Construcción de un circuito para un vúmetro analógico con el amplificador operacional LM358P

Montaje del circuito para el vúmetro analógico.

Un vúmetro es un instrumento de medida que permite obtener una representación gráfica más o menos objetiva de la señal de sonido con la que se está trabajando respecto a la sensación que tiene el oído humano en referente a ese sonido.

Escala del vúmetro.

Como se puede apreciar en la imagen de arriba la escala del vúmetro (en unidades de volumen) va de -20 a 0, y de 0 a +5. Sin entrar en muchos detalles se puede decir que lo recomendable es que la señal que se está midiendo no sobrepase el 0, si la lectura se encuentra por debajo de este, el nivel de la señal es bueno, pero si está muy por debajo del 0 podemos tener problemas con el ruido de la propia señal. 

Si está por encima del 0 la señal comienza a tener un volumen muy alto y pueden producirse distorsiones en la señal. 

Detalle del circuito

Para la realización de este montaje se ha empleado el amplificador operacional LM358P al que vamos a hacerle trabajar como amplificador no inversor de corriente alterna con realimentación negativa. Aunque en un principio pueda sonar un poco complicado vamos a ver que significa todo esto estudiando el circuito por partes. 

Como elemento principal del circuito se encuentra el amplificador operacional al cual le inyectamos la señal con la que queremos trabajar por la entrada positiva no inversora (3), en cuanto a la entrada negativa (2) va conectada a la salida (1) a través del potenciómetro R5 con el que se puede controlar la ganancia total del circuito y la realimentación. 

Los condensadores C2 y C4 se emplean para bloquear la componente de corriente continua de la señal y así poder hacer trabajar al amplificador operacional en corriente alterna. R3 se usa para poner en parte a masa la entrada positiva y así hacer más estable la amplificación y evitar que la salida pueda llegar a saturarse. 

Toda señal de sonido que entra por el terminal 3 será amplificada por el LM358P y el resultado de dicha amplificación saldrá por el terminal 1. 

Ahora esa señal del terminal 1 se elevará nuevamente gracias al doblador de tensión de media onda que forman el conjunto de los condensadores C4 y C5 y los diodos D1 y D2, a su vez la señal saldrá de aquí rectificada. 

R6 y R7 forman un divisor de tensión haciendo que parte de la señal se derive a masa a través del diodo D3 y lo restante se envía al vúmetro, el cual no es más que un microamperímetro cuya escala está graduada en unidades Vu o unidades de volumen. 

Para este montaje se ha empleado un vúmetro de 500 uA, es decir, que su escala de fondo se alcanza cuando por él circula una intensidad de 500 uA o lo que es lo mismo 500^10^-6 A. 

Con el potenciómetro R5 podemos ajustar la amplificación del circuito y ajustar así el alcance máximo de la aguja sobre la escala. 

(Actualización 4/1/15), esta es una lista detallada de los componentes utilizados:

-C1 condensador electrolítico 220 microfaradios, 16 voltios.
-C2 condensador electrolítico 1 microfaradio, 10 voltios.
-C3 condensador electrolítico 1 microfaradio, 10 voltios.
-C4 condensador (no polarizado) 10 microfaradios de poliester.
-C5 condensador electrolítico 1 microfaradio, 10 voltios.
-R1 resistencia 100 ohmios.
-R2 y R3 resistencias de 47 K ohmios.
-R4 resistencia 1 K ohmios.
-R5 potenciómetro lineal de 47 K ohmios.
-R6 resistencia 4,7 K ohmios.
-R7 resistencia 1,8 K ohmios.
-D1, D2 y D3 diodos 1N914.
-Amplificador operacional LM358.
-El vúmetro es un micro amperímetro con una escala máxima de 500 micro amperios.

Actualización (03/09/17)

Cómo calcular el valor de la resistencia R7 para que se adapte a cualquier vúmetro que tengamos.
 
Si ocurre que queremos construir este circuito y reutilizar un vúmetro pero tiene características que son distintas a las que este circuito requiere (500 microamperios), habrá entonces que cambiar el valor de R7 para que la aguja del vúmetro ni se pase ni se quede corta. 

Para ello con la siguiente fórmula se podrá calcular fácilmente: 

R7´ = 0,9 voltios / Intensidad del nuevo vúmetro (en amperios)

Y ese 0.9 es la tensión que el vúmetro recibe cuando la aguja está al final de la escala y para ello se calcula teniendo en cuenta que para que la propia aguja del vúmetro esté al fondo de la escala tiene que pasar por él una intensidad de 500 microamperios y como está en serie con la resistencia R7 también por esta pasará esa intensidad y a su vez, como el vúmetro es básicamente un amperímetro con una resistencia despreciable podemos calcular la caída de tensión en R7.

 Así que si aplicamos la ley de Ohm (V=I*R) en R7, y la caída de tensión será de:

V = Intensidad máxima del vúmetro en amperios * R7 en ohmios;
 V = 500x10^-6 A * 1800 Ω = 0,9 voltios 

De este modo sabemos que la máxima tensión de salida del amplificador operacional será de 0,9 voltios, así que solo queda calcular R7 para limitar la intensidad y que el nuevo vúmetro no se quede corto o se quede todo el tiempo al final de la escala. 

Pero, ¿y si no sabemos nada de nada del vúmetro?, entonces una manera de averiguar algo es mediante la construcción de un pequeño circuito para tomar medidas con un polímetro y de forma indirecta calcular el valor en amperios del vúmetro del que no sabemos nada.

El circuito consiste en colocar en serie con el vúmetro un potenciómetro y conectarlo a una pila de 1,5 voltios, es importante primero poner el potenciómetro regulado a valor de máxima resistencia, y poco a poco y regulando hasta que el vúmetro llegue al final de la escala.

Circuito de pruebas.

Después el potenciómetro lo desconectamos del circuito y lo conectamos al polímetro para medir la resistencia que tiene tras haberlo ajustado, a su vez medimos la tensión de la pila que hemos usado para saber exactamente la tensión que tiene en ese momento, y con esos dos datos ya sabemos que tensión le hemos aplicado al potenciómetro (la resistencia del vúmetro es muy baja así que la despreciamos) y que valor de resistencia tiene, de este modo aplicamos nuevamente la ley de Ohm y calcularemos que intensidad ha pasado por ella y como esta en serie con el vúmetro también sabremos que intensidad tiene que pasar por el vúmetro para que llegue al fondo de la escala empleando la siguiente fórmula:

Intensidad del vúmetro (en amperios)=Tensión de la pila / Valor de resistencia del potenciómetro 

Con el valor de intensidad calculado lo llevamos a la formula para calcular R7 y ya tenemos también el valor de resistencia para nuestro vúmetro desconocido.

Resumen de fórmulas

Cuadro resumen de fórmulas.

Pongamos un ejemplo, tenemos un vúmetro del que no sabemos nada de él, se construye el circuito de pruebas, y obtenemos los siguientes valores:

-Resistencia medida del potenciómetro con la aguja al fondo de escala: 9537 ohmios.
-Tensión de la pila en el momento de la prueba: 1,27 voltios .

Pasamos estos datos a la primera fórmula del cuadro resumen y obtenemos:

1,27 voltios / 9537 ohmios = 133x10^-6 amperios, (o lo que es lo mismo 133 microamperios).

Con este último valor vamos a la segunda fórmula y calculamos R7:

R7 = 0,9 voltios / 133x10^-6 amperios = 6766 ohmios.

Como este valor no es comercial, nos vamos al valor más cercano que es 6,8 KOhmios.