, “Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”
UNIVE!IDAD NA"I#NA$ %A&# DE !AN %A"#!
(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)
FA"U$'AD DE IN(ENIEIA E$E"'#NI"A & E$E"'I"A
INF#%E DE)
Am*lificador de audio CURSO CURSO
: Circui Circuits ts Elect Electr!ni r!nics cs
PRO"ESOR Inte'rantes
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Introducción
Una de las aplicaciones más importantes de los transistores en electrónica analógica es la de amplificación de señales eléctricas de amplitud variable, tanto de voltaje como de corriente. Dependiendo de la función que se pretenda realizar, los circuitos amplificadores pueden ser de diversos tipos, tales como amplificadores de potencia, amplificadores sintonizados, etc. su vez, los amplificadores constitu!en la base de otros circuitos más complejos. "jemplos t#picos lo forman las diferentes familias de generadores de señal, las fuentes de alimentación, los amplificadores operacionales, etc. Dado la enorme amplitud de estos temas en este trabajo nos centraremos en los fundamentos de los circuitos de amplificación de potencia
El sonido
Como bien es conocido el sonido está compuesto por ondas, más concretamente por ondas sonoras. Estas constituyen un tipo de ondas mecánicas que tienen la virtud de estimular el oído humano por medio de vibraciones y generar la sensación sonora en nuestro cerebro. cerebro. Estas son las causadas por un medio elástico, el aire y se producen por el desplazamiento de las moléculas del aire debido a la acción de una presión externa. Cada molécula transmite la vibración a la que esta a su lado provocándose un movimiento en cadena. sí pues, el sonido es el resultado de estos desplazamientos. !e ha de tener en cuenta que las personas no perciben todas las ondas sonoras, que utilizan el aire como medio de propagación y van a una velocidad aproximada de "## m$s, ya que el oído humano es sensible %nicamente a aquellas cuya &recuencia está comprendida entre los '# y los '# ()z, lo que se denomina espectro audible. *os sonidos in&eriores a '# )z se llaman in&rasonidos y a los que están por encima de '# ()z se les llama ultrasonidos. Este espectro varía seg%n cada persona y se altera con la edad. *os sonidos graves van desde '# a "## )z, los medios de "## a ' ()z y los agudos de ' hasta '# ()z. su vez este espectro de subdivide en octavas, el cual el valor máximo de cada de ellas es el doble del de la anterior.
Estructura de una etapa de potencia o ampli&icación *a etapa de potencia es la encargada de suministrar la potencia a los altavoces al ritmo de la se+al de entrada. *os altavoces son los que trans&orman la potencia eléctrica en potencia ac%stica. En la siguiente &igura se representa como la etapa aumenta la tensión de la se+al sin perturbar la &orma de onda, suministrando suministrando además gran cantidad de corriente.
*a principal característica que de&ine a una etapa de potencia o ampli&icación es la potencia que puede entregar a la salida. *a etapa de ampli&icación de potencia no
tiene ciertos elementos típicos de los ampli&icadores como son los previos, selector de previos o controles de tono. *a típica etapa de potencia tendrá una tecla de encendido, un par de controles de nivel por ser estéreo y alg%n dispositivo que indique el estado de trabao instantáneo- bien leds o bien medidores de agua, uno por canal. *a estructura global de una etapa de potencia es la siguiente-
continuación se explican en que consiste cada parte de la &igura presentada anteriormente•
•
•
•
Control de entrada- es el punto a donde llega la se+al de entrada. Esta sección de&ine la impedancia de entrada del aparato y es donde se selecciona el nivel de ampli&icación deseado. umenta un poco la tensión de la se+al de entrada antes de pasarla al driver. *os mandos que controlan la potencia de salida trabaan sobre esta etapa. Driver: es la encargada de excitar la etapa de potencia. ara ello ampli&ica mucho la se+al que recibe del control de entrada para elevar mucho su voltae antes de pasarla a la etapa de ampli&icación. Etapa de potencia o de salida - es la encargada de dar la potencia necesaria a la se+al. *a se+al que recibe tiene mucho voltae, pero muy poca intensidad. Esta etapa es la que proporciona varios amperios de intensidad de corriente eléctrica a la se+al, sin embargo, apenas aumenta el voltae que traía desde el driver. /anea tensiones y corrientes muy elevadas y es la que más recursos energéticos demanda de la &uente de alimentación, es decir la que más consume. Esta es la etapa que se conecta al altavoz, donde se consume la energía eléctrica, trans&ormándose en movimiento que genera ondas ac%sticas y calor.
Fuente de alimentación: es un dispositivo que adapta la electricidad de la red eléctrica general, para que pueda ser usada por las distintas etapas. Estas &uentes de alimentación suelen ser simétricas. 0iene que ser su&icientemente grande para poder abastecer a la etapa de salida de toda
la energía que necesita en el caso de estar empleándose el aparato a plena potencia. 1n punto débil de las etapas de potencia suele ser la &uente de alimentación, que no puede abastecer correctamente a la etapa de salida. or eemplo- una etapa de potencia estéreo tiene que duplicar las tres etapas 2entrada, driver y salida3 y puede usar una &uente de alimentación para todos. *os equipos de calidad estéreo incorporan dos &uentes de alimentación, una por canal. •
Protecciones: las etapas de potencia actuales incorporan diversas medidas de protección contra avería, que son más o menos so&isticados en &unción de la calidad y coste del equipo. ueden ir desde el típico &usible a dispositivos activos de control de potencia
Estructura completa de un amplificador
!e ha de tener en cuenta que, los ampli&icadores comerciales constan de una o más &uentes de alimentación, previos como controles de balance, graves, agudos, volumen y otros, y después las etapas de potencia, sin estar contenidas las anteriormente dichas en esta etapa. En el caso de existir control digital, el selector de canal puede ir incluido en esa parte, aunque puede ser mecánico. 1n extra que se ha extendido a casi la totalidad de los ampli&icadores es el mando a distancia, lo cual como se ha de suponer no es indispensable para estos equipos, sino que lo que o&recen es una mayor comodidad al usuario &inal. !e ha visto por ahora todo lo que los &abricantes de ampli&icadores comerciales o&recen en el mercado, pero .realmente, es necesario, que un ampli&icador tenga todos estos elementos4 ues bien, la respuesta es claramente que no, ya que cuando se empezaron a &abricar estos aparatos, estos elementos no &ueron incluidos desde un principio. *o mínimo necesario que tiene que tener para que pueda &uncionar un ampli&icador es-
•
&uente de alimentación. control de volumen. pre5ampli&icador 2previos3
•
etapa2s3 de potencia.
• •
El esquema más normal de un ampli&icador es este-
*a
•
6uente de limentación es la encargada de trans&ormar la tensión de ''#7 en las di&erentes tensiones de trabao que necesita el ampli&icador para trabaar correctamente. Existen tres partes di&erenciadas dentro de la &uente de alimentación- el trans&ormador de alimentación, el recti&icador y los &iltros. •
•
•
•
El control de volumen y balance se suele hacer utilizando un potenciómetro. 1na de las ventaas que o&rece es que no puede a+adir distorsión armónica a la se+al, aunque por el contrario presenta la desventaa de que si a+ade ruido. La distorsión, la ecualización y e&ectos como la reverberación se a+aden a la se+al básica de nuestro instrumento en esta parte del ampli&icador. 8ebido a esto tendremos que más de un 9#: del carácter del sonido del ampli&icador depende del dise+o del pre5ampli&icador. En la mayoría de los ampli&icadores de alta gama no se incluyen controles de graves y agudos, ya que se entiende que a este nivel cualquier ecualización del sonido, para evitar reverberaciones y para austar el sonido al gusto personal debe hacerse en los altavoces.
Etapa diferencial de entrada- roporciona ganancia, rechazo al rizado de la &uente de alimentación y hace que la realimentación sea más e&iciente. Etapas de ganancia en voltaje - roporcionan una ganancia en lazo abierto mucho mayor. Esto contribuye a aumentar el ancho de banda y reducir la distorsión cuando se a+ade la realimentación.
•
Etapa de ganancia en intensidad- Etapa cuya ganancia en voltae es menor que uno, consistente en un seguidor de emisor, o &uente, o dos complementarios.
Amplificador expandible en potencia !asta "#$$%&
continuación presentamos una tabla para los transistores '!C";9;, los '!C'<'' o los /=*'>>
Cantidad de transistores
7oltae máximo
' ? ; ># >' >? >
A$5997 A$5#7 A$597 A$5D#7 A$5D97 A$5;#7 A$5;97 A$5<#7
8C 8C 8C 8C 8C 8C 8C 8C
'?
A$5<'7 8C
@mpedancia mínima ; ; ? ? ? ' ' '
Bhmios Bhmios Bhmios Bhmios Bhmios Bhmios Bhmios Bhmios
' Bhmios
L'()A DE *A)E+'ALE( )ransistores • • • • • • •
0ransistores '!C";9; originales o en remplazo /=*'>> 0ransistor '!C9><; o en reemplazo 8D>; > 0ransistor '!> o en reemplazo ;; > 0ransistor '!C'''< o '!C''"# " 0ransistores > 0ransistor #>9 o ;D'
Condensadores •
• • • •
Condensadores de ''## u6 a ;#7 y si son más de ># transistores, coloque los condensadores de ?D## u6 ' Condensadores de ''# u6 a ;#7 > Condensador de ?.D u6 a 9#7 " Condensadores de >'# p6 2>'>3 cerámicos ' Condensadores de ?D# p6 2?D>3 cerámicos
+esistencias • • • • • • • • • • • •
Fesistencias de #."" ohmios a 9G Fesistencias de ?.D ohmios a >G, 2pueden ser desde > ohmio3 ' Fesistencias de ?D ohmios a 9G ? Fesistencias de >## ohmios a >G 2ca&é, negro ca&é3 ' Fesistencias de '' ohmios a >G 2roo, roo, negro3 > Fesistencia de '.'( a >G 2roo, roo, roo3 > Fesistencia de .;( a >$'G 2azul, gris, roo3 ' Fesistencias de >.;( a >$?G 2ca&é, gris, roo3 ' Fesistencias de >##( a >$?G 2ca&é, negro, amarillo3 ' Fesistencias de >9( ohmios a >$?G 2ca&é, verde, narana3 > Fesistencia de ""H a >$?G 2narana, narana, narana3 > Fesistencia de >H ohmios a >$?G 2ca&é, negro, roo3
Diodos > uente de diodos de '9 amperios en adelante 2de acuerdo a la cantidad de transistores3 " 8iodos >I?##D > 8iodos Jener de >' voltios 2puede ser hasta >9 voltios3 ,arios orta &usible y &usible de ? amperios. > conector de " pines peque+o 2K3 " conectores de pines grande 2/olex3 ' Fesistencias de ># ohmios a >G para la +ed de -obel > condensador de #.> u6 2>#?3 a '9#7. *a bobina de la Fed de Jobel es de >' espiras con n%cleo de aire de "$; de pulgada y alambre calibre > GK. En caso de usar transistores ./0$## el transformador debe ser de 01201 voltios C ara otros transistores debe calcular el trans&ormador. *a corriente también depende de los transistores. • • • •
!i piensa hacer dos etapas para tener un ampli&icador estéreo, el amperae debe ser el doble. $omponentes
%alores &ugeridos
()
)**+
(esistencia de impedancia de entrada
umento de la Disminución de la impedancia de entrada impedancia de entrada
(, (-
.+, /.0+
1imitadoras del zener ! del transistor de regulación
(ecalentamiento de Descompensación del estas verfa del zener o transistor de regulación transistor
(2, (3
)2+, +
Divisor de voltaje polarización de 4 !4-
(/, (0
).0+
(5
'ropósito
%alor ma!or que el propuesto
%alor menor que el
propuesto
%alores fijos
%alores fijos
'olarización de 4 ! 4-
Disminu!e la ganancia
umenta la ganancia
)+
6anancia de retroalimentación
Disminu!e la ganancia
umenta la ganancia
()*
)**+
6anancia de retroalimentación
umenta la ganancia
Disminu!e la ganancia
()), D)
)** o7m
'olarización de la base del transistor 40
Descalibracion de las 8I&
Descalibracion de las 8I&
()
)** o7m
'olarización del emisor del transistor 943:
Descalibracion de las 8I&
Descalibracion de las 8I&
(), ()-
)** o7m
'olarización de los transistores 're;e
Descalibracion de las 8I&
Descalibracion de las 8I&
()2, ()/
o7m
1imitadoras para protección de 4)*, ! 4)):
'erdida de ganancia
;
()3, ()0
-3 o7m
'olarización de los transistores impulsadores
(ecalentamiento de los transistores de salida
(ecalentamiento de los transistores impulsadores
()5, (*
-.3 o7m
1imitadoras para protección de 4) ! 4)
'erdida de ganancia
;
(), (
*. o7m
'olarización ! protección de los transistores de salida
(ecalentamiento de los transistores de salida
;
(, (-
)* o7m
(ed de =obel o bloqueo de oscilación
$)
-.3 u>
Desacople de entrada D$
$
)*p>
Derivación tensión de entrada de serial
(ecorte de las frecuencias altas
$
* u>
Derivación tensión de la ganancia
(ealce de las frecuencias bajas
$-
* u>
Derivación tensión de la alimentación par diferencial
;
$2, $/
)** p>
>iltro pasa banda
9?as de )* p>: aumento de distorsión de frecuencias altas
$3, $0
-3* p>
$5
*.) u>
'rotección de oscilación (ed de =obel o bloqueo de oscilación
'osible oscilación ! desestabilización umenta el pop al encender
(ecorte de frecuencias menores a )** @z (ecalentamiento de los transistores de salida
(ecalentamiento de los transistores de salida (ecorte de las frecuencias bajas ; (ecorte de las frecuencias altas 'osible rizado o 7um 9?enos de )*p>: recorte de frecuencias bajas 'eligro de oscilación 'eligro de oscilación
*os valores modi&icables, están en la siguiente tabla. Esta in&ormación le puede ayudar a personalizar el circuito. *os componentes que no se e ncuentran en la tabla, no se pueden modi&icar.
+RANSIS+OR NPN SC-./.
+RANSIS+OR N-0//
+RANSIS+OR SC/12.
+RANSIS+OR SA1231
+RANSIS+OR SC2
+RANSIS+OR SC-0
+RANSIS+OR SC04-
+RANSIS+OR SA230
+RANSIS+OR A101/
