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• Miguel Acevedo

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DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN TELECOMUNICACIONES Y AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL

ELECTRÓNICA II INFORME: AMPLIFICADOR DE AUDIO AUTOR: Cristian Pérez Stalin Abarca Karina Benavides Antonio Chica.

SANGOLQUI, MAYO 2014 1

Contenido 1

TEMA DEL PRODUCTO.............................................................................. 3 1.1

COBERTURA Y LOCALIZACIÓN............................................................3

2

ENTIDAD EJECUTORA............................................................................... 3

3

OBJETIVOS DEL PROYECTO.......................................................................3 3.1

OBJETIVO GENERAL............................................................................3

3.2

OBJETIVO ESPECÍFICO........................................................................3

4

Materiales y Equipos................................................................................ 3

4.1

Materiales............................................................................................. 3

4.2

Herramientas........................................................................................ 4

5

MARCO TEÓRICO...................................................................................... 4 5.1

Mezclador de audio de tres canales...................................................4

5.2

Amplificador de audio........................................................................4

5.3

Amplificador clase AB........................................................................5

5.4

Aplicaciones de amplificadores de audiofrecuencia tipo AB..............6

6

DISEÑO.................................................................................................... 7 6.1

DIAGRAMA DE BLOQUES....................................................................7

6.2

Diagrama de flujos............................................................................. 8

6.3

Mezclador de audio de tres canales...................................................9

6.3.1

Ganancia del mezclador de audio.................................................10

6.3.2

Diagrama electrónico del mezclador de tres canales:..................10

6.3.3

Muestra en el osciloscopio:...........................................................11

6.4

PREAMPLIFICADOR...........................................................................11

6.4.1

Ganancia de preamplificador........................................................13

6.4.2

Voltajes en cada resistencia.........................................................14

6.5

AMPLIFICADOR AB..........................................................................15

6.5.1

Ganancia de amplificador AB........................................................16

6.5.2

Señal de salida del amplificador...................................................17

6.6

Simulación del diseño completo......................................................18

6.6.1

Ganancia del circuito total............................................................19

7

DIAGRAMA ELECTRÓNICO......................................................................20

8

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..................................................22

9

BIBLIOGRAFÍA......................................................................................... 22

10

Anexos................................................................................................ 23

2

DATOS GENERALES 1 TEMA DEL PRODUCTO Mezclador de 3 canales y amplificador de audio. 1 COBERTURA Y LOCALIZACIÓN Nuestro diseño se entregara a la Universidad de las Fuerzas Armadas “ESPE” en la ciudad de Sangolqui, Cantón Rumiñahui. 2

ENTIDAD EJECUTORA - Universidad de las Fuerzas Armadas “ESPE” - Cristian Pérez - Stalin Abarca - Karina Benavides - Antonio Chica.

3

OBJETIVOS DEL PROYECTO

1 OBJETIVO GENERAL Diseñar e implementar un amplificador de audio con tres entradas enviadas desde un mezclador de audio. 2 OBJETIVO ESPECÍFICO 1. implementar un circuito mezclador de audio de tres entradas. 2. Verificar el funcionamiento de estos amplificadores en frecuencias de audio 4 1

Materiales y Equipos Materiales.        

2

Transistores Resistencias Capacitores Parlante Transformador Cables, puntas prueba para generador de ondas y osciloscopio Regulador de voltaje Fusible

Herramientas 

Osciloscopio 3

    

5

Fuente DC Generador de ondas Reproductor de audio como elemento de entrada Multímetro Pinzas

MARCO TEÓRICO

1

Mezclador de audio de tres canales

En telecomunicaciones, un mezclador es un circuito no lineal variante con el tiempo o un dispositivo capaz de mezclar dos o más señales de entrada a frecuencias diferentes, produciendo a su salida una mezcla de señales de diferentes frecuencias igual a una combinación lineal de las dos frecuencias de entrada: •

La suma de las frecuencias de las señales de entrada

•

La diferencia entre las frecuencias de las señales de entrada

• Las dos señales originales, habitualmente consideradas como parásitas que se eliminan mediante filtros de frecuencia. 2

Amplificador de audio

Los amplificadores son circuitos que elevan la potencia de una señal con una distorsión mínima y proporcionan la ganancia acústica necesaria para un sistema de sonido. 

Amplifica la señal de tensión que se aplica a su entrada, de forma que en su salida entregue una corriente capaz de excitar 4



adecuadamente la bobina del altavoz o conjunto de altavoces conectados La amplificación de equipos de audio, debe tener al menos 10 W por canal, debiendo cumplir las normas de alta fidelidad.

AMPLIFICADORE S

AMPLIFICADO RES DE AUDIO

CLASE A

3

CLASE B

CLASE C

CLASE AB

Amplificador 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. Esta corriente libre se limita al mínimo valor necesario para corregir la falta de linealidad asociada con la distorsión de 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. 5

Es decir, contaremos con una alimentación mínima y además el amplificador aumentará la potencia que entrega a los altavoces en función de las señales de entrada que reciba. Ventajas • Vida de las válvulas más largas porque la corriente va alternando su utilización. • Mayor potencia con la misma configuración de válvulas que su homólogo A. • Respuesta en graves más reforzada. • Menor demanda continua para el transformador. Desventajas • Sensibilidad reducida comparada con los amplificadores de la clase A y menor volumen a igualdad de potencia.

4

Aplicaciones de amplificadores de audiofrecuencia tipo AB    

emisoras de radio y TV Clase AB es probablemente la clase más común para amplificadores domésticos estéreo y similares Con tales amplificadores, la distorsión es peor cuando la señal es baja, y más baja cuando la señal alcanza el punto de corte. La Clase AB (como la clase B) usa pares de transistores, de modo que la distorsión de cruce (asociada con amplificadores de clase B) en gran parte es eliminada.

6

6 1

DISEÑO DIAGRAMA DE BLOQUES

Entrada de circuito (mezclador de audio)

Etapa de preamplificac ion de voltaje

Etapa de potencia

Salida (Parlante)

PREAMPLIFICADOR DE AUDIO ETAPA DE POTENCIA

7

2

Diagrama de flujos INICIO

3 SEÑALES DE AUDIO

¿Reproduce?

NO

VERIFICAR FUNCIONAMIENTO S CONEXIONES, ENTRADAS Y SALIDAS.

SI

¿Hay distorsión?

SI

NO

correcto funcionamiento

FIN

8

3

Mezclador de audio de tres canales

V2 12V

CM1 RV1 RM1

50%

10u

120k

RMC 3.3k

C5

2M

CM2 10uF

RV2 10u 50%

RM2

QM 2N3819

R4 10k

120k 2M

CM3 RME

RV3

1K

10u 50%

RM3

CME 20u

120k 2M

Las tres señales de entrada pueden provenir de distintas fuentes como un micrófono, un instrumento musical, etcétera. Es posible aplicar todas las señales a la misma terminal de la compuerta debido a que la impedancia de entrada del JFET es tan alta que puede aproximarse mediante un circuito abierto. En general, la impedancia de entrada de un JFET es de 1000 MΩ (109 Ω) o más, y de un MOSFET es de 100 millones MΩ (1014 Ω) o más. FUNCIONES QUE REALIZAN LOS COMPONENTES DEL MEZCLADOR

CAPACITORES DE 10 μf POTENCIÓMETRO S DE 2MΩ

LOS RESISTORES DE 120 KΩ

prevenir que cualquier nivel de polarización de dc de la señal de entrada se presente en la compuerta del JFET. es servir como control de volumen para cada canal.

Su propósito es asegurar que un canal no cargue a los otros canales y reduzca o distorsione de forma severa la señal en la compuerta. 9

Al emplear el teorema de superposición, el voltaje en la compuerta del JFET estará determinado mediante

V G=

0,5 K Ω 10 K Ω + 10,5 K Ω 10,5 K Ω

V GUITARRA =0,047 voz +0,95instrumento Por tanto, los resistores de 120 kΩ compensan cualquier diferencia en la impedancia de la señal para asegurar que una no cargue a la otra y que se desarrolle un nivel mezclado de señales en el amplificador. 1

Ganancia del mezclador de audio

∫ ¿=50 mV V¿ V out =200 mV I ac=0,01uA I ac=43 uA AV =

A i=

200 mV =4 50 mV

43 u =4300 0,01 u

A p= A v x A 1=17200 2

Diagrama electrónico del mezclador de tres canales:

10

3

4

Muestra en el osciloscopio:

PREAMPLIFICADOR

11

VC=5 VCE=5 Mitad de recta de carga

VE=2 DATOS ICE =5Ma VCE=5v menos de la mitad de Vcc Para que este en la mitad de la recta de carga . V cec=I CC ( I C + I E ) Ecuación 1 4=5 m ( I C + I E ) ⟹ I C + I E=800

12

I E=

25 mV =5 Ω I CE

Ecuación 2 La resistencia interna del transistor en la base emisor R E 1 ≫ 10 ℜ R E 1 ≫ 50 R E 1=220 Ω VE =R E IE Ecuación 3 2V =R E=400 Ω 5m R E =400 Ω−200 Ω 2

R E =180 Ω 2

β R E >10 R2 Ecuación 4 (120)(400)>10 R2 R2 c 2 πf X ℜ 2 π (20 K )(180) ℜ c ℜ >4,420 X 10−8 Valor comercial: c ℜ=470uF

1

Ganancia de preamplificador

∫ ¿=200 mV V¿ V out =500 mV I ac=43 uA I ac=33,7 uA AV =

500 mV =2,5 200 mV

33,7 u A i= =0,78 43,0 u

Pi(DC) =0,06

Po(CA)=

V RMS RL

2

2

A p= A v x A 1=1,95 Pi(DC) =Vccx I DC

Po(CA)=

%n=

(0,353) =0,0124 10

Po x 100 =20,76 Pi

Pi(DC) =12 x 5 mA

14

2

Voltajes en cada resistencia

15

5

AMPLIFICADOR AB

V2 12V

R3

RCP

220

330

Q3 TIP31

R1P 100k

Q5

D1

TIP122

1N4007

D2

R6

1N4007

1

CO D3

1000uF

1N4007

Q7

CL

Q2 2N3904

10uF

2N3906

Q6 TIP31

R2P

RL 8

470k

I cmax =

REP

R7

68

1

6V =0,75 A 8 Ecuación 6

I p ≅ 1 I cmax Ecuación 7 I p =10 mA ℜ=

25 mV 25 mV = =2.5 Ω I ca 10 m Ecuación 8 16

R E >10 Ω R E=

V ℜ 0,7 = =70 Ω I ℜ 10 m

R E=68 Ω

Rc =

V Rc 5,9 V = =310 Ω Z ℜ 10 m

Valor Comercial Rth=

R1 . R 2 R1 + R 2

Vth=

9 R2 R1 + R2

Rc =330 Ω

I B=50 uF Vth=7 V

Rth=112 V

{

Rg R2 =112 k R1 + R2 R R2 =7 v R 1+ R 2

R1=12K R2=504K 1

Ganancia de amplificador AB ∫ ¿=500 mV V¿ V out =1 V 17

I ac=33,7 uA I ac=77 mA AV =

1V =2 0,5 V

77 u A i= =2228,8 33,7 u

Pi(DC) =0,12

Po(CA)=

V RMS RL

2

2

A p= A v x A 1=4569,73 Pi(DC) =Vccx I DC

Po(CA)=

%n=

(0,707) =0,0625 8

Po x 100 =52,08 Pi

Pi(DC) =12 x 10 mA

2

Señal de salida del amplificador

18

19

6

Simulación del diseño completo

A B C

V2 12V

R3

RCP

220

330

D

Q3 TIP31

CM1 RC

RV1 RM1

50%

10u

120k

R1

580

12k

RMC 3.3k

C5

2M

R1P 100k

Q5

D1

TIP122

CL

1N4007

10uF

D2

R6

1N4007

1

QP

CO

2N3904

CM2 10u

RM2 50%

D3

10uF

RV2 QM

R2

2N3819

4.7k

120k

Q7

RE1

Q2

220

2M

2N3904

CM3 RME

RV3

1K

10u 50%

RM3

1000uF

1N4007

2N3906

Q6 TIP31

CME

R2P

20u

470k

RE2 180

120k

CE 470uF

RL 8

REP

R7

68

1

2M

1

Ganancia del circuito total

∫ ¿=50 mV V¿ V out =1 V

20

I ac=0,o 1 uA I ac=77 mA AV =

A i=

1V =20 50 mV

77 u =77 x 105 0,01 u

A p= A v x A 1=154 x 106

21

DIAGRAMA ELECTRÓNICO

V2 12V

R3

RCP

220

330

CM1 RC

RV1 RM1

50%

10u

120k

R1 3.3k

C5

R1P

580

12k

RMC

2M

100k

D1

CL

1N4007

10uF

D2 1N4007

QP 2N3904

CM2 RV2 RM2

50%

D3

10uF

10u

1N4007

QM

R2

2N3819

4.7k

120k

RE1

Q2

220

2M

2N3904

CM3 RME

RV3

1K

10u

RM3

50%

7

120k

CME 20u

R2P RE2 180

470k

CE

REP

470uF

68

2M

22

23

8

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones   

Al analizar el funcionamiento del amplificador de potencia Clase AB concluimos que es el mejor amplificador para audio. Con el amplificador clase AB ya que aparte de amplificarnos la corriente y el voltaje nos disminuye la distorsión. El amplificador clase AB usa menos corriente que los de clase A y pueden ser más baratos, pequeños y ligeros.

Recomendaciones  

9

Es recomendable utilizar disipadores de calor en los transistores utilizados. Las conexiones de entrada deben hacerse con cable blindado, a fin de inmunizarla contra ruidos y zumbidos. El resto de las conexiones se pueden hacer con cables comunes de 1 mm.

BIBLIOGRAFÍA  Boylestad,Roberth Nashelsky. Electrónica, Teoría de Circuitos, febrero 2000, Prentica Hall  Belove Charles. Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados, 1993, Mac. Graw Hill Milman & Halkias. Electrónica Integrada, 1972, MacGraw Hill, ISBN 79-172657  Savat, Roden, Carpenter. Diseño Electrónico, Circuitos y Sistemas, 1992,Addison –Wesley Iberoamericana, S.A., ISBN 0-201-62925-9.  Smith Sedra. Dispositivos Electrónicos y Amplificadores, 1909, Mac. Graw Hill  Malvino Paul. Principios de Electrónica, 2007, Mac. Graw Hill  Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales, 1999, Prentice Hall Hispanoamericana S.A., ISBN 970-17-0267-0

10 Anexos