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• JORGE ALEXANDER MONAR BARRAGAN

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GUIA PARA LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO, TALLER O CAMPO. DEPARTAMENTO: ASIGNATURA: DOCENTE:

CARRERA: PERIODO LECTIVO: NRC:

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 12/04/2017

INGENIERÍA AUTOMOTRIZ MARZO 2019NIVEL: 03 AGOSTO 2019 PRÁCTICA 2356 04 N°:

LABORATORIO DONDE SE DESARROLLARÁ LA PRÁCTICA: INTEGRANTES: TEMA DE LA PRÁCTICA: INTRODUCCIÓN: MARCO TEORICO: OBJETIVOS: Objetivo general - Construir un amplificador de audio que tenga variaciones según el sonido de ingreso, utilizando un vúmetro. Objetivo especifico - Investigar todo lo referente a lo que es un vúmetro para realizar las distintas conexiones que estarán operando junto con el amplificador de audio. - Realizar el amplificador de audio con el fin de reproducir sonidos, conectándose a diferentes dispositivos electrónicos (celular). - Elaborar un listado de los distintos componentes a utilizar.

INTRODUCCION En la actualidad la tecnología avanzado a pasos agigantados mediante la realización, implementación, y adaptación de elementos electrónicos en nuestro diario vivir, un claro ejemplo es la gran variedad de circuitos integrados especializados para audio que existe, por lo cual en este proyecto no será la excepción de tal forma se usará un amplificador de baja potencia para amplificar la salida de audio de un reproductor de audio. Comúnmente constan de terminales para conectar las entradas y salidas, la fuente de alimentación y en algunos casos, para algunos pines de control y ajuste de ganancia de nivel de amplificación. Si desea obtener un sonido mucho más fuerte, la salida que normalmente se conecta al parlante puede ser utilizada como entrada para un amplificador de mucha mayor potencia; en este caso, nuestro amplificador haría las veces de acondicionador de señal. MARCO TEORICO Amplificador de audio El amplificador de audio LM386 desarrollado por National Semiconductor y también producido por JRC/NJM se ha convertido en uno de los chips más utilizados en aplicaciones de audio de baja potencia desde su aparición a mediados años 70. Su curva ganancia/frecuencia puede moldearse fácilmente con unos pocos elementos externos, lo que lo convierte en un componente realmente flexible. Todo ello ha supuesto la aparición de numerosos circuitos a lo largo de las últimas décadas basándose en este dispositivo.

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Gracias a su bajo consumo, es un dispositivo muy apropiado para ser utilizado en mini amplificadores portátiles alimentados con baterías. Entre los más conocidos se encuentran: 

Smokey Amp, el más pequeño y barato de todos. Únicamente requiere de dos componentes y cabe en un paquete de tabaco.



Little Gem, una version mejorada del Smokey Amp, que incluye nuevas funcionalidades como el control de ganancia y volumen.



Ruby Amp, añade un buffer de entrada al diseño del Little Gem y actualiza ciertos elementos del mismo.



Noisy Cricket, basado en el Ruby Amp, con controles de ganancia, volumen y tono, incluye todos los elementos típicos de un amplificador de guitarra a un coste muy reducido.

1. Características Eléctricas. Su ganancia en tensión puede ajustarse desde 20 a 200 (26 a 46 dB) en un amplio rango de alimentación que abarca entre 4V-12V ó 5V-18V. Existen tres variantes capaces de entregar 0.3W, 0.5W o 0.7W (LM386N-1, LM386N-3, y LM386N-4 respectivamente). Modelo

Volt. min

Volt. max

Pot. salida max

Pot. salida típica

LM386N-1

4 Voltios

12 Voltios

250 mW

325 mW

LM386N-3

4 Voltios

12 Voltios

500 mW

700 mW

LM386N-4

5 Voltios

18 Voltios

700 mW

1000 mW

Mientras que sus entradas están referenciadas a masa, la salida se referencia automáticamente a un medio de la tensión de alimentación. Su corriente de operación en inactividad se ve reducida a 4mA (24 mW operando a 6V) y su distorsión harmónica se limita a un 0.2% (AV = 20, VS = 6V, RL = 8Ω, PO = 125mW, f = 1KHz) con un caso peor de 10% THD.   2. Análisis de la arquitectura interna del LM386. El circuito interno se basa en un amplificador de potencia clásico comúnmente conocido como topología Lin

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(Lin Topology). A pesar de su antigüedad, se ha visto imbatido a lo largo de los años  y casi todos los amplificadores de estado sólido recurren a él.   2.1 Topología Lin. El circuito puede dividirse en cuatro bloques principales: Etapa de entrada (Input Stage), Etapa de Amplificación de Tensión (Voltage Amplifier Stage), Etapa de Salida (Output Stage) y Red de Realimentación (Feedback Network):

La Etapa de Entrada tiene varias funciones; definir el punto de trabajo en DC, fijar la impedancia de entrada del amplificador y el más importante de todos, restar la señal de realimentación de la señal de entrada. La topología más común en cuanto a la etapa de entrada, sin lugar a dudas, es el amplificador diferencial, también conocido como "Long Tailed Pair" o LTP. Etapa de Amplificación de Tentsión (Voltage Amplifier Stage, VAS): esta etapa de alta ganancia puede considerarse el nucleo del amplificador. Se encarga de amplificar la diminuta amplitud de la señal de entrada a un nivel manejable. La mayoría de circuitos VAS trabajan en modo clase A puesto que únicamente requieren de una reducida corriente de funcionamiento y por consiguiente la disminución de la potencia consumida se hace notablemente baja. El circuito VAS más típico es un amplificador de emisor común. Etapa de salida (Output Stage, OPS): se trata de un amplificador de corriente trabajando o bien en clase A, en clase B o en clase AB. Su función es aportar suficiente ganancia de corriente para que la tensión entregada por la etapa VAS pueda mantenerse al conectarse una carga de baja impedancia. El amplificador de corriente más simple es un amplificador colector común (emitter follower). Combinando dos transistores complementarios, dos amplificadores de colector común pueden conectarse en configuración push-pull, encargándose cada uno de ellos de su correspondiente mitad de la onda. Esta topología se conoce como amplificador clase-B, muy eficaz pero afectada por la distorsión de cruce (Crossover distortion). Una solución típica es conectar directamente las bases de los transistores de salida al colector del VAS, para

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de esta manera eliminar la necesidad de polarizar cada uno de ellos individualmente. Red de Realimentación: se encarga de enviar en cierta manera la señal de salida de vuelta al VAS, por lo que tiene una función principal en la corrección de error y en la limitación del ancho de banda y ganancia. La retroalimentación puede ser local, global o una mezcla de ambas. Al retroalimentar desde la salida al VAS (o más comúnmente a la etapa de entrada previa) se consigue limitar la ganancia y fijar el punto de trabajo en DC. Existe una realimentación local denominada compensación Miller desde el colector del transistor del VAS a su base. De esta manera se limita el ancho de banda, se incrementa la estabilidad y se mejora la linealidad a altas frecuencias.   2.2 Topología Lin en el LM386. Basándose en la topología Lin, el circuito interno del LM386 puede dividirse en Etapa de Entrada (Input Stage), Etapa de Amplificación de Tensión (Voltage Amplifier Stage), Etapa de Salida (Output Stage) y Red de Realimentación (Feedback network):

  2.2.1 Etapa de entrada del LM386. El primer bloque consiste en un amplificador PNP colector común (Q1, Q3) encargado de fijar la impedancia de entrada y fijar los puntos de trabajo en DC, elevando la tensión de entrada sobre la masa para de esta manera aceptar señales negativas hasta -0.4V. Las dos resistencias de 50K (R1, R3) conducen la corriente de base a masa. La entrada ha de estar acoplada para no afectar a la polarización interna, siendo estas dos resistencias las que fijan la impedancia de entrada a 50K.

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GUIA PARA LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO, TALLER O CAMPO.   Análisis de la ganancia de tensión:

El amplificador diferencial formado por Q2, Q4  (también conocido como Long Tailed Pair o LTP) es ajustado a través de dos resistencias encargadas de fijar la ganancia en 1.35K + 150Ω (R5 + R5). Los pines externos 1 y 8 permiten ajustar la ganancia de 20 a 200. La ganancia de tensión puede calcularse en modo no operacional, es decir, sin aplicar ninguna señal, de entrada de la siguiente manera:

Notas: 1. El voltaje a través de R4 y R5 (Vdiff) es directamente el valor de la entrada diferencial (Vin) ya que la caída de tensión base-emisor de ambos transistores PNP es la misma en ambos lados del LTP. 2. El espejo de corriente formado por Q5 y Q6 genera corrientes iguales en ambos lados del LTP. Esta corriente se denomina ‘i’.   Debido al espejo de corriente, la corriente que atraviesa R8 es igual a 2*i, despreciando i7 que atraviesa las resistencias R6 y R7 (ambas de 15K), las cuales pueden considerarse grandes impedancias comparadas con otras entradas del circuito. De esta manera:

       

    En la imagen previa fácilmente puede deducirse que si i7=0, entonces:     Y por consiguiente:

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    Esta misma formula puede presentarse de la siguiente forma:    

 

Donde Z1-5 y Z1-8son las impedancias entre los respectivos pines. De esta manera, sin añadir ningún componente externo, se obtiene tiene una ganancia de Gv = 2x15K/(150+1350) = 20 (26 dB). Con un condensador o un cortocircuito entre los pines 1 y 8 se obtiene una ganancia de Gv = 2x15K/150 =200 (46dB).   Etapa de amplificación de tensión del LM386. El amplificador en emisor común (Q7) eleva la señal de entrada a un nivel apropiado para ser acoplada directamente a la etapa de salida.   Etapa de salida del LM386: La etapa de salida es implementada con un amplificador clase AB, es decir, dos transistors en configuración push-pull donde cada uno amplifica su correspondiente mitad de onda. Debido a la pobre ganancia que aportan los transistores PNP, Q9 y Q10 se conectan en modo complementario obteniéndose βTOTAL = βQ9 x βQ10.

Vúmetro  El vúmetro con leds es un circuito muy utilizado en dispositivos electrónicos para detectar los picos de audio. Lo encontramos en amplificadores de audio, mezcladores, y en otros aparatos o amplificadores de audio. Este vúmetro lo podemos conectar a nuestro amplificador de audio, en la salida de audio de nuestro amplificador ( Ejm. L+Gnd u R+Gnd ) , este circuito que les traigo es tan solo para una salida de audio , si queremos poner a las demás salidas de audio , tenemos que hacer el mismo circuito que les mostrare a continuación. El principal componente para este circuito es el LM3915N, este circuito integrado nos permite visualizar el nivel de un voltaje analógico de entrada al compararlo con un valor de referencia, presentándolos en una escala de 10 salidas en este caso 10 leds (lo podemos poner 3 leds a cada salida en serie, si quieren ponerlo más leds tendrían que utilizar transistores a cada salida).

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Diagrama. MATERIALES: A continuación los materiales necesarios para ensamblar el circuito. ü  1 LM3915N (con su respectiva base de 18 pines 9+9) ü  1 Potenciómetro de 100KΩ. ü  1 Resistencia de 10kΩ. ü  1 Resistencia de 1kΩ. ü  3 Leds amarillos. ü  9 Leds verdes. ü  9 Leds blancos. ü  9 Leds rojos. ü  1 Jumper (Puente para la configuración de los leds) ü  2 Borneras de 2 pines (una para la entrada de voltaje de 12v y la otra bornera para la entrada de audio) ü  1 Fuente de 12v.  LM3915: Se refiere a un circuito integrado que permite visualizar el nivel de                   un voltaje analógico de entrada al compararlo con un valor de referencia, presentando una escala de 10 pasos con una proporción de 3 dB cada uno. Su funcionamiento se basa en 10 comparadores conectados a una serie de resistencias con varios modos de trabajo, que lo hacen versátil. Este dispositivo trabaja con un voltaje de 3 a 25 voltios y de salida de 2 mA hasta 30 mA,  cada pin tiene una función específica. CARACTERISTICAS DEL LM3915N: ü  Modo de visualización de barras o puntos que el usuario puede seleccionar externamente con un jumper. ü  Expansible a Displays de 90 dB. ü  Referencia de voltaje interno de 1.2V a 12V. ü  Funciona con una fuente de voltaje única de 3V a 25V. ü  Corriente de salida programable de 1 mA a 30 mA. ü  Las salidas son de corriente regulada, colectores abiertos. ü Directamente unidades TTL o CMOS.

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En este circuito vamos a utilizar 30 leds de diferentes colores, el LED (Diodo Emisor de Luz) es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz (blanco, azul, verde, rojo, amarillo) que dependen del material con el cual fueron construidos. Los leds se alimentan desde 1.5v a 3v voltios aproximadamente y consumen una  corriente de 10 y 20 miliamperios (mA).- El diodo LED debe ser protegido con una resistencia, que fácilmente lo podemos calcular con la ley de OHM.  Hay que tener cuidado al momento de conectarlo a voltaje los leds, si lo invertimos la polaridad del led estos se dañaran, por eso hay que diferenciarlo    , los leds tienen dos pines uno positivo (ánodo) otro negativo (cátodo), el pin más grande seria el ánodo y el pin más corto el catado, en el mismo led en uno de los pines esta como achatado o cortado ese sería el cátodo y el otro extremo ánodo.

Diodo led ultrabrillante.

Símbolo del diodo LED.

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También utilizaremos un potenciómetro de 100kΩ, para visualizar los movimientos de los leds de acuerdo al audio, Un potenciómetro es un resistor eléctrico con un valor de resistencia variable y generalmente ajustable manualmente. Los potenciómetros utilizan tres terminales y se suelen utilizar en circuitos de poca corriente, para circuitos de mayor corriente se utilizan los reóstatos. En muchos dispositivos eléctricos los potenciómetros son los que establecen el nivel de salida. Por ejemplo, en un altavoz el potenciómetro ajusta el volumen; en un televisor o un monitor de ordenador se puede utilizar para controlar el brillo.

Potenciómetro. Este circuito será alimentado con una fuente de alimentación de 12v por 1A como máximo.

INSTRUCCIONES:

ACTIVIDADES A DESAROLLAR RESULTADOS OBTENIDOS: CONCLUSIONES:  RECOMENDACIONES:  Anexos:

BIBLIOGRAFIA:

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FIRMAS:

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