Audio por optoacoplador 4N35 – Parte 2

OPCIÓN 2: 4N35 REALIMENTADO COMO TRANSFORMADOR DE AUDIO

En la primera parte, hemos visto cómo podemos usar un 4N35 para aislar una señal de audio, de un circuito a otro.  Hemos discutido sobre la linealidad de la señal y como podíamos polarizar un circuito típico.

Hubo dos problemas en el circuito propuesto:

* Se debe polarizar adecuadamente el transistor de salida del optoacoplador, corrigiendo la corriente de colector para tener un punto de funcionamiento adecuado.

* No se puede determinar a priori la ganancia de la configuración, por temas de variaciones notables en la fabricación de los optoacopladores 4N35.

En esta parte del artículo, vamos a considerar un diseño realimentado sencillo que permita hacer nuestra configuración «auto-calibrable» en cuanto a la corriente de colector. El tema de la ganancia variable no lo solucionaremos con este diseño. Como ya se indicó, se podría solucionar fácilmente, con un control de ganancia adecuado, si es que la ganancia resulta un parámetro crítico para nuestro diseño.

Entrando al tema, nuestro diseño anterior requiere una calibración distinta para cada optoacoplador:

Pero, afortunadamente, el 4N35, tiene el terminal de base del transistor, accesible a través del pin 6. Este terminal nos será útil para poder controlar la corriente de colector del transistor de salida.

Si introducimos una pequeña corriente por el pin 6 del optoacoplador, lograremos hacer conducir más al transistor. Si por el contrario reducimos la corriente a cero, disminuiremos la conducción del transistor de salida. De esta forma tenemos un punto de control para controlar, el Ic del transistor.

Basándonos en este comportamiento podemos «autopolarizar» el transistor, con una configuración realimentada, como la que se indica:

 

Aquí la idea es mantener un nivel de tensión estable en el colector del transistor del optoacoplador, para un amplio rango de corriente de polarización del diodo de entrada y para diversos optoacopladores (con ganancias diferentes).

Tal como se tiene el circuito, una conducción excesiva del transistor del optoacoplador hará que se genere un potencial en R2 que haga que Q2 empiece a conducir, y este a su vez hará conducir a Q1, que bajará la corriente de base del transistor del optoacoplador, obligando a disminuir la conducción del colector. De esta forma se mantiene estable el potencial de V0.

Conectar +V2a a +V2, no sería una buena idea porque, el voltaje de V0 se mantendrá con un voltaje equivalente a +V2a menos el voltaje emisor-base de Q2, que en un típico PNP de silicio, será de 0.6V. Lo ideal sería poner a +V2a en un voltaje igual a (+V2/2) + 0.6V, de modo que el voltaje de V0 sea igual a la mitad del voltaje de alimentación +V2 y nos de la máxima excursión simétrica.

Esta configuración, sin embargo, funciona muy bien manteniendo estable el valor de V0, de modo que su velocidad de respuesta solo está limitada por las capacitancias parásitas de los componentes y el circuito mismo. Esta respuesta no es del todo deseable porque en nuestro caso necesitamos usar el optoacoplador para poder transmitir audio, de modo que por un lado necesitamos mantener el voltaje V0 en un valor estable, pero por otro lado necesitamos que de acuerdo a la señal de audio que viene por el diodo de entrada. Estos requerimientos antagónicos, se pueden satisfacer si se introduce un retardo en el lazo de realimentación, de forma que se permita la estabilización de V0 pero con una lentitud en la respuesta de modo que la señal de audio sea demasiado rápida para ser atenuada. Este retardo, que en teoría de control es llamado Control PID, se implementará con unos filtros de tipo RC, haciendo énfasis en la propiedad integradora de estos filtros.

Los condensadores C1 y C2 son los elementos que retardan la acción del control realimentado. Obtener la función matemática de la respuesta de este circuito es una tarea laboriosa, pero se puede obtener buenos resultados con cálculos simples y muchas pruebas o simulaciones.

Los valores aquí mostrados corresponden a una configuración típica alimentada con 5V, pero puede rediseñarse para ser alimentado con voltajes mayores. No se muestra la circuitería a la entrada del optoacoplador, que incluye la entrada de audio, porque es similar a la que se mostró en la primera parte de este artículo.

Desde luego que hay configuraciones realimentadas más complicadas y más simples pero la que se muestra aquí tiene fines didácticos y resulta fácil de entender.

No se ha tocado el tema del ancho de banda, puesto que la respuesta del 4N35 es suficientemente rápida como para sentir sus efectos, en la banda de audio.

De esta forma terminamos este resumen sobre como poder transferir audio por el 4N35.  Espero les sea de utilidad.