AMPLIFICADOR DE AUDIO CON TRANSISTORES
MARY RUTH PAZ MARI LUZ SANCHEZ JHONATAN ARDILA
AMPLIFICADOR DE AUDIO CON TRANSISTORES
MARY RUTH PAZ MARI LUZ SANCHEZ JHONATAN ARDILA
Presentado al profesor Materia:
INTRODUCCIÓN En el siguiente trabajo realizaremos un proyecto referente al amplificador de audio con transistores, en el cual identificamos que un amplificador es un circuito que permite aumentar el nivel, ya sea de la corriente o del voltaje, de alguna señal eléctrica. Existen muchas clases de amplificadores y sus aplicaciones son múltiples, entre ellas se encuentran los de audio, los de señales de televisión, los de potencia utilizada para controlar motores, etc. El proyecto que se presenta es un pequeño amplificador de audio con potencia de salida máxima de 9w (el vatio o W es una medida de potencia y está directamente relacionada con la corriente y el voltaje). El componente clave de estos amplificadores es el elemento activo, que puede ser un tubo de vacío o un transistor (normalmente BJT, aunque también se emplean MOSFET). La función del BJT es la de amplificar la corriente eléctrica que haya en su base un determinado valor en el colector y en el emisor. El valor de amplificación depende del tipo de transistor y del diseño del circuito (valores de los componentes, configuración en base común, colector común, etc.). Con transistores se pueden hacer dispositivos más complejos que también cumplan la función de amplificar, como los amplificadores operacionales, y éstos a su vez otros como los amplificadores de instrumentación.
AMPLIFICADOR DE AUDIO CON TRANSISTORES Se llama a los amplificadores de acuerdo con el rango de frecuencias a las cuales presenta una mayor ganancia, misma que depende de las características inductivas, capacitivas y resistivas del circuito. No olvidemos que la reactancia es distinta para cada frecuencia. Un amplificador de audio es el que está diseñado para amplificar de forma relativamente plana o sea lineal, todas las señales de audio frecuencia (AF). Como sabemos, estas señales están comprendidas entre 10 y 20,000 ciclos por segundo. Cuando utilizamos un amplificador para la voz y no para música, no se requiere un ancho de banda amplio, en vista que la voz humana solo tiene sonidos que comprenden de 200 y 2,700 ciclos. En un amplificador de transistores están involucradas los dos tipos de corrientes (alterna y continua). La alterna es la señal a amplificar y la continua sirve para establecer el punto de operación del amplificador.
Hay dos casos extremos: - Cuando el transistor está en saturación (Ic max.), que significa que Vce es prácticamente 0 voltios y - Cuando el transistor está en corte (Ic = 0), que significa que Vce es prácticamente igual a Vcc Si se modifica R1 y/ R2 el punto de operación se modificará para arriba o para abajo en la curva pudiendo haber distorsión. Si la señal de entrada (Vin) es muy grande, se recortarán los picos positivos y negativos de la señal de entrada (Vout). El amplificador tiene 3 etapas diferentes. La primera de ellas está conformada por un preamplificador, construido por el transistor Q1 (2N3904), que se encarga de
AMPLIFICADORES DE VOLTAJE: Son aquellos que están diseñados para entregar una tensión mayor en su salida, no así en su entrada. AMPLIFICADORES DE FUERZA O DE POTENCIA: Son los que pueden entregar mayor corriente como mayor voltaje. Loa amplificadores están clasificados en tipos A, B y AB, según sea su configuración, los del tipo C se usan exclusivamente en transmisores. AMPLIFICADORES CLASE A: Cuando el voltaje de polarización y la máxima amplitud de la señal entrante poseen valores que hacen que la corriente de salida circule durante todo el ciclo de la señal de entrada, se les denomina: AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE A. Los amplificadores de clase A se caracterizan por la baja deformación de la señal, rendimiento y eficiencia relativamente bajos y alta amplificación. Con respecto a la deformación de la señal podría estar en un 5% máximo, casi imperceptible al oído
menos del ciclo completo y más de la mitad del ciclo de la señal de entrada, se les denomina: AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE AB. Dado que ocupa un lugar intermedio entre los de clase A y AB, cuando el voltaje de la señal es moderado funciona como uno de clase A, cuando la señal es fuerte se desempeña como uno de clase B, con una eficiencia y deformación moderadas. AMPLIFICADORES CLASE C: y por último, cuando el voltaje de polarización y la máxima amplitud de la señal entrante poseen valores que hacen que la corriente de salida circule durante menos de la mitad del ciclo de la señal de entrada, se les denomina: AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE C.
TRANSISTOR Q1 Q2 es un transistor que funciona con una corriente y una tensión reducida. Cualquier transistor de señales sirve para esta aplicación. Se elige el transistor NPN 2N2222A de b = 100.
R1 = 2.9 / 1mA = 2900 W R1 = 2900 W R2 se calcula a partir de:
=
22-2 1m
= 1100 Ω
R2 = 19100 W
CÁLCULO DE R3 Y R4 Se elige una corriente de colector de 10 mA, un punto de funcionamiento en clase A y una tensión de emisor de 2.2 V. A partir de estos datos se diseñan las resistencias:
22
= 10m = 220 Ω
R3 = 220 W En el colector de Q1 se tiene la siguiente tensión:
Suponiendo que se está trabajando a una frecuencia superior a la de corte. La impedancia de entrada de la siguiente etapa es: ( )
Ze2 = 2553 W
CONDENSADOR DE BLOQUEO C1: Este condensador (capacitor) se utiliza para bloquear la corriente continua que pudiera venir de Vin. Este condensador actúa como un circuito abierto para la corriente continua y un corto circuito para la corriente alterna (la que se desea amplificar). Estos condensadores no se comportan así en la realidad, pero se comportan así en la realidad, pero se acercan bastante, pudiendo tomarse así.
CONDENSADOR DE DERIVACIÓN (Ce): La resistencia Re es una resistencia que aumenta la estabilidad del amplificador, pero que tiene la gran inconveniente que es muy sensible a las variaciones de temperatura (causará cambios en la corriente de base, lo que causará variaciones
- La ganancia de potencia es = ganancia de voltaje x ganancia de corriente = ΔP = ΔV x ΔI - Zin (impedancia de entrada) = R1 // R2 // hie, que normalmente no es un valor alto (contrario a lo deseado) - Zo (impedancia de salida) = Rc - La salida está 180° desfasada con respecto a la entrada (es invertida).
POTENCIAS DE LOS AMPLIFICADORES DE AUDIO Un amplificador de audio tiene que cumplir siempre con las leyes de la termodinámica. La potencia entregada al parlante no puede ser nunca mayor a la potencia que ingresa por la fuente. Y que quede claro que dije la potencia entregada al parlante y no la potencia entregada por el parlante, que depende del rendimiento del mismo y que no podemos medir fácilmente por tratarse de una unidad acústica (llamada presión sonora) muy difícil de medir.
TRANSISTORES
emparejados y empaquetados, pares seguidores de emisor, arrays de transistores múltiples e incluso en complejos "circuitos integrados", donde están combinados con resistencias y condensadores para conseguir funciones de circuitos complejos. Como las válvulas, hay muchas clases de BTJs disponibles. Algunos tienen una alta ganancia de corriente, mientras que otros tienen menor ganancia. Algunos son rápidos, y otros lentos. Algunos manejan altas corrientes mientras que otros tienen capacidades de entrada bajas. Algunos tienen menos ruido que otros. En general, los transistores son estables, duran casi indefinidamente, tienen alta ganancia, requieren alguna corriente de entrada, tienen baja resistencia de entrada, tienen capacidad de mayores entradas, saturan rápidamente, y son lentos de recuperarse de la sobrecarga (saturación). Los transistores tienen un amplio margen antes de la saturación. Los transistores están sujetos a un modo de fallo llamado segunda avalancha, que sucede cuando el dispositivo esta trabajando a alto voltaje y alta corriente. La
MOSFEt están disponibles en pares y circuitos integrados. Los MOSFET emparejados no se acoplan tan bien como los pares de transistores bipolares, pero se emparejan mejor que las válvulas. Los MOSFETs están también disponibles en muchos tipos. Sin embargo, todos tienen baja corriente de entrada y bastante baja capacidad de entrada. Los MOSFET tienen menor ganancia, se saturan moderadamente y se recuperan rápidamente de la saturación. A pesar de que los MOSFETs de potencia no tienen puerta en DC, la capacidad de entrada finita quiere decir que los MOSFET de potencia tienen una puerta finita de corriente AC. Los MOSFET son estables y robustos. No son susceptibles de embalamiento térmico ni segunda avalancha. Sin embargo, los MOSFETs no pueden soportar abusos tan bien como las valvulas. JFET: Transistores de efecto de unión de campo operan exactamente igual que los
IGBT: (o IGT) Transistores bipolares de puerta aislada son una combinación de un MOSFET y un transistor bipolar. La parte MOSFET del dispositivo sirve como dispositivo de entrada y el bipolar como la salida. Los IGBTs están solo disponibles hoy como dispositivos tipo N, pero los dispositivos P son posibles en teoría. Los IGBTs son más lentos que otros dispositivos pero ofrecen un bajo costo, la alta capacidad de corriente de los transistores bipolares con la baja corriente de entrada y la baja capacidad de entrada de los MOSFETs. Sufren de saturación tanto o más que los transistores bipolares, e incluso sufren de segunda avalancha. Raramente se usan en audio High-end, pero a veces se usan para amplificadores de extremadamente alta potencia.
PROYECTO AMPLIFICADOR DE AUDIO CON TRANSISTORES Lista de Materiales: - 1 Transistor 2N3904 - 1 Transistor 2N301 - 1 condensador electrolítico de 10 uF a 16 Voltios - 1 condensador de cerámica de 0.1 uF - 1 Resistencia de 1 MΩ 1/2 Watts - 1 Resistencia de 22 kΩ 1/2 Watts - 1 resistencia de 22 KΩ 1/2 Watts - 1 resistencia de 10 Ω 1/2 Watts - 1 parlante de 8 Ω 1 Watts - Conector para pilas de 9 Voltios - 6 Terminales para circuito impreso - Circuito Impreso
CONCLUSIÓN Con el anterior trabajo podemos concluir que:
Entre los componentes de un sistema de grabación y reproducción de sonido están incluidos los amplificadores. Su misión es recibir una señal eléctrica de uno de los componentes del sistema, y aumentar su valor para que pueda ser utilizada por algún otro.
Los efectos de la temperatura sobre los transistores de salida pueden causar mal funcionamiento del amplificador, e incluso llegar a dañarlos. Para evitar este problema, utilizamos disipadores de calor en dichos componentes. Los disipadores se deben conseguir de acuerdo al encapsulado o forma física del componente que debemos proteger; en este caso buscamos uno que se acople a un encapsulado TO-220.
BIBLIOGRAFÍA Investigación en internet: www.electronica2000.net C. J. Savant Jr. ; Martin S. Roden ; Gordon L. Carpenter : Diseño Electrónico 3ed EL TRANSISTOR, circuitos y aplicaciones. Curso BASICO-5. DEGEM SYSTEMS LTD. ENCICLOPEDIA TEMÁTICA MULTIMEDIA: Enciclopedia de Electrónica. F&G Editores. Madrid, 1996.
E
R2 22KΩ
R1 1.mΩ
B
Q1 AD 149 9V
B Q1 2N3904 C.1 0.1 M.F
C.2 10.M.F
R4 10Ω
E
R3 22KΩ
P 8Ω
