Equipos de Sonido

COLEGIO DE BACHILLERATO TECNICO “GUAYAQUIL”

Nombre: Andy Mesías

Curso: 6to “F”

Especialidad: Electrónica


Modulo: Equipos de Sonido

8.7 PREAMPLIFICADORES MULTIETAPA

8.7.1 Conceptos Generales

Son amplificadores conectados en cascada. La señal de salida de uno es aplicada a la entrada de la siguiente, con lo que se consigue de esta forma una gran amplificación con un gran ancho de banda.

Básicamente responden a la siguiente estructura reflejada en la figura 8.42


Están formados por dos o mas mono etapas amplificadoras generalmente acopladas por un condensador.

Cada etapa esta polarizada en continua la señal de alterna pasa de una etapa a la siguiente a través de un condensador es el acoplamiento mas generalizado entre etapas. Cada mono etapa se diseña separadamente en continua.

La ganancia total es el producto de las ganancias de cada etapa:

Avt= Av1.Av2.Av3


En decibelios, la ganancia total es la suma de las ganancias:

Avt= A1(dB) + A2(dB) + A3(dB) +…

Si todas las etapas son iguales tiene la misma ganancia y la misma frecuencia superior de corte fe, el preamplificador multietapa no tiene esa misma frecuencia superior de corte. La frecuencia de corte resultante es menor.

Cada etapa tiene que tener la misma frecuencia de corte para que sea valida la expresión.

8.7.2 Ejemplos de preamplificadores multietapa

Ejemplo:

Diséñese un preamplificador con ganancia 40dB e impedancia de 10k utilizando el A.O. 741 la frecuencia superior de corte debe ser superior a 20kHz


Solución:

Si la ganancia es de 40 dB, resulta:

A(dB)= 20 log Av Despejando Av se obtiene Av=100


Dicho operacional a la frecuencia de 1 MHz tiene una ganancia unidad, luego:

Fsc=106/100= 10 kHz

Con una etapa no se puede diseñar.

¿Y con Dos etapas?

Se supone que las dos son iguales, luego la ganancia de cada etapa es:

Av1=Av2=1001/2 = 10

La ganancia total sigue siendo 100:

Avt= Av1.Av2= 10.10= 100


La máxima frecuencia superior de corte de cada etapa es:

Fsc1= funidad/Av=106/10= 100 kHz

De igual forma: fsc2=fsc1

La frecuencia superior de corte de preamplificador es

Fct= fc. √2¹n – 1

Sustituyendo:

Fct= 100.10³ [2¹/2 – 1] ¹/2 = 64 kHz

Perfectamente se puede preamplificar una señal de 20 kHz

Se elige una configuración inversora alimentada con una tensión simétrica de ±10 V. la resistencia de entrada R1 se hace 10 K para obtener la impedancia deseada.

8.8Preamplificadores Integrados

Se muestra un preamplificador para casete con el integrado TDA2320A. Esta alimentado a una tensión de 12 V. la configuración presentada es la de no inversor alimentado con tensión simple. La impedancia de entrada es de 50 KΩ.


Es SR de este integrado es de 1,6V/µseg. La frecuencia a la cual la ganancia es uno es aproximadamente de 3 MHz Es decir, funidad= 3 MHz

El esquema es el reflejado en la figura 8.49

8.8 Preamplificadores Integrados

Otro preamplificador integrado para registrador de casete basado también en el circuito integrado TDA2320A y según el manual de productos de Audio-Radio, SGS Thomson Microelectrinics, es el mostrado en la figura 8.50

8.8 Preamplificadores Integrados

La ganancia es de 55dB a frecuencias medias con una impedancia superior a 50 K según el manual de productos Audio-Radio, SGS Thomson Microelectronics.

Un preamplificador estéreo de reproducción para cinta magnética con entrada diferencial se puede diseñar a partir del integrado TDA7282. la distorsión es del 0,1% para 300mV de salida, con una ganancia a frecuencias medias de 40dB y un ruido de entrada de 1,5µ , según el manual de productos Audio,SGS Thomson Microeletronics.

8.9 Amplificadores de Potencia

8.91. Introducción

Las etapas anteriores al amplificador de potencia han realizado una amplificación de tensión. Después de dicha amplificación es necesario poder actuar sobre un altavoz. La membrana de un altavoz se mueve según el paso de una corriente eléctrica, la cual crea un campo magnético. Dicho campo magnético es enfrentado a otro creado por un imán permanente y la bobina, junto con la membrana del altavoz, se mueve en función de dicho campo.

8.9 Amplificadores de Potencia

Esa membrana es grande si el altavoz es de potencia y crea una presión acústica sobre el entorno. Para que todo esto se produzca necesita una corriente elevada por la bobina del altavoz. Surge la necesidad de una amplificación de corriente para poder actuar sobre el medio. Esto es lo que realiza un amplificador de potencia de audio: amplifica la corriente a un valor suficiente para poder producir potencia acústica. Es un amplificador de corriente y no de tensión, tal como se ha visto hasta ahora.

8.9.2 Amplificadores de potencia en clase A

Estos amplificadores de potencia no se suelen utilizar. Se presenta casi como una continuación de la introducción para justificar la necesidad se otro tipo de amplificación.

Es un amplificador de potencia realizado con un transistor en emisor común aparece un primer problema nada mas empezar: la impedancia del altavoz. Dicha impedancia es pequeña; suele ser de 2,4,8. con estos valores se hace muy difícil poder diseñar y se necesita adaptar la


impedancia. Dicha adaptación se realiza con un transformador. Si la relación de transformaciones n, la impedancia reflejada en el primario es :

R1= n².R2

8.9.2 Amplificadores de potencia en clase A

Si la impedancia del altavoz es R2= 8Ω y la relación de transformación n de 10, la impedancia refletada en el primero es de

R1= 100.8 = 800Ω

Y no representa problema para el diseño

El esquema para un amplificador de potencia en clase A con transformador es el presentado en la figura 8.53.

8.9.3. Amplificadores de potencia en clase B

Las condiciones de diseño son:

La impedancia del altavoz,RL

La máxima potencia deseada en el altavoz.

La relación de transformación de T1 y T2

Calculo de la tensión de Alimentación Vcc

La relación de transformación del segundo transformador es n. Dicha relación de transformación es:

N= N1/N2

Y la impedancia del altavoz reflejada en el primario es:

RL1=n².RL


La potencia en la carga reflejada en el primario es:

PL= VL.IL

Despejando Vcc:

Vcc= √2.n².RL

Calculo de la corriente máxima:


La corriente máxima por cada transistor es:

Icmax= Vmax= Vmax/RL

Sustituyendo:

Icmax= Vcc/(n².RL)

Características de la fuente de alimentación:

Tensión normal =Vcc

Corriente nominal ≥ Icmax


Características de los transistores:

Corriente de colector ≥ Icmax

Tensión Vce ≥ 2 Vcc

Potencia ≥ 0,2 PL

Rendimiento del amplificador:

Es la relacio9n entre la potencia suministrada por la fuente y la disipada por la carga. Puede demostrarse que el rendimiento es del 78%

ɳ= 78%


Impedancia reflejada de entrada:

Para poder diseñar la etapa previa, se necesita conocer la impedancia de entrada del amplificador de potencia. Al tener un transformador y cada transistor amplificar un semiperiodo dicha impedancia reflejada en el transformador de entrada T1. dicho transformador tiene una relación de transformación dada por.

n= N1/N2

Ze=n²Ze = n²βrd

Ze =n² βrd

Siendo rd:

Rd= 25 mV/Ic



Problemas:

con esta configuración se consigue un buen rendimiento, pero existe un problema fundamental. Es debido a la tensión base emisor. Para que cada transistor conduzca debe tener polarizada la unión base emisor. No comienza a conducir en el momento que comienza el semiperiodo y aparece una distorsión de cruce.

Además los transformadores pueden presentar problemas de lineabilidad, y son mas caros y voluminosos. Todas estas consideraciones motivan una mejora, por lo que requiere el diseño de clase AB

8.9.4 Amplificadores de potencia de clase AB

Diseñar en clase AB, se evita la distorsión de cruce y se tiene prácticamente el mismo rendimiento que en el caso anterior. Los transistores conducen sin señal, pero una corriente muy pequeña en comparación con la máxima. Al estar siempre conduciendo, y no estar en corte se soluciona el problema debido a la tensión base emisor. El transistor ya conduce y no se pierde parte de la señal al hacerlo conducir.


El transistor casi esta en corte, pero no lo esta. El punto de funcionamiento se desplaza de ese punto hacia la izquierda, buscando la corriente máxima, que dará lugar a la máxima transferencia de potencia.

Para garantizar la estabilidad total se diseña con realimentación negativa.

Con u amplificador y dos transistores se puede diseñar un amplificador de potencia.


Calculo de la máxima corriente de la fuente de alimentación

Aproximadamente es la de los transistores de potencia

Esta corriente máxima es:

Icmax = Vcc/RL


Calculo de los transistores de potencia T1 y T2

Ic nominal ≥ Icmax

La tensión colector nominal debe ser:

Vce nominal ≥ Vcc

La potencia del transistor

Pt nominal ≥ 0,2 P

8.9.5 Red de Zobel

La red zobel se utiliza para compensar la inductancia L del altavoz. Al diseñar el altavoz se efectúa un bobinado para crear un campo magnético al paso de la corriente eléctrica. Este bobinado tiene una resistencia determinada, pero también tiene una inductancia. La parte inductiva puede crear oscilaciones en el amplificador. Una vez compensada la parte inductiva, la impedancia resultante es pura óhmica.

8.9.6 Amplificadores de potencia integrados

Se presenta un amplificador de potencia integrado a partir del circuito TDA2004. la tensión de alimentación, simple y de 15 V. la distorsión oscila entre 0,2% y el 1%. La máxima señal de entrada sin distorsión es de 300mV y la impedancia de entrada de 100KΩ. Para un altavoz de 4Ω la potencia máxima es de aproximadamente 7 W


Un amplificador de pequeña se puede realizar con el TBA 820 M. con una alimentación de 9 V, la potencia es de 1,2 W para un altavoz de 8Ω la ganancia es de 40dB y la impedancia de entrada de 100 KΩ. El esquema según el manual de productos Audio-Radio, SGS Thomson Microeletronics.


Con el integrado TL081 y unos transistores de potencia se puede diseñar un amplificador de 45 W. la tensión de alimentación es de 40 voltios, la ganancia se 15dB y la distorsión es baja por estar realimentado negativamente.

8.10. Mezcladores

8.10.1. Conceptos Generales

Si se quieren mezclar varias señales de baja frecuencia procedentes de distintas fuentes- por ejemplo, de varios micrófonos, de varias platinas o de cualquier otra fuente-, se necesita un circuito que mezcle dichas señales. Dicho circuito es un circuito sumador. Un sumador basado en amplificadores operacionales.

8.10. Mezcladores


En función de las resistencias de entrada se pueden obtener distintas variaciones en al salida.

Para conseguir que las ganancias de cada entrada dependan solo de las resistencias de entrada Rn, y no de las resistencias internas de as distintas fuentes de señal, es conveniente aislarlas con un adaptador de impedancia, según de indica en la figura 8.69

Los potenciómetros de entrada no tiene valores críticos es interesante que no carguen a las fuentes de señal, pudiendo tener cualquier valor entre 10K y 100K.

8.10.3 Ruido en los Mezcladores de Señal

En los mezcladores existe una ganancia para cada señal y una ganancia muy distinta para el ruido. La ganancia para el ruido es mucho mayor y esta en función del numero de entradas. Cuantas mas entradas tenga mas amplificación de ruido se tiene.

Por ejemplo la perturbación debida a la interferencia de Red a lo rizado de la fuente de alimentación es amplificada 20 log(N) dB, mientras que la señal es amplificada 0 dB la relación Señal/ruido empeora con el aumento del numero de entradas. A mayor numero de entradas mayor ruido.

8.10.4. Mezclador con entradas diferenciales

Con amplificadores operacionales se pueden diseñar amplificadores restadores. Estos amplificadores restadores amplifican la diferencia de las señales de entrada y son, por tanto, muy inmunes al ruido parasito de la red eléctrica y a las perturbaciones. Al amplificar la diferencia de las señales de entrada, las perturbaciones se eliminan y en la salida de obtiene solamente la entrada amplificada.

8.10.4. Mezclador con entradas diferenciales

Para garantizar una insensibilidad al ruido para el caso de entradas cableadas se lleva la señal a la entrada de las etapas mezcladoras diferenciales. los dos hilos de la señal deben ser independientes del de masa. Se debe utilizar cable simétrico apantallado.

El esquema de una etapa mezcladora con entradas diferenciales es el de la figura 8.71. las entradas diferenciales se realizan con los operacionales A1, A2 y A3. el potenciómetro P1 controla el nivel de la entrada uno. De igual forma P2 y P3 controlan los niveles de las entradas 2 y 3 respectivamente. La ganancia total se controla con P4.

8.11. Filtros

8.11.1. Conceptos Generales

Los filtros permiten el paso de unas determinadas frecuencias. Para audio los mas utilizado don los de primer y segundo orden los de primer orden se utilizan en la relación de algún pequeño control de tonos, pero no son los mas indicados. Los de segundo orden son mas selectivos y son los que normalmente se utilizan.


los filtros de primer orden tienen una pendiente de 6 dB/octava o, lo que es mismo, 20 dB/década.

los de segundo orden 12 dB/octava o 40dB/década

8.11. Filtros

La frecuencia de corte es la frecuencia a la cual la ganancia disminuye en tres dB. Puede ser la frecuencia superior de corte ƒsc, o puede ser la frecuencia inferior de corte ƒic, o simplemente la frecuencia de corte ƒc.

En las etapas preamplificadoras suelen utilizarse filtros de segundo orden activos, realizados con amplificadores operacionales. Se pueden utilizar filtros pasa banda, elimina, banda, pasa altos y pasa bajos.

8.11.2. Clases de Filtros

En este aparato se analizaran solamente los filtros activos pasa bajo, pasa alto y pasa banda de segundo orden activos.

Filtro activo pasa bajo de segundo orden

Este filtro permite el paso de las señales cuyas frecuencias sean inferiores a la de corte. Para su diseño se parte de un dato: la frecuencia de corte:

ƒc

Se elige un valor para las resistencias R, por ejemplo

R=10K

Se calcula C

C=0,112 / R..ƒc

Se calcula el condensador CS = 2.C


Filtro activo pasa alto de segundo orden

Este filtro permite el paso de las señales cuyas frecuencias sean superiores a las de corte. Para su diseño se parte de la frecuencia de corte fc:

Fc

Se elige un valor para los condensadores C. es aconsejable que dicho valor este comprendido entre 220 pf y 680 nf.

C=[220pF a 680nF]


Se calcula Rs:

RS= 0,112/ C.fc

Se calcula R

R= 2 RS


Filtro activo pasa banda de segundo orden.

permite el paso de unas determinadas frecuencias comprendidas entre una inferior, denominada frecuencia inferior de corte fic, y otra superior, denominada frecuencia superior de corte fsc. Las restantes frecuencias son eliminadas. Las frecuencias centran comprendida entre la inferior y la superior se denomina fo.

se denomina coeficiente de calidad del filtro a la relación entre la frecuencia central fo y el ancho de banda del filtro.

8.12 Control de Tono

El control de tono permite, de una forma sencilla, modificar la respuesta del amplificador. Se muestra un control de tono realizado con el operacional TL082.

Se tiene un control de graves, medios y agudos. La señal de entrada puede venir del mezclador o del preamplificador. La salida va a la etapa de potencia.

8.13. Filtros Conmutables

Son filtros en los cuales se puede seleccionar la banda de paso por medio de unos conmutadores. El que se presenta consta de un filtro pasa alto y de otro pasa bajo. El pasa alto conmuta a las frecuencias de corte de 20Hz, 60Hz, 200Hz. El pasa bajo a las de 5kHz, 10kHz, 20 kHz.

8.14. Circuitos Ecualizadores

Un ecualizador es un corrector de tonos mejorado. Con el ecualizador es posible intervenir de una manera mas eficaz a lo largo de toda banda de audio y, por tanto, mejorar la calidad de audición.

Soluciona los problemas que surgen cuando existen irregularidades de respuesta en frecuencia debidos al sistema reproductor o al recinto de audición.

La modificación o corrección de la respuesta en frecuencia se presenta gráficamente o por medio de unos potenciómetros lineales.

8.14. Circuitos Ecualizadores


En las instalaciones de megafonía, el uso de un ecualizador puede evitar la aparición de la realimentación acústica. En estos sistemas interesa una respuesta plana y el ecualizador puede los picos de resonancia, puesto que estos picos son los que condicionan el volumen máximo del recinto. En estas instalaciones se debe actuar entre los 100Hz y los 10 kHz.

Sin embargo, en una instalación de HI-FI la gama de frecuencias comprendida entre los 300Hz y los 5kHz debe permanecer intacta. Se retocan los extremos: de 20 a 300Hz y de 5kHz a 20kHz

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