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• Fidel Condori Guevara

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AMPLIFICADOR DE 200W INTRODUCCION Amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general sonido. También podría ser luz o magnetismo, etc. En términos generales, "amplificador", es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la magnitud del volumen. Se usan de manera obligada en las guitarras eléctricas, pues esas no tienen caja de resonancia, la señal se obtiene porque las cuerdas, siempre metálicas y ferrosas, vibran sobre una cápsula electromagnética, y esa señal no es audible, pero amplificada por un amplificador suena con el sonido característico de las guitarras eléctricas. En una interfaz se le puede agregar distintos efectos, como tremolo, distorsiones o reverb entre otros. Las radios y los televisores tienen un amplificador incorporado, que se maneja con la perilla o telecomando del volumen y permite que varie la intensidad sonora.

OBJETIVOS Uno de los objetivos mas importantes de este proyecto es armar un amplificador haciendo uso de resistencias, ya que tenemos que poner en practica todo lo aprendido. También aprender mas acerca de los demás componentes y sobre todo mas acerca de las resistencias, que es lo principal. Al armar el circuito veremos como es el funcionamiento de un amplificador y nos raemos cuenta del funcionamiento de los transistores.

1. MARCO TEORICO: 1.1. AMPLIFICADOR. Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno. Aunque el término se aplica principalmente al ámbito de los amplificadores electrónicos, también existen otros tipos de amplificadores, como los mecánicos, neumáticos, e hidráulicos, como los gatos mecánicos y los boostersusados en los frenos de potencia de los automóviles. Amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general sonido. También podría ser luz o magnetismo, etc.

En términos generales, "amplificador", es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la magnitud del volumen. 1.2. CLASES DE AMPLIFICADOR. 1.2.1. AMPLIFICADOR ELECTRONICO. Amplificador electrónico puede significar tanto un tipo de circuito electrónico o etapa de este, como un equipo modular que realiza la misma función; y que normalmente forma parte de los equipos HIFI. Su función es incrementar la intensidad de corriente, la tensión o la potencia de la señal que se le aplica a su entrada; obteniéndose la señal aumentada a la salida. Para amplificar la potencia es necesario obtener laenergía de una fuente de alimentación externa. En este sentido, se puede considerar al amplificador como un modulador de la salida de la fuente de alimentación. Tenemos cuatro clases de amplificadores elctronicos.

 Clase A: Son amplificadores que consumen corrientes contínuas altas de su fuente de alimentación, independientemente de la existencia de señal en la entrada. Esta amplificación presenta el inconveniente de generar una fuerte y constante cantidad de calor, que ha de ser disipada. Esto provoca un rendimiento muy reducido, al perderse una parte importante de la energía que entra en él. Es frecuente en circuitos de audio y en equipos domésticos de gama alta, ya que proporcionan gran calidad de sonido, al ser muy lineal, con poca distorsión. Tiene una corriente de polarización en relación con la máxima corriente de salida que pueden entregar. Los amplificadores de clase A a menudo consiste en un solo transistor de salida, conectado directamente un terminal a la fuente de alimentación y el otro a la carga. Cuando no hay señal de entrada la corriente fluye directamente del positivo al negativo de la fuente de alimentación, consumiéndose potencia sin resultar útil.  Clase B: Los amplificadores de clase B se caracterizan por tener intensidad casi nula a través de sus transistores cuando no hay señal en la entrada del circuito. Ésta es la que polariza los transistores para que entren en zona de conducción, por lo que el consumo es menor que en la clase A, aunque la calidad es algo menor debido a la forma

en que se transmite la onda. Se usa en sistemas telefónicos, transmisores de seguridad portátiles, y sistemas de aviso, aunque no en audio. Los amplificadores de clase B tienen etapas de salida con corriente de polarización nula. Tienen una distorsión notable con señales pequeñas, denominada distorsión de cruce por cero, porque sucede en el punto que la señal de salida cruza por su nivel de cero volt a.c. y se debe justamente a la falta de polarización, ya que en ausencia de esta, mientras la señal no supere el nivel de umbral de conducción de los transistores estos no conducen.  Clase C: Los amplificadores de clase C son conceptualmente similares a los de clase B en que la etapa de salida ubica su punto de trabajo en un extremo de su recta de carga con corriente de polarización cero. Sin embargo, su estado de reposo (sin señal) se situa en la zona de saturación con alta corriente, o sea el otro extremo de la recta de carga. Las desventajas de los estos amplificadores son más evidentes que en los clase B, principalmente por la alta disipación involucrada ante la ausencia de señal. Este tipo de amplificador solo es apto para RF o aplicaciones de conmutación, pero se evita su utilización en etapas de potencia con transistores bipolares, tampoco se usan en audio.  Clase AB: Los amplificadores de clase AB reciben una pequeña polarización constante en su entrada, independiente de la existencia de señal. Es la clase más común en audio, al tener alto rendimiento y calidad. Estos amplificadores reciben su nombre porque con señales grandes se comportan como un clase B, pero con señales pequeñas no presentan la distorción por cruce de cero de la clase B. Tienen dos transistores de salida, como los de clase B, pero a diferencia de estos, tienen una pequeña corriente de polarización fluyendo entre los terminales de base y la fuente de alimentación, que sin embargo no es tan elevada como en los de clase A. Esta corriente libre se limita al minimo valor necesario para corregir la falta linealidad asociada con la distorsión por cruce, con apenas el nivel justo para situar a los transistores al borde de la conducción. Este recurso obliga a ubicar el punto Q en el límite entre la zona de corte y de conducción.  Clase D: Los amplificadores de clase D tienen un elevado rendimiento energético, superior en algunos casos al 95%, lo que reduce la superficie necesaria de los disipadores de calor , y por tanto el tamaño y peso general del circuito.

Aunque con anterioridad se limitaban a dispositivos portátiles o subwoofers, en los que la distorsión o el ancho de banda no son factores determinantes, con tecnología más moderna existen amplificadores de clase D para toda la banda de frecuencias, con niveles de distorsión similares a los de clase AB. Los amplificadores de clase D se basan en la conmutación entre dos estados, con lo que los dispositivos de salida siempre se encuentran en zonas de corte o de saturación, casos en los que la potencia disipada en los mismos es prácticamente nula, salvo en los estados de transición, cuya duración debe ser minimizada a fin de maximizar el rendimiento. Esta señal conmutada puede ser generada de diversas formas, aunque la más común es la modulación por ancho de pulso. Ésta debe ser filtrada posteriormente para recuperar la información de la señal, para lo que la frecuencia de conmutación debe ser superior al ancho de banda de la señal al menos 10 veces. Los amplificadores de clase D requieren un minucioso diseño para minimizar la radiación electromagnética que emiten, y evitar así que interfieran en equipos cercanos, típicamente en la banda de FM. 1.2.2. AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O. u opamp), es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): Vout = G·(V+ − V−) El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741(1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar. Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, deriv ación, etc.) en calculadoras analógicas. De ahí su nombre.

El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero. 1.2.3. AMPLIFICADOR CON REALIMENTACION: Un "Amplificador con realimentación" (CFB-current feedback) es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): V+ − V-

El amplificador con realimentación es una alternativa a los amplificadores con realimentación en voltaje, también llamados operacionales. 1.2.4. AMPLIFICADOR DIFERENCIAL: Se llama amplificador diferencial a un amplificador cuya salida es proporcional a la diferencia entre sus dos entradas (Vi+ y Vi-). La salida puede ser diferencial o no, pero en ambos casos, referida a tierra. El amplificador diferencial (o par diferencial) suele construirse con dos transistores que comparten la misma conexión de emisor, por la que se inyecta una corriente de polarización. Las bases de los transistores son las entradas (I+ e I-), mientras que los colectores son las salidas. Si se terminan en resistencias, se tiene una salida también diferencial. Se puede duplicar la ganancia del par con un espejo de corriente entre los dos colectores. Aunque esta descripción se basa en transistores de unión bipolar, lo mismo se puede hacer en tecnología MOS ó CMOS.

1.2.5. AMPLIFICADOR DE TRANSCONDUCTANCIA VARIABLE: Un amplificador de transconductancia variable (OTA) es un dispositivo electrónico parecido a un amplificador operacional. Si bien en un amplificador operacional, la tensión de salida es proporcional a la tensión de entrada, en un amplificador operacional de transconductancia, es la corriente de salida la que es proporcional a la tensión de entrada:

Esto se consigue con una alta impedancia de salida, a diferencia del amplificador operacional (OA) que presenta una baja impedancia a la salida. Esto implica que el OTA trabajará con bajas corrientes de salida. OTA´s clásicos son el CA3080 de Harris y el LM13600. Estos circuitos integrados (C.I.) disponen de una entrada de corriente (Amplifier bias input) que controla la ganancia de corriente. Colocando una resistencia a la salida, se puede hacer la conversión de corriente a tensión, transformando el dispositivo en un

amplificador controlado por tensión a través de la referida entrada (amplifier bias input). La aplicación práctica más común de estos dispositivos es la de amplificador de ganancia variable controlada por tensión (como control de volumen en equipos de audio). Actualmente, para estas aplicaciones existen C.I. de controles de volumen específicos, controlados por una tensión DC o por una señal digital para adecuar una interfaz de un pulsador o de la señal de un mando a distancia. 1.2.6. AMPLIFICADOR DE AISLAMIENTO: El Amplificador de aislamiento es un tipo de amplificador diseñado para aislar eléctricamente dos circuitos entre sí, pero permitiendo el paso de información entre ellos. Esto, aparentemente contradictorio, es útil cuando los dos circuitos están alimentados a tensiones muy diferentes, tienen una referencia diferente, para aplicaciones de electrónica biomédica o simplemente están alejados.

1.2.7. AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION: Un amplificador de instrumentación es un dispositivo creado a partir de amplificadores operacionales. Está diseñado para tener una alta impedancia de entrada y un alto rechazo al modo común (CMRR). Se puede construir a base de componentes discretos o se puede encontrar encapsulado (por ejemplo el INA114). La operación que realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Su utilización es común en aparatos que trabajan con señales muy débiles, tales como equipos médicos (por ejemplo, el electrocardiograma), para minimizar el error de medida. En la siguiente figura se muestra la estructura de un amplificador:

Esquemático de un amplificador de instrumentación.

Al existir realimentación negativa se puede considerar un cortocicuito virtual entre las entradas inversora y no inversora (símbolos - y + respectivamente) de los dos operacionales. Por ello se tendrán las tensiones en dichos terminales y por lo tanto en los extremos de la resistenciaRg

Así que por ella circulará una corriente Y debido a la alta impedancia de entrada del A.O., esa corriente será la misma que atraviesa las resistencias R1 Por lo tanto la tensión que cae en toda la rama formada por Rg,R1yR1 será:

Simplificando: Que será la DIFERENCIA de tensión entre la salida inmediata de los dos A.O. 's (justo antes de las R2). Puesto que el resto del circuito es un restador de ganancia la unidad (R2=R3) su salida será exactamente la diferencia de tensión de su entrada(sin añadir ganacia), la cual se acaba de definir.

Nótese como se ha simplificado la expresión dando valores iguales a las resistencias. En caso de que las resistencias no sean iguales, la ganancia total del amplificador de instrumentación

será: En circuitos integrados suele encapsularse todo excepto la resistencia Rg para poder controlar la ganancia. También puede sustituirse la conexión a tierra por otra a una tensión dada. 1.2.8. AMPLIFICADOR DE POTENCIA: Una de las funcionalidades más importantes de un transistor es la de amplificar señales. Los reguladores de potencia más sencillos son lineales. Existen dos tipos de circuitos integrados (CI) aptos para esta función: los amplificadores lineales y los reguladores de tensión lineales. Los transistores bipolares de potencia se pueden emplear tanto en aplicaciones lineales como en conmutación, aunque son más lentos y sensibles al fenómeno de la segunda ruptura, el cual es el resultado de una distribución no uniforme de la corriente en la unión base-colector (polarizada inversamente durante conducción) del transistor de salida, provocando un aumento de la temperatura en aquella zona que puede destruir el dispositivo; y que es distinto de la ruptura primaria por avalancha. Como la ganancia de corriente de los BJT es pequeña, normalmente se los emplea en configuración Darlington. El montaje más típico del transistor bipolar como amplificador de potencia, es el de emisor común (EC).

2. MATERIALES:

Los materiales que utilizamos para realizar este amplificador fueron los siguientes, y detallaremos cada uno de ellos:

 Transistores Los transistores se componen de semiconductores. Se trata de materiales, como el silicio o el germanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeñas cantidades de materias extrañas), de manera que se produce una abundancia o una carencia de electrones libres. En el primer caso, se dice que el semiconductor es del tipo n, y en el segundo que es del tipo p. Combinando materiales del tipo n y del tipo p puede producirse un diodo. Cuando éste se conecta a una batería de manera tal que el material tipo p es positivo y el material tipo n es negativo, los electrones son repelidos desde el terminal negativo de la batería y pasan, sin ningún obstáculo, a la región p, que carece de electrones. Con la batería invertida, los electrones que llegan al material p pueden pasar sólo con muchas dificultades hacia el material n, que ya está lleno de electrones libres, en cuyo caso la corriente es casi cero. TRANSISTOR NPN

TRANSISTOR PNP

Transistor BC557

Transistor BD138

TIP´3055

 Condensador: Es un componente electrónico que almacena cargas eléctricas para utilizarlas en un circuito en el momento adecuado. Está compuesto, básicamente, por un par de armaduras separadas por un material aislante denominado dieléctrico. La capacidad de un condensador consiste en almacenar mayor o menor número de cargas cuando está sometido a tensión.

Electrolítico

Poliéster

Cerámico

 Resistencia: Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

 Diodo: El diodo es un dispositivo de dos terminales que, en una situación ideal, se comporta como un interruptor común con la condición especial de que solo puede conducir en una dirección. Tiene un estado encendido, el que en teoría parece ser simplemente un circuito cerrado entre sus terminales, y un estado apagado, en el que sus características terminales son similares a las de un circuito abierto. Cuando el voltaje tiene valores positivos de VD (VD > 0 V) el diodo se encuentra en el estado de circuito cerrado (R= 0 Ω) y la corriente que circula a travιs de este esta limitada por la red en la que este instalado el dispositivo. Para la polaridad opuesta (V D < 0 V), el diodo se encuentra en el estado de circuito abierto (R= ∞ Ω) e ID = 0 mA. La siguiente figura nos muestra los dos estados del diodo y su símbolo con el que se representa.

 Potenciómetro: Un potenciómetro, llamada olla a corto, es un componente eléctrico que actúa como un divisor de voltaje variable. Por lo general, tienen tres terminales, una de las cuales está conectada a un centro de contacto en movimiento. Un potenciómetro con dos terminales es una resistencia variable, llamado reóstato. Potenciómetros vienen en muchas formas, incluyendo podadoras, deslizadores.

 Transformador: Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc. 3. FUNCIONAMIENTO:

Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno. aunque el término se aplica principalmente al ámbito de los amplificadores electrónicos, también existen otros tipos de amplificadores, como los mecánicos, neumáticos, e hidráulicos, como los gatos mecánicos y los boostersusados en los frenos de potencia de los automóviles. amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general sonido. también podría ser luz o magnetismo, etc. en términos generales, "amplificador", es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la magnitud del volumen. se usan de manera obligada en las guitarras eléctricas, pues esas no tienen caja de resonancia, la señal se obtiene porque las cuerdas, siempre metálicas y ferrosas, vibran sobre una cápsula electromagnética, y esa señal no es audible, pero amplificada por un amplificador suena con el sonido característico de las guitarras eléctricas. en una interfaz se le puede agregar distintos efectos, como tremolo, distorsiones o reverb entre otros. las radios y los televisores tienen un amplificador incorporado, que se maneja con la perilla o telecomando del volumen y permite que varie la intensidad sonora. el amplificador que presento en esta oportunidad posee las siguientes características:   



Proporciona una salida real de 200 watts con una carga de 4 ohms y 80 watts con una carga de de 8 ohms. Requiere de una fuente simple bien filtrada de 45 voltios con 3 amperios de capacidad Su diseño especial no provoca ningún tipo de recalentamientos en los dispositivos usados ( resistencias y transistores) por lo que los transistores de salida necesitan de disipadores pequeños Este amplificador posee tres etapas bien definidas: la etapa de entrada, la etapa excitadora y la etapa de salida

En la etapa de entrada diferencial esta conformado por los transistores BC547 y presentan una elevada impedancia de entrada. La resistencia de 47k en conjunto con el condensador de 10uF desacoplan la etapa de entrada, además de proporcionar un filtrado adicional de la tensión de alimentación. El condensador de 470pF cortocircuita las frecuencias elevadas para evitar un eventual ingreso de señales de radio frecuencia a esta parte del circuito.

4. CIRCUITO DEL AMPLIFICADOR

CIRCUITO DEL PRE - AMPLIFICADOR

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO – PUNO

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA, ELECTRONICA Y SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA

“AMPLIFICADOR DE 200W TRANSISTORIZADO” PRESENTADO POR:

APAZA RAMOS YONI RICHAR

CURSO:

081408

CIRCUITOS ELECTRONICOS

I

DOCENTE: ING. CARLOS CCAMA POLANCO