitales o analógicas. En la figura 3.4.2b mostraremos interruptor bilateral.

3.4.3 Etapa del Amplificador de baja potencia (Amplificador de Potencia Clase B)

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Figura 3.4.3

Figura 3.4.2bInterruptor Bilateral




Al alimentar el circuito con una fuente de 10V DC, cuando generamos la entrada de audio, esta señal se amplifica mediante el diseño de amplificación clase B que está compuesto por los transistores Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 y Q6.

El transistor Q1 es utilizado como un emisor seguidor y entrega en su entrada una impedancia alta, con esto se iguala de mejor forma la impedancia de salida de un micrófono cerámico o cristal conectado al auto voz en J1 ó J2.

Una parte del sonido captada por el micrófono es transferida a Q1 a través del control de sensibilidad R13. Luego la señal de Q1 se acopla directamente a Q2. El divisor de voltaje conformado por R1 y R2, además de R4, estabilizan a los transistores Q1 y Q2.

Los transistores Q2 y Q3 se desempeñan como amplificadores de audio acoplados a un circuito de alta ganancia y transfieren la señal a Q4. Antes de que la señal llegue a Q4, se restaura negativamente por el diodo D1, colocando la señal por debajo de cierto nivel de referencia de corriente directa (9 voltios). Un voltaje negativo es necesario sobre la base de Q4, con respecto a su emisor, y la acción restauradora coloca la señal en una mejor posición para colocar Q4 dentro o fuera del circuito.

Cuando Q4 conduce, también conduce a Q5, y cuando esto sucede, activa el relevo K1. El capacitor C7 toma una carga en tanto Q4 está conduciendo, se descarga cuando Q4 deja de conducir. El tiempo necesario para que C7 se descargue, por debajo del punto en que Q5 está conduciendo, este tiempo es suficiente para que K1 se desactive.

4.- CÁLCULOS NÚMERICOS

V x−V 1=I 6 R6 ;V x : Salidadel voltaje IC 1 A

I 6=V x−V 1

R6

V x

R 6−V 1R 6

= V 1R3+R4

V x

R 6=V 1( 1

R6+ 1R3+R4 )

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V x=R6∗V 1( 1R6

+ 1R3+R 4 )

Reemplazando los valores

V x=2,96∗V 1

Tomando el valor de R4 al máximo calculamos I6 q pasa por la corriente R6

V 1=I 6 (R3+R 4 )

6= V 151K

V y= Es la entrada del pin menos de IC1B

V w= Es la entrada del pin más de IC1B

I 1=I 2; porque las señales V1 y V2 son aproximadamente iguales

V 1−6=I 1∗R 2

I 1=V 1−622K

V 1−Vy=R5∗I 5

I 7=I 1+ I 2=2 I 1

6−Vy=I 7∗R7

Vy=6−2 (V 1−622K )∗100K

Vy=60.48−9V 1

Vw=Vx−0.7

Vw=2.96∗V 1−0.7

Tao=R12∗C 6 Tiempo de espera para que regrese la música

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TABLA DE VALORES TEÓRICOS DEL CIRCUITO.-CIRCUITO ATENUADOR:

Nombre Voltajes (mv) I (uA)VR1 5,58 0,25

VR2 3,59 0,16VR3 0 0VR4 POT I variableVR5 8 1,7VR6 8.7 87mVR7 2,72 V 27,2VR8 2,74V 27,4VR9 8 0,117VR10 8 0,117VR11 35.7uV 35.7pAVR12 1,6 3,4VR13 1 4,5VR14 1 4,5VR15 1,89V 1,8VR16 3,5V 3,5VR17 1,43V 14,3VR18 3,03V 30,3VR19 0,1 212,7VR20 6,9 6,9mA

OPAMP LM358:PIN 1 PIN2 PIN3 PIN4 PIN5 PIN6 PIN7 PIN82.78 2.77 2.72 GND ZZZ ZZZ ZZZ VCC

VOLTAJES:Vdc. 6 V

Señal de salida (Celular)0.14 Vpp.

señal de salida (micrófono)0.28 Vpp.

señal de entrada del Celular 0.05Vpp.señal de entrada de los

micrófonos 0.1 Vpp.

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4.- SIMULACIONES:

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Figura4.1

Señal en el Audifono(Empieza a Escucharse la

señal del micrófono)

Señal de Sonido( Celular, Mp3,etc…)

(Se atenua)

Señal del Micrófono(Empiezo a hablar por

el micrófono)

Descripción: En esta simulación nos podemos dar cuenta cuando el micrófono recibe una señal proveniente de la persona que ha comenzado a hablar por medio del micrófono. En el momento que se detecta que el micrófono recibe la señal de voz la señal de sonido comienza a disminuir mientras que la de los audífonos se amplifica. Con este grafico estamos demostrando que el efecto atenuador si funciona en la simulación.




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Figura 4.2

Señal en el Audifono(Se escucha la señal del

micrófono en el audífono)


(Se atenuó)

Señal del Micrófono(Hablo por el micrófono)

Descripción: Esta figura nos muestra como el efecto atenuador se mantiene a través del tiempo mientras la persona sigue hablando

Figura 4.3

Señal en el Audifono(Desaparece la señal del micrófono del audífono)


(Se amplifica )

Señal del Micrófono(Dejo de hablar por el

micrófono)

Descripción: Aquí podemos apreciar el momento en que la persona deja de hablar, entonces la señal del audífono que es quien era quien reproducía la voz ingresada por medio del micrófono se hace cero mientras que la señal de sonido vuelve a su estado normal. Al realizar podemos demostrar que automáticamente el sonido vuelve a su estado normal y que no se necesita de ningún otro dispositivo adicional o que el usuario realice alguna activación manual para que el sonido regrese al mismo nivel que tenía antes de que la persona comience a hablar.




5.- TABLA DE VALORES SIMULADOS DEL CIRCUITO

CIRCUITO DEL INTERCOMUNICADOR:

NOMBRE VOLTAJES (mv)VR1 3VVR2 3VVR3 0VVR4 0VVR5 3VVR6 9.6mVVR7 3vVR8 3VVR9 2.71mV

VR10 2.71mVVR11 40.61uV

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Figura 4.4

Señal en el Audifono(Desaparece la señal del micrófono del audífono)


(Se amplifica )

Señal del Micrófono(Dejo de hablar por el

micrófono)

Descripción: Esta figura nos muestra que el circuito una vez que se deja emitir una señal (la persona deja de hablar); regresa a su estado inicial se mantiene en este hasta que el micrófono reciba una nueva señal. Así mismo la señal de sonido vuelve a tomar su forma original mostrándonos con esto el efecto de atenuación.




VR12 5.73mVVR13 0VVR14 0VVR15 2.5VVR16 3.5VVR17 1.2VVR18 3.46VVR19 0VVR20 0.19v

5.- CÁLCULOS DE ERRORES ENTRE VALORES TEÓRICOS Y SIMULADOS

NOMBREVOLTAJE

S (mv)VR1 48.27%VR2 16.43%VR3 0%VR4 0%VR5 4.76%VR6 10.46%VR7 10.29%VR8 10.29%VR9 66.2%VR10 66.2%VR11 13.75%VR12 71.92%VR13 100%VR14 100%VR15 24.4%VR16 0%VR17 16%VR18 12.42%VR19 85%VR20 96.36%

6.- LISTADO DE COMPONENTES Y PRECIOS

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COMPONENTESRESISTENCIAS

Nombre de los Elementos

Valor Potencia Comentarios

R1 ,R2 22k Ω 14W

R3 ,R20 1k Ω 14W

R4 50k Ω 12W Se utiliza un “Trimmer Cermet

or Carbon” o un Potenciómetro R5 47 k Ω 1

4W

R6 , R7 ,R8 100k Ω 14W

R9 , R10 68k Ω 14W

R11 , R15 ,R16 1MΩ 14W

R12 470 k Ω 14W

R13 ,R14 220k Ω 14W

R17 ,R18 100k Ω 14W

R19 470Ω 14W

CAPACITANCIASNombre de los

ElementosValor Voltaje Características

C1 ,C2 ,C 5 ,C 7 ,C 8 100η F 63V Polyester o de CerámicaC3 100η F 63V Polyester o de Cerámica

C 4 ,C6 10 μ F 25V Capacitor electrolítico C9 100 μ F 25V Capacitor electrolíticoC10 220 μ F 25V Capacitor electrolíticoC11 470 μ F 25V Capacitor electrolítico

TransistoresNombre de los

ElementosNombre Voltaje y

AmperajeCaracterísticas

Q 1 BC 560C 45V 100mA Bajo nivel de ruido de alta

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ganancia del transistor PNPQ 2 BC 550C 45V 100mA Bajo nivel de ruido de alta

ganancia del transistor NPNQ 3 ,Q 6 BC 337 45V 800mA Transistor NPNQ 4 ,Q 5 BC 327 45V 800mA Transistor PNP

VARIOSNombre de los

ElementosNombre Voltaje y

AmperajeCaracterísticas

D 1 ,D 2 1N4148 75V 150mA DiodosIC1 LM358 Low Power Dual Op-ampIC 2 4016 ó

r 4066 Interruptores bilaterales Quad IC

J 1 , J 2 3mm Tomas Mono JackJ 3 , J 4 , J 5 3mm Tomas Estéreo JackSW 1 SPST Interruptor o Slider

2 Micrófonos Jacks PequeñosCable multipar 3 metros

PRECIOS

ATENUADOR

CANTIDAD DESCRIPCION UNIDAD TOTAL R1,R2 Resistencia 22K - 1/4W $ 0,05 $ 0,10 R3,R20 Resistencia 1K - 1/4W $ 0,05 $ 0,10 R4 trimer 50K - 1/4W $ 0,30 $ 0,30 R5 Resistencia 47K - 1/4W $ 0,05 $ 0,05 R6,R7,R8 Resistencia 100K - 1/4W $ 0,05 $ 0,15 R9,R10 Resistencia 68K - 1/4W $ 0,05 $ 0,10 R11,R15,R16 Resistencia 1M - 1/4W $ 0,05 $ 0,15 R12 Resistencia 470K - 1/4W $ 0,05 $ 0,05 R13,R14 Resistencia 220K - 1/4W $ 0,05 $ 0,10 R17,R18 Resistencia 100K - 1/4W $ 0,05 $ 0,10 R19 Resistencia 470K - 1/4W $ 0,05 $ 0,05 C1,C2,C5,C7,C8,C3 Condensador 100nf-25V $ 0,10 $ 0,60 C4,C6 Condensador 10uf-25V $ 0,05 $ 0,10 C9 Condensador 100uf-25V $ 0,10 $ 0,10 C10 Condensador 220nf-25V $ 0,10 $ 0,10 C11 Condensador 470nf-25V $ 0,10 $ 0,10 D1,D2 1N4148-75V-150mA Diodo $ 0,05 $ 0,05 Q1 Transistor A844 PNP $ 0,20 $ 0,20

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Q2 Transistor BC547 NPN $ 0,20 $ 0,20 Q3,Q6 Transistor 3904 NPN $ 0,10 $ 0,10 Q4,Q5 Transistor 3906 PNP $ 0,10 $ 0,10 IC1 LM358 Opamp $ 0,20 $ 0,20 IC2 4016 o 4066 Bilateral Switch $ 0,25 $ 0,25 2 Microfonos jacks pequeño $ 0,25 $ 0,50 3m cable de audio mono $ 0,56 $ 1,59 2m cable audio estéreo $ 0,45 $ 0,90 2 Borner 2Polos $ 0,15 $ 0,25 3 Borner 3Polos $ 0,20 $ 0,60 1 Cutin Plastico 40W $ 3,99 $ 3,99 5m cable para proto $ 0,50 $ 2,50J1,J2 Mono Jack socekets $ 0,35 $ 0,70J3,J4,J5 Estéreo Jack socekets $ 0,40 $ 1,20TOTAL $ 15,58

AMPLIFICADOR DE BAJA POTENCIA

CANTIDAD DESCRIPCION UNIDAD TOTAL IC3 LM358 Opamp $ 0,20 $ 0,20 C12 Condensador 0,1uf-25V $ 0,05 $ 0,10 C9 Condensador 10uf-25V $ 0,10 $ 0,10 C10 Condensador 220uf-25V $ 0,10 $ 0,10 R21 Potenciometro 500K - 1/2W $ 0,15 $ 0,15 R22 Resistencia 1K - 1/4W $ 0,05 $ 0,10 R23 Resistencia 220 - 1/4W $ 0,05 $ 0,10 TOTAL $ 0,85

VARIOSCANTIDAD DESCRIPCION UNIDAD TOTAL 5 Borneras $ 0,30 $ 1,502 Circuito impreso $ 10,00 $ 20,001 Cautin $ 4,50 $ 4,501m Estaño $ 0,50 $ 0,501 Cajita para el atenuador $ 9,00 $ 9,001 Caja para la fuente $ 9,00 $ 9,00TOTAL $ 44,50

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7.- IMPRESO DEL PBC

En el cuadro 7 podemos observar el impreso del PBC, que es el diseño de nuestra placa en. Este diseño va a ser impreso por ambos lados de la baquelita ya que como tiene muchas conexiones si lo realizamos de un solo lado produciría un corto. Este PBC tiene dimensiones de 60×107,5mm.

En el cuadro 7.1 vamos a observar las imágenes en 3D de nuestro proyecto el cual nos va a dar una idea de cómo quedará nuestra placa luego que se hayan soldado los componentes.

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Cuadro 7Impreso del PBC




6.- OBSERVACIONES El trimer es una resistencia variable parecida al potenciómetro pero mucho más

exacta, difícil de encontrar motivo por el cual lo sustituiremos por un potenciometro.

Las resistencias de 68k se las ah reemplazado por potenciómetros. Los transistores Q6 y Q3 fueron remplazados por los transistores de serie 3904

mientras que los transistores Q5 y Q4 con los transistores 3906. En el circuito colocamos un potenciómetro para regular el audio de la señal de

entrada (micrófonos).

Si utilizamos un amplificador de audio de canal derecho, puesto que el volumen

que se emitía al inicio era muy bajo.

El Opamp LM358 trabaja como amplificador operacional específicamente para

operar desde una sola fuente de alimentación durante una amplia gama de

voltaje.

En el circuito colocamos un potenciómetro para regular el efecto de atenuación. Este potenciómetro se lo coloco en el lugar de R12

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Cuadro 7.1Imágenes en 3D




Tuvimos inconvenientes al momento de soldar la placa ya que faltaban colocar varias pistas, pero a esa misma placa se la modificó para que pueda funcionar correctamente.

7.- RECOMENDACIONES Para tener un tiempo de espera para la música es aumentar la constante de

tiempo de espera del circuito cambiando la capacitancia C6 o la resistencia R12 que es la que sustituimos por un potenciómetro.

Para tener mejor atenuación es mejor disminuir las resistencias R9 y R10 del circuito original.

Utilizar un potenciómetro de buena calidad y la resistencia requerida en el diagrama, para evitar que desaparezca completamente la señal de audio apenas se lo mueva un poco.

Al momento de soldar los elementos, empezar por los elementos más pequeños, y luego ir soldando los elementos de mayor proporción, y tener mucho cuidado con loa jacks debido a que los que utilizamos no son de tan buena calidad.

Analizar muy bien el PBC diseñado antes de mandar a imprimir para evitar inconvenientes.

8.- CONCLUSIONES

Logramos aplicar los conocimientos adquiridos en electrónica 1 y 2 para el diseño de este proyecto.

Se logro una mayor destreza de resolver problemas presentados al momento de llevar el diseño del diseño teórico al diseño práctico.

Diseñamos un circuito electrónico portátil, que puede aplicarse para la comunicación en una estación de radio entre 2 locutores, o invitados, entre otras aplicaciones, fácil de diseñar e implementar, y obtener sus componentes para esto, a un precio muy aceptable para las necesidades de estas personas.

Utilizando el software PROTEUS para elaborar el proyecto, nos permitió de una forma muy sencilla, verificar el diseño de este, al soldar los elementos, facilitando la comprobación de los cálculos teóricos así como los experimentales.

Se logro dominar el manejo del software PROTEUS para la elaboración del diseño del PBC.

9.- APLICACIONES

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Este proyecto tiene muchas aplicaciones útiles en la vida real como por ejemplo: La comunicación en una estación de radio entre 2 locutores, o invitados Lugares donde se esté emitiendo música y que al momento de que alguien

comience ha hablar el dispositivo se active automáticamente y baje el volumen de la música.

Etc.

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