64086846 Curso Practico de Audio

EDITORIALQUARK

Nº de Colección 14Nº de Colección 14Rep Argentina: $15México: $30 M.N.Otros Países: U$S 6

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N º 1 4

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Revista Club Saber Electrónica, ISSN: 1668-6004

Ed i to r i a l - Ed i to r i a l - Ed i to r i a l - Ed i to r i a l

Continuamos la serie de libros del Club SaberElectrónica, esta vez nos dedicaremos al audio.

Es por eso que incluimos en esta obra todo lo re-ferente al audio, desde el principio, para que cual-quier persona que tenga, o no, conocimientos deelectrónica pueda entenderlo.

Verá en el capítulo 1: qué es el sonido, cómo sedesplazan las ondas sonoras, período, frecuencia,para luego seguir con los modelos clásicos de ampli-ficadores, las configuraciones circuitales básicas endonde, a través de algunas fórmulas no muy compli-cadas, aprenderá a calcular diferentes tipos de am-plificadores según la utilidad para la cual usted lonecesite. Según las distintas configuraciones, exis-ten varias formas de polarizar un transistor consus ventajas y desventajas, aprenderá también acalcular capacitores de paso y verá los diferentes ti-pos de acoplamientos entre etapas.

En el capítulo 3 damos una explicación de quéson los preamplificadores y sus circuitos derivados,como ser controles de tono, qué es realimentaciónnegativa, realimentación multietapa, el sistema Ba-xendall, filtros, controles de volumen y balance, en-tradas, ecualización. Verá luego etapas de salida,parlantes o bocinas como les llaman en México, suconstrucción, clasificación, características técni-cas, cajas acústicas, construcción y detalles de dife-rentes diseños y su armado.

Para finalizar, publicamos diferentes montajes re-lacionados con el audio y que creemos le serán deutilidad: un mezclador de audio expansible, unpreamplificador universal, un ecualizador de 3 ban-das y un medidor de potencia de audio.

No se pierda el próximo número de la coleccióndel Club S.E.

¡¡¡¡¡Hasta la próxima!!!!!

Ing Horacio D. VallejoISBN Nº: 987-1116-60-8

EL SONIDO...................................................................................................3Amplitud de la vibración o valor de pico ........................................................4Amplitud pico a pico de la vibración ..............................................................4Amplitud instantánea.......................................................................................4Ciclo ................................................................................................................4Período ............................................................................................................4Frecuencia .......................................................................................................4Curva umbral...................................................................................................6Curva de sensación dolorosa ...........................................................................6La cadena audiofrecuente................................................................................7

MODELOS CLASICOS DE AMPLIFICADORES...................................9Configuraciones circuitales básicas.................................................................9El amplificador emisor común ......................................................................10El amplificador colector común ....................................................................15Resumen sobre polarización..........................................................................15Recta estática de carga ..................................................................................16Recta dinámica de carga................................................................................18Acoplamiento interetapas ..............................................................................21Acoplamiento por transformador ..................................................................23Acoplamiento directo ....................................................................................24

PREAMPLIFICADORES ..........................................................................27Controles de tono ..........................................................................................27Controles de tono pasivos .............................................................................28Realimentación negativa ...............................................................................31Realimentación multietapas ..........................................................................33Realimentación en controles de tono. Sistema Báxendall.............................34Filtros ............................................................................................................35Controles de volumen y balance ...................................................................37Preamplificadores..........................................................................................38Ecualización ..................................................................................................40Ecualizador de discos ....................................................................................41Red de ecualización para fonocaptor cerámico o a cristal ............................42Respuestas en frecuencia...............................................................................43Elasticidad .....................................................................................................43Separación de canales....................................................................................43Fuerza de apoyo ............................................................................................43Tensión de salida ...........................................................................................43Diferencia entre canales ................................................................................43

ETAPAS DE SALIDA .................................................................................45Etapas amplificadores clase B.......................................................................47Amplificador Push Pull a transformador.......................................................47Distorsión por cruce ......................................................................................47Etapa de salida complementaria ....................................................................48Etapas excitadoras .........................................................................................49Amplificadores de salida cuasicomplmentaria..............................................50Amplificadores de acoplamiento directo.......................................................52

Amplificador diferencial ...............................................................................52Distorsión en amplificadores.........................................................................53Dsitorsión armónica ......................................................................................53Distorsión por intermodulación.....................................................................53Rango dinámico de un amplificador .............................................................54Amplificador de salida en puente..................................................................54Sistema Quad.................................................................................................55

PARLANTES Y CAJAS ACUSTICAS .....................................................57Constitución de los parlantes.........................................................................57Clasificación de los parlantes ........................................................................57Parlantes dinámicos.......................................................................................57Imán permanente y yugo ...............................................................................58Bobina móvil .................................................................................................58Cono o diafragma ..........................................................................................58Suspensión interna del cono, o araña ............................................................59Suspensión externa del cono .........................................................................59Campana o cuerpo principal..........................................................................59Cables de conexión a la bobina móvil - Polarización ...................................59Tapa de retención del polvo...........................................................................60Principio de funcionamiento de un parlante dinámico..................................60Parlantes electrostáticos ................................................................................61Parlantes piezoeléctricos ...............................................................................62Otros tipos de parlantes .................................................................................62Auriculares ....................................................................................................62Características técnicas..................................................................................63Impedancia ....................................................................................................63Resistencia de la bobina móvil......................................................................64Respuesta en frecuencia ................................................................................64Frecuencia de resonancia...............................................................................64Directividad...................................................................................................65Potencia máxima y mínima del parlante .......................................................65Parlantes para tonos graves ...........................................................................65Parlantes para tonos medios ..........................................................................66Parlantes para tonos agudos ..........................................................................66Filtros divisores de frecuencia.......................................................................67Baffles o cajas acústicas ................................................................................71Baffles infinitos .............................................................................................71El radiador pasivo..........................................................................................75Construcción de baffles .................................................................................75Bocinas ..........................................................................................................76

MONTAJES DE AUDIO ............................................................................77Mezclador de audio expansible .....................................................................77Amplificador de 750W PMPO......................................................................78Amplificador de bajo ruido y vúmetro a leds................................................80Preamplificador universal .............................................................................81Ecualizador de 3 bandas ................................................................................83Medidor de potencia de audio .......................................................................84

2 CLUB SABER ELECTRONICA

INDICE DE LA OBRA

CURSO PRÁCTICO DE AUDIO 3

El sonido es una forma de energía que se transmitedesde el cuerpo que la irradia a través del medioque lo circunda, en forma de ondas de presión.

Hasta el siglo pasado, para escuchar música eranecesario disponer de los ejecutantes en el lugar, porlo que la buena música era cara y obligaba a asistir afunciones especiales en teatros para tal propósito.Nuestra “Era Técnica” permitió ampliar y generali-zar esta posibilidad. Alrededor de 1878, Thomas Al-va Edison inventó el aparato que hoy llamamos “fo-nógrafo” que puede considerarse como el puntapiéinicial de los sistemas de registro y reproducción delsonido.

El avance de la técnica ha sido tal, que en la actua-lidad son muy pocos los hogares que no cuentan conaparatos de grabación y/o reproducción del sonido(grabadores, tocadiscos, centros musicales, CDs,etc.).

Como una primera aproximación podríamos defi-nir el sonido como el movimiento vibratorio de loscuerpos que es transmitido a través de un medio elás-tico como el aire, en forma de ondas de presión; no-temos que no sólo los gases sino también líquidos ysólidos transmiten el sonido. En los sólidos la propa-gación de las ondas se realiza en ambas direcciones,es decir, longitudinal y transversalmente.

Como fenómeno físico, el sonido puede definirsecomo la perturbación producida por un cuerpo queestá vibrando dentro de un medio y que puede iden-tificárselo por sucesivas variaciones de presión queprovocan la generación de las denominadas “OndasSonoras” que se propagan a través de este medio

transportando energía a una determinada velocidad.Por lo tanto, “sonido” es el movimiento vibratorio

producido por un cuerpo y “sensación sonora” -noconfundir- es el efecto que produce una onda sonoraen el órgano auditivo.

¡Atención! para la producción de un sonido no só-lo es necesario que un cuerpo vibre, sino que hacefalta un medio material que permita la propagaciónde la onda sonora. Quizás esto último pueda parecerextraño, pero se demuestra fácilmente colocando unaradio dentro de una campana de vidrio. Si en el inte-rior de la campana hay aire, desde el exterior se es-cuchará el sonido emitido por la radio, aunque un po-co atenuado (figura 1-a). Quitemos ahora el aire con-tenido en el interior del recipiente; notaremos que elsonido deja de percibirse ya que deja de existir elmedio de transmisión del sonido: “el aire” (figura 1-b).

Consideremos ahora una regla de acrílico comúnde las que usan los estudiantes, a la que sujetamoscontra el borde de una mesa, con la mano (figura 2).

Con la otra mano doblemos la regla hacia arriba ohacia abajo y soltémosla; inmediatamente percibire-mos un sonido (figura 3).

Vea que el medio que envuelve a la regla es el ai-re, tal que al pasar la regla de la posición 1 a la 2,comprime el aire que se encuentra encima y enrare-ce (depresiona) el aire que se encuentra por debajo.Desde la posición 2 a la 3 el camino recorrido es in-verso y la situación se invierte (se comprime el airepor debajo de la regla y se expande el que se encuen-tra por arriba).

EL SONIDO

Figura 1

EL SONIDO

4 CURSO PRÁCTICO DE AUDIO

Todos los puntos del recorrido de la regla experi-mentarán variaciones alternativas de presión que sepueden representar como una onda senoidal, tal co-mo se observa en la fig. 4.

El lector ya habrá notado que la señal dibujada tie-ne forma de onda senoidal, la cual se caracteriza convarios parámetros, como ser: período, amplitud depico, amplitud de pico a pico, valor instantáneo, fre-cuencia, etc.

Para facilitar el estudio recordemos la definiciónde cada uno de estos parámetros:

Amplitud de la vibración o valor de picoEs la distancia que existe entre el punto en que la

regla alcanza la máxima elongación y la posicióninicial de la misma (distancia entre los puntos 1 y 2de la figura 5).

Amplitud pico a pico de la vibraciónEs la distancia que existe entre los puntos en que

la regla alcanza las máximas elongaciones en ambossentidos.

Amplitud instantáneaEs la amplitud que alcanza el movimiento de la re-

gla en un instante de tiempo determinado respectodel valor de reposo.

CicloEs el recorrido efectuado por la regla al pasar dos

veces consecutivas por la posición 1 en el mismosentido.

PeríodoEs el tiempo empleado por la regla en completar

un ciclo; se lo designa con la letra T.

FrecuenciaEs la inversa del período; es decir, es la cantidad

de ciclos que completa la regla en la unidad de tiem-po, y se la designa con la letra f.

1f = ––––––

TEl sonido se propaga con velocidad constante, la

cual sólo depende del medio en que se desplaza. Esto quiere decir que la longitud de onda de una

señal que se desplaza en el tiempo dependerá del me-dio y se calcula como:

l = Velocidad de Propagación x Período

Recuerde que para una onda electromagnética, porejemplo, la longitud de onda se calcula como:

Vl = –––––––– = V x T

f

donde V es la “velocidad de la luz”y correspondea la velocidad de desplazamiento de dichas ondas (laluz es como una gama de ondas electromagnéticasque podemos percibir con los ojos).

El sonido se propaga a una velocidad mucho me-nor que las ondas electromagnéticas. Podemos verlas velocidades que adquieren las ondas acústicas enla tabla 1.

También se puede definir el sonido como una per-turbación del medio que, al llegar al oído, produceuna sensación auditiva.

Los sonidos periódicos (repetitivos), a su vez, pue-

Figura 4

Figura 5

Figura 2

Figura 3

EL SONIDO


den tener o no carácter musical, mientras que los so-nidos aperiódicos (que no se repiten) son general-mente catalogados como ruidos.

Los sonidos periódicos se caracterizan por su tono,por su timbre y por su intensidad.

El tono aumenta cuando se pasa de los sonidosgraves (bajas frecuencias) a los sonidos agudos (al-tas frecuencias). De esta manera, el tono de un soni-do queda determinado por su frecuencia, pero mu-chas veces el sonido no es puro y está compuesto pormás de una señal de distintas frecuencias. En ese ca-so el tono queda determinado por la frecuencia delsonido fundamental.

Así, por ejemplo, si se coloca un fleje de maderasobre una rueda dentada que está girando (es el casode las “matracas” utilizadas en los festejos de carna-val), tal como se grafica en la figura 6, el tono del so-nido emitido por el conjunto dependerá de la veloci-dad de giro de la rueda, ya que si gira a mayor velo-cidad, el fleje golpeará contra los dientes de la ruedamayor cantidad de veces por segundo, y el sonidotendrá un tono más agudo (aumentó la frecuencia delos golpes).

En general, el oído humano no entrenado no estácapacitado para distinguir variaciones muy pequeñasen el tono de un sonido, y mucho menos saber cuáles la frecuencia de la señal que le dio origen, si bienpuede deducir si se trata de una señal de baja fre-cuencia o alta frecuencia.

Por esta razón, en música no se habla de frecuen-cia, sino de “intervalo”, aduciendo a las relacionesentre frecuencias; las “notas musicales” poseen fre-cuencias características y un grupo de siete notasocupan un intervalo musical. Ver tabla 2.

Así, por ejemplo, si en un intervalo musical el “la”posee una frecuencia de 440Hz, en el intervalo si-guiente el “la” emitido tendrá el doble de frecuencia,es decir, 880Hz.

Se estudiará más adelante que a este intervalo se lodenomina OCTAVA MUSICAL. Pero nos podemoshacer la siguiente pregunta:

- ¿cómo es que la misma nota ejecutada por unviolín produce una sensación sonora distinta de lade un piano?

Las dos notas tendrán el mismo tono pero causandistinta impresión a nuestros oídos, ya que se distin-guirán por el “timbre”.

El timbre de un sonido queda determinado por lacantidad de armónicas que acompañan a un sonidofundamental cuando éste es emitido y también por laamplitud de esos armónicos. Por ejemplo, una señalsenoidal de 1000Hz no se escuchará igual que unaonda cuadrada de igual frecuencia ya que la primeraes una señal pura mientras que la onda cuadrada, co-mo sabemos, posee muchas armónicas impares de lafundamental (vea la figura 7).

Se dice que un sonido es rico en armónicas cuan-do va acompañado hasta la 6a ó 7a armónica con am-plitudes apreciables.

Si posee mayor cantidad de armónicas (más agu-dos) el sonido se torna muy áspero. Además, los so-nidos con armónicas impares (como la onda cuadra-da) resultan agradables, mientras que donde predo-minan las armónicas pares (como la onda triangular)resultan desagradables.

Dos personas se distinguen por su timbre de voz,pues si bien pueden decir lo mismo con tonos pare-cidos, la sensación sonora es distinta en ambos ca-sos.

Cuando Ud. habla por teléfono su voz tiende a de-formarse, ya que si bien se puede entender perfecta-

Figura 6

TABLA IVelocidades que adquieren las ondas acústicas en distintos medios

medio velocidadAire frío (0°C) 331 m/segAire moderado (25°C) 343 m/segHidrógeno frío (0°C) 1290 m/segAgua de río 1450 m/segAgua de mar 1504 m/seg

EL SONIDO


mente lo que dice, el sonido parece distinto. Lo queocurre es que la central telefónica no deja pasar lasarmónicas superiores a 4000Hz (aproximadamente)ya que la respuesta del canal telefónico está limitadaa esa frecuencia.

Si un sonido viene acompañado por una señal queno es armónica de la fundamental, se interpretará co-mo “ruido” ya que la sensación sonora será desagra-dable. La intensidad de las ondas sonoras determinanlas mayores o menores presiones y depresiones quela onda provoca sobre los tímpanos de nuestros oí-dos.

Si volvemos al caso en que vibraba la regla sujetapor un extremo, cuando aumenta la amplitud de lasvibraciones, aumentará la energía transportada por laonda sonora y mayor será la intensidad del sonido.

“Se dice que un sonido es más intenso cuanto ma-yor sea la energía transportada por la onda sonora”.

La intensidad mínima de sonido capaz de ser re-

producida por el oído humano es de 10-16 watt/cm2

o, lo que es lo mismo 0,0002 dina/cm2. A esta inten-sidad mínima se la llama UMBRAL AUDITIVO IN-FERIOR o INTENSIDAD UMBRAL, ya que es el“umbral” entre las señales que se escuchan, y las que

no se escuchan y se la designa como Wo (Wo = 10-

16 watt), vea la figura 8.Se debe tener en cuenta que la respuesta del oído

no es lineal con la potencia, sino logarítmica; estoquiere decir que, si asignamos el valor “1” comosensación sonora a una potencia 10 veces superior ala de umbral (10Wo), para que el oído humano re-concozca el doble de la sensación sonora inicial ha-ce falta aplicar una potencia de 100Wo. Vea la tabla3.

Esto quiere decir que, para obtener un aumentounitario de la sensación auditiva, se debe aumentar la

potencia 10 veces. Dicho de otra manera, el sonidoemitido por un amplificador de 10 watt no se escu-chará como el doble de la sensación auditiva de unamplificador de 5 watt.

Curva umbralEl oído no responde de la misma manera para to-

das las frecuencias.Se dice que el oído medio humano reconoce seña-

les comprendidas entre 40Hz y 16000Hz pero se haconvenido en señalar que el espectro audible va de20Hz a 20kHz. Asimismo, la intensidad umbral esdistinta para todas las frecuencias. Por ejemplo, eloído responde mejor a las denominadas frecuenciasmedias (entre 800Hz y 4500Hz aproximadamente).

Hemos dicho anteriormente, (y graficado en la fi-

gura 8) que la intensidad umbral era de Wo = 10-16

watt/cm2. Esta intensidad se da para una frecuenciade 1000Hz.

Para 100Hz la intensidad umbral ronda el valor

Wo’ = 10-12 watt/cm2 ; es decir, se reconoce reciéncuando la potencia es 10000 veces mayor que la mí-nima potencia audible para 1000Hz.

Los valores de potencia mínima reconocible paracada frecuencia se dan en una CURVA DE INTEN-SIDAD UMBRAL que abarca todo el espectro audi-ble. Así, por ejemplo, para una frecuencia de 500Hz

la intensidad umbral es de 10-14 watt/cm2; es decir,sólo se escucharán los tonos de 500Hz por encima deesa potencia. Idéntico análisis puede efectuarse paracualquier otra frecuencia.

Curva de sensación dolorosaLa curva de intensidad umbral determina el nivel

mínimo de intensidad reconocible por el oído huma-no para distintas frecuencias. Si se aumenta la poten-cia del sonido llega un momento en que produce unasensación de dolor. La CURVA DE SENSACIONDOLOROSA determina el límite, pasado el cual, elsonido produce una sensación de dolor en nuestrosoídos (tal como se puede apreciar en la figura 9). Co-mo se observa, la zona del gráfico encerrada por lascurvas de intensidad umbral y sensación dolorosa,

TABLA IILas notas musicales se agrupan en un intervalo que en frecuencias

corresponde a una relación igual a “2” entre una nota de un intervalo y la misma nota delintervalo siguiente

do re mi fa sol la si do9 5 4 3 5 15

1 —— —— —— —— —— —— 28 4 3 2 3 18

Figura 7


determina el nivel que pueden tomar los sonidos dedistintos tonos para que puedan escucharse por el oí-do humano sin inconvenientes.

Se ve en el gráfico que para un sonido de 1000Hz

la intensidad dolorosa (Wd) es de 10-4 watt/cm2

(luego se estudiará que corresponde a 120dB). Se de-

be deducir entonces que una presión de 1 watt/cm2

con una frecuencia de 1000Hz provocará lesionesmuy graves en el oído.

La cadena audiofrecuenteEl sonido puede convertirse en una corriente eléc-

Figura 9

Figura 9

EL SONIDO

Figura 8

EL SONIDO


trica. Llamamos transductores electroacústicos a losdispositivos capaces de convertir una señal eléctricaen un sonido. Así, el micrófono es un transductor queconvierte la energía sonora en corriente eléctrica.

Para que el transductor sea útil debe proporcionaruna salida que represente una réplica exacta de la on-da que lo está excitando. La altura o amplitud de laseñal eléctrica representa la intensidad del sonido; lafrecuencia representa el tono y la forma de onda, eltimbre. Estos tres elementos deben corresponderseentre sí.

Obtenida la corriente eléctrica como una réplicaexacta de la onda sonora que le dio origen, el sonidopuede amplificarse, grabarse y reproducirse por me-dios eléctricos y electrónicos.

Los procesos que sufre la señal desde su conver-sión en corriente eléctrica hasta la reproducción pormedio de parlantes u otros reproductores electroa-cústicos se lleva a cabo en la denominada “CADE-NA AUDIOFRECUENTE”.

Si consideramos un disco fonográfico como el me-dio de grabación de la corriente eléctrica correspon-diente al sonido que le dio origen, el primer eslabónde la cadena audiofrecuente será un micrófono; lue-

go las corrientes eléctricas producidas por éste sonamplificadas con el objeto de que adquieran el nivelnecesario para que puedan excitar una cabeza graba-dora magnética. Así se puede grabar en cinta magné-tica la señal requerida (llamada “Señal de Audio”)para que puedan grabarse muchos discos según la in-formación almacenada en la cinta. Posteriormente,una cabeza lectora transmitirá la señal de audio a unapúa especial denominada “estilo grabador”. Dichapúa va cavando un surco en el disco que gira a velo-cidad constante (generalmente a razón de 33 1/3 derevoluciones por minuto).

De esta manera, en los surcos del disco queda gra-bada la información que luego se podrá recoger conun cabezal reproductor (fonocaptor) obteniendo asínuevamente una señal eléctrica que deberá ser am-plificada y por medio de reproductores acústicos seconvertirá nuevamente en sonido que será expulsadoal medio ambiente.

Digamos, entonces, que la cadena audiofrecuentees el “eslabón” entre el INTERPRETE y el OYEN-TE y no sólo se puede conseguir mediante la graba-ción de discos sino también mediante una emisiónradiofónica o por medio de la grabacion de cintasmagnetofónicas.

A lo largo de esta obra nos ocuparemos de cadauno de los elementos que integran estas cadenas deaudio. En última instancia, la finalidad que persegui-mos es tratar de reproducir un sonido exactamenteigual al que se produce en el lugar de origen, dentrode lo que percibe el oído humano o, a veces, introdu-cirle deformaciones que resulten agradables al oyen-te. ********

TABLA III - Sensación sonora relativaPotencias en watt Sensación sonora10-15watt (10Wo) 1

10-14watt (100Wo) 210-13 watt (1000Wo) 3

10-12 watt (10000Wo) 4


En receptores de radio, amplificadores o equi-pos de audio, etc, la señal ingresante al “am-plificador de audio” puede tener una frecuen-

cia comprendida entre 20Hz y 20kHz. Esos equiposse pueden construir a partir de distintas configuracio-nes especiales. Por ejemplo, podría ser necesario am-plificar la señal que entrega un generador de baja im-pedancia o la señal que suministra un sintonizador dealta impedancia; en estos casos no podría utilizar elmismo amplificador. Además, podría necesitar unamplificador de corriente, de tensión o de potencia.

Existen distintas configuraciones y existen variasformas de polarizar un transistor, cada una con susventajas y desventajas.

Se dice que un amplificador de audio es aquel queincrementa el nivel de una determinada señal que po-see una frecuencia comprendida dentro del espectroaudible (20Hz a 20kHz). Para el diseño de un ampli-ficador interesan características tales como la poten-cia de salida, impedancia de carga, impedancia deentrada, nivel de la señal de entrada, tensión de ali-mentación, etc.

Configuraciones circuitales básicasBásicamente, a un transistor se lo puede utilizar en

tres configuraciones distintas, a saber:a- Configuración Base Comúnb- Configuración Emisor Comúnc- Configuración Colector Comúna) El Amplificador Base ComúnLas principales características son:• Baja impedancia de entrada (entre 50 ohm y 300

ohm)• Alta impedancia de salida (entre 100 kilohm y 1

Megohm).• Posee alta ganancia de tensión.• No posee ganancia de corriente.• La señal de salida no está desfasada respecto de

la de entrada.En la figura 1 vemos el circuito de un amplificador

base común.

Si observamos el circuito, la polarización del emi-sor es tal que la juntura base-emisor queda en direc-ta, constituyendo así un circuito de muy baja resis-tencia de entrada (diodo en directa) que oscila entre50 y 300 ohm, mientras que el colector queda pola-rizado en inversa, lo que hace que la salida tenga unaresistencia elevada que oscila entre 100 kohm y 1Mohm.

La ganancia de corriente:Ic

α = –––––– < 1Ie

es menor que la unidad pero se asemeja a 1; varíaentre 0,98 y 0,999, pero lo que aquí importa es quela ganancia de resistencia es muy grande (aproxima-damente Rs/Re = 1500) con lo cual la etapa poseegran ganancia de tensión.

Existe una familia de curvas que caracterizan elfuncionamiento de cada transistor en la configura-ción base común, y se llaman curvas característicaspara conexión base común (o base a tierra, o base amasa).

Muchas veces es cómodo trabajar con una sola ba-tería y para ello se polariza al transistor (figura 2).

Los resistores de base Rb y Ra dan a la base unapolarización positiva respecto de emisor a los finesde que la juntura BE quede polarizada en directamientras que el colector es positivo respecto del emi-sor. C1 es un camino a masa para la señal alterna alos fines de obtener máxima señal sobre la resisten-cia de carga Rc. La señal a la salida está en fase conla señal de entrada, pues un aumento de la tensión debase provocará un incremento de la corriente de co-lector y, a su vez, aumentará la señal sobre Rc que esla carga (salida) del circuito. Observe que C1 es uncortocircuito para corriente alterna; anula los resisto-

MODELOS CLÁSICOS

DE AMPLIFICADORES

Figura 1 Figura 2

MODELOS CLÁSICOS DE AMPLIFICADORES


res Ra y Rb ya que no hay caída de tensión de señalalterna sobre éstos.

b) El amplificador emisor comúnEn este tipo de circuito, la señal de entrada se apli-

ca entre base y emisor del transistor. Aquí también lapolarización del transistor es tal que el emisor quedapolarizado en directa, condiciones imprescindiblespara que el transistor funcione como tal.

Se trata de un amplificador de impedancia de en-trada moderada, no muy alta impedancia de salida,posee ganancia de tensión y corriente y la señal desalida está desfasada 180° respecto de la señal apli-cada a la entrada.

Tensión de entrada = Tensión Base-emisorTensión de salida = Tensión Colector-EmisorCorriente de entrada = Corriente de BaseCorriente de salida = Corriente de ColectorDesarrollemos este tema analizando el circuito de

un amplificador emisor común (figura 3).

La resistencia de entrada varía con la polarización,siendo un valor normal 5000 ohm, aunque puede va-riar entre 100 ohm y 10.000 ohm, según la polariza-ción. La resistencia de salida es moderada, es decir,unos 50.000 ohm según el transistor y su polariza-ción. Aquí la corrriente de colector se controla con lacorriente de base, de aquí que con pequeñas varia-ciones de la corriente de base se obtengan grandesvariaciones de la corriente de colector, razón por lacual, actuando como amplificador de corrriente, sedefine lo que se llama factor β.

Ic Ganancia de corriente delβ = ––––––– transistor en la configuración

Ib emisor común

Por lo dicho, en un amplificador base común seutiliza el parámetro:

Icα = ––––––

Ie

y aquí se usa:

Icβ = –––––

Ib

Pero la diferencia fundamental es que este circuito(emisor común) tiene ganancia de corriente y tam-bién ganancia de tensión, por lo cual se puede teneruna ganancia de potencia que puede llegar a 10.000veces (40dB), lo que lo hace muy popular.

Nótese que, si al aplicar una señal de entrada au-menta la tensión de base, aumentará la Ib, lo que ha-rá aumentar la Ic; si esto ocurre, aumentará la caídade tensión sobre RL y, por ley de Kirchhoff, dismi-nuirá la tensión colector-emisor (tensión de salida)pues:

Vcc = VRL + Vce

Como Vcc es constante, si aumenta VRL deberádisminuir Vce. En síntesis, un aumento de la señal deentrada provocará una disminución (mayor) de latensión de salida por lo cual hay una inversión de fa-se entre entrada y salida, al revés de lo que ocurría enun circuito Base-Común.

Aquí también es necesario, a los fines de simplifi-car la construcción del circuito, polarizar al transis-tor con una sola batería o fuente de alimentación ypara ello hay muchas formas de hacerlo; una de ellases la denominada polarización fija, que consiste encolocar un resistor entre base y batería con el fin depolarizar la juntura base-emisor en directa (figura 4).

Para calcular el valor de la resistencia de base, bas-ta con fijar un valor de corriente de base. Sabemosque habrá además, una caída de tensión sobre RL,que no debe ser demasiado alta para que el colectorsiga siendo positivo respecto de la base.

Figura 3

Figura 4



Para hacer el cálculo de Rb se emplea la malla for-mada por Vcc, Rb y la juntura BE del transistor (fi-gura 5).

Ejemplo 1Si consideramos la Vbe = 0,6V y queremos una

corriente de base de 50µA con una Vcc = 6V, la Rbdebe ser de:

6V - 0,6VRb = –––––––––––– = 108.000Ω

50 x 10-6 A

Un valor comercial que se asemeje a este valor es100 kohm: por lo tanto, adoptamos una Rb = 100kohm.

Es fácil notar que, pase lo que pase, la Ib permane-ce constante frente a variaciones de temperatura opor cambios de transistor, pues para todos los tran-sistores Vbe = 0,6V (Si) o Vbe = 0,2V (Ge) aproxi-madamente.

IcSegún lo estudiado: β = –––––

IbCon lo cual: Ic = β . Ib

Ocurre que todos los transistores “no” son igualesy su b puede variar por cambios de temperatura (ade-más de variar entre transistores), con lo cual, si esfundamental que Ic no varíe, tendría que cambiar el

valor de Rb cada vez que se cambia de transistor, loque complica el análisis.

Esto hace que la polarización fija no sea la másadecuada, ya que es inestable frente a cambios detransistores y frente a variaciones de temperatura,por lo que resulta imposible mantener fija la corrien-te típica de colector.

Para solucionar en parte este problema, se utilizala polarización automática que consiste en conectarel resistor Rb entre base y colector, que cumple lafunción de “sensar” la tensión entre colector y basepara polarizar a ésta. Es decir, existe una realimenta-ción desde el colector hacia la base (realimentar sig-nifica tomar una muestra de alguna parte del circui-to y enviarla a otra parte del circuito con el fin de va-riar alguna característica del mismo). La polariza-ción automática, aunque tiene la desventaja de dis-minuir la ganancia del amplificador, mejora algunasfallas de la polarización fija (figura 6).

Para calcular el valor de Rb debemos saber cuál esel valor de tensión que pretendemos que exista encolector y cuál es la corriente que circulará por la ba-se.

Analizando el circuito y aplicando Kirchhoff pue-de deducirse que:

Vce - VbeRb = ––––––––––

Ib

Ejemplo 2

Si se desea teneruna tensión entrecolector y emisorVce = 4V con unacorriente de base deIb = 50µA, debe-mos colocar una Rb(figura 7), que secalcula:

4U - 0,6URb = –––––––––––– = 68.000Ω

50 x 10-6A

Casualmente, esta vez el valor calculado para Rb= 68 kohm coincide con un valor comercial.

Para calcular la polarización de un circuito con po-larización automática, se debe recurrir al circuito deentrada (figura 8).

Se deduce que:Vcc = VRc + VRb + Vbe

Figura 5

Figura 6

Figura 7



Si consideramos que Ic esmucho mayor que Ib sepuede decir que:

VRc = Ic . Rc

VRb = Ib . Rb

Luego:

Vcc = Ic . Rc + Ib . Rb + Vbe

Reemplazando la relación:

Ic IcIb = ––––– Vcc = Ic . Rc + –––– . Rb + Vbe

β β

Si se trabaja matemáticamente, se llega a:

Vcc - VbeIc = ––––––––––––– (1)

RbRc + –––––

β

En la fórmula de cálculo de Ic se ve que ahora el βno influye tanto sobre el valor de la corriente de co-lector, razón por la cual no hay grandes variacionesde Ic con la temperatura o por cambios del transistor.Aunque la variación de β sea grande debido a que se

cambió el transistor o hubo una variación de tempe-ratura, el circuito no se verá afectado, dado que Icpermanece casi constante.

Ejemplo 3

Calcular la polarización (figura 9).

Q es un transistor de silicio (Vbe = 0,6 V) que po-see un β = 200.

Aplicar la fórmula (1): ver fórmula 1a, más abajo.

Supongamos que hay una variación del 50% del βpor cualquier causa, lo que lo lleva a un valor β’ =300, nos preguntamos, ¿variará mucho la corrientede colector?

Para aplacar dudas, calculemos el nuevo valor deIc. Ver fórmula 2a, más abajo.

Se puede comprobar entonces, que una variacióndel 50% en el valor del β provoca, en este caso, unavariación inferior al 5% en la corriente del colector,lo que indica que ha aumentado la estabilidad del cir-cuito.

En este circuito la realimentación negativa tam-bién estará presen-te para la señal al-terna que desea-mos amplificar; esdecir, existe unadisminución en laganancia del cir-cuito, pero la esta-bilidad lograda

Figura 8

Figura 9

12V - 0,6V 12V - 0,6V 11,4VIc = –––––––––––––––––––––– = –––––––––––––––– = –––––––––––– = 8,7mA

22.000Ω––––––––––– + 1.200Ω 110Ω + 1.200Ω 1310Ω

200

Fórmula 1a

Vcc - VbeIc = –––––––––––––

RbRc +–––––

β’

11,4V 11,4V 11,4VIc’ = –––––––––––––––––––––– = ––––––––––––––– = –––––––––––– = 8,95mA

22.0001.200Ω + –––––––Ω 1.200Ω + 73,3Ω 1.273,3Ω

300

Fórmula 2a


compensa ampliamen-te esta pequeña des-ventaja ya que, con elprecio actual de lostransistores, si necesi-tamos mayor ganancia,siempre podemos re-currir a más etapas enamplificación.

Como vemos, logramos estabilidad térmica bajan-do la ganancia del sistema.

Si consideramos despreciable la corriente de basefrente a la corriente de colector, podemos calcular latensión colector-emisor de la siguiente manera (figu-ra 10):

Vcc = VRc + Vce

Como Ic» Ib; trabajando matemáticamente:

Vce = Vcc - Ic . Rc

Vcc - VbeVce = Vcc - –––––––––– . Rc

RbRc + –––––

β

Aplicando esta fórmula al ejemplo que hemos ana-lizado, podremos conocer cuánto vale la tensión co-lector-emisor.

Vce = 12V - 8,7mA . 1,2kΩ =1,56V

La baja tensión Vce indica que el transistor estáoperando cerca de la zona de saturación. Recorde-mos que esta zona tiene su límite para una Vce ≅ 1V.

Para otras aplicaciones resulta necesario graduar laganancia de la etapa a voluntad (ganancia de tensión)y además que el circuito sea térmicamente estable;para ello suele utilizarse una realimentación de co-rriente en el circuito de polarización, por medio de lacolocación de un resistor en el emisor del transistor.En el circuito así constituido cualquier aumento en lacorriente de colector por alguna causa, desarrollaráuna tensión sobre el resistor de emisor tal que, si latensión de base permanece constante, polariza enforma inversa la juntura Base-Emisor que compensa-rá la variación de la corriente de colector.

La polarización “fija” de la base se consigue pormedio de un divisor resistivo.

Veamos lo siguiente, la polarización de la base esVcc . R2/(R1 + R2) o sea no depende de ningún pa-rámetro del transistor.

Un aumento de Ic aumenta VRe que es la caída so-bre Re (ver figura 11).

Para calcular la corriente de colector es necesarioconocer el valor de la tensión de la base respecto demasa y la resistencia que “ve” la base. El cálculo sefacilita si consideramos que I1 es mucho mayor queIb. Dibujando la batería del otro lado, se comprende-rá mejor el circuito de entrada (figura 12) :

VccI1 = –––––––––

R1 + R2

VB = I1 . R2

Reemplazando:

VccVB = ––––––––– . R2 (2)

R1 + R2

El desarrollo que estamos haciendo es una aplica-ción del teorema de Thevenin, que dice que cual-quier circuito puede ser reemplazado por un genera-dor de tensión en serie con una resistencia. Aplican-do este teorema al circuito que está conectado entrebase y masa del transistor, tenemos que R2 está co-nectada a la base junto con R1 y Vcc.

Ahora bien, el generador de tensión VB se calculacomo la tensión que cae entre base y masa del tran-sistor cuando éste ha sido desconectado; esta tensiónes la que cae sobre R2 y es la VB, fórmula (2).

En tanto la resistencia de Thevenin RB la calcula-mos con el transistor desconectado y cortocircuitan-

Figura 12


Figura 10

Figura 11



do la fuente de alimentación (II). Observe el circuitode la figura recién vista, donde al cortocircuitar lafuente de continua (Vcc) R1 y R2 quedan conecta-dos en paralelo.

R1 . R2RB = ––––––––– (3)

R1 + R2

En la figura 13 vemos qué ocurre si reemplazamosVB y RB en el circuito de la figura 11.

Lo hecho no es más que una aplicación del teore-ma de Thevenin para simplificar el cálculo de la co-rriente de colector.

Aplicando Kirchhoff en el circuito de la figura, setiene:

VB = VRB + Vbe + VRe

VB = Ib . Rb + Vbe + Ie . Re

Como Ic ≈ Ie

VB = Ib . RB + Vbe + Ic . Re

IcTambién Ib = –––––––

β

IcVB = –––––– . RB + Vbe + Ic . Re

β

RBVB = Ic . (–––– + Re) + Vbe

β

Despejando:

VB - VbeIc = –––––––––––––––

RB–––––– + Re

β

Donde: VB y RB se calculan por medio de las fór-mulas (2) y (3).

Vbe = 0,2V para el germanio y 0,7 para el silicio.β ganancia de corriente en emisor común dado

por el fabricante.

Para que la señal alterna no desarrolle una tensiónsobre el resistor Re, se coloca un capacitor de desa-cople entre emisor y masa. De esta forma, el capaci-tor en paralelo con Re deriva la señal de CA a masapara impedir pérdidas de ganancia. En síntesis, elagregado de Re tiende a estabilizar la corriente decolector.

Dado que generalmente Re » Rb/β, si varía el β, Icse mantiene constante, entonces hay mayor estabili-dad (figura 14).

De la misma forma que hemos procedido anterior-mente, podemos calcular la tensión Colector-Emisoraplicando Kirchhoff en el circuito de salida.

Vcc = VRc + Vce + VReVcc = Ic . Rc + Vce + Ic . ReVcc = Ic (Rc + Re) + VceVce = Vcc - Ic (RC + Re)

Ejemplo 4:Calcular la polarización de un transistor con pola-

rización por divisor resistivo que posee los siguien-tes datos:

R1 = 82kΩ Vcc = 10V

Figura 13 Figura 14



R2 = 8200ΩRc = 2700Ω Q= Silicio = β = 200Re = 120Ω

Aplicando las fórmulas vistas:

R1 . R2 82k . 8,2kRb =––––––––– = ––––––––––––– = 7,45kΩ

R1 + R2 82k + 8,2k

Vcc . R2 10V . 8,2VB =––––––––– = –––––––––––– = 0,91V

R1 + R2 82 + 8,2

VB - Vbe 0,91V - 0,7VIc = –––––––––– = ––––––––––––– = 1,33mA

Rb 7450ΩRe + –––– 120Ω + –––––––

β 200

Vce = Vce - Ic (RC + Re) == 10V - (2700Ω + 120Ω) . 1,33mA

Vce = 6,25V

El transistor está polarizado con Ic = 1,33mA yVce = 6,25V.

En síntesis, el agre-gado de Re proporcio-na una estabilidad adi-cional al circuito yaque permite sensar lacorriente de emisor.

Se conecta un capa-citor en paralelo paraque la corriente alternase derive a masa por élsin producir caída detensión alterna sobreRe, lo que disminuiríala ganancia.

Existen otras polari-

zaciones para la configuración emisor común perotodas ellas buscan mayor ganancia de tensión y au-mento en la estabilidad del circuito que son los fac-tores determinantes para la elección del circuitoadoptado para cada caso.

c) El amplificador colector comúnEn este circuito la señal de entrada se aplica entre

colector y base que, como sabemos, es una junturapolarizada en inversa para que el transistor trabajecorrectamente: de esta manera se logra que la impe-dancia de entrada de un transistor en esta configura-ción sea muy alta (resistencia elevada), mientras quela salida se toma entre colector y emisor, siendo laimpedancia de salida bastante baja. Esta etapa poseeuna ganancia de potencia bastante baja comparadacon la que se puede obtener en una etapa emisor co-mún.

La tensión de salida es siempre menor que la ten-sión de entrada: por lo tanto, la ganancia de tensiónes menor que la unidad. Este circuito se utiliza comoelemento adaptador de impedancias (figura 15).

Acomodamos el circuito para poder verlo comocomúnmente se utiliza (figura 16).

Si aumenta la señal de entrada, aumenta la corrien-te de emisor y por lo tanto la señal sobre la RC conlo cual, como ocurre en la configuración base co-mún, aquí no hay inversión de fase.

Resumen sobre polarizaciónLos transistores se deben polarizar para que la jun-

tura Base-Emisor esté en directa y la juntura Base-Colector trabaje en inversa: para ello se usa general-mente la polarización por divisor resistivo, polariza-ción fija o polarización automática. Cada configura-ción tiene características particulares, las cuales po-demos sintetizar en la tabla 3.

Figura 15

Figura 16



Recta estática de cargaLos transistores pueden ubicar su funcionamiento

en una zona de trabajo donde su respuesta es lineal,una zona denominada “ZONA DE CORTE” y unatercera zona que determina la “SATURACION” deltransistor. Se debe establecer un punto de funciona-miento del transistor dentro de su región activa (zo-na lineal) con el objeto de obtener a la salida del am-plificador una señal réplica de la de entrada pero demayor amplitud.

El punto de reposo del transistor, que hemosaprendido a calcular para las distintas polarizacio-nes, se debe hallar sin aplicar señal externa y se lollama punto “Q” de funcionamiento, punto de repo-so o simplemente punto de trabajo.

Ubicando este punto Q sobre las curvas caracterís-ticas de salida del transistor y aplicando métodosgráficos se puede predecir el comportamiento delamplificador cuando se le aplica una señal a la entra-da. Si la señal de salida no es fiel a la ingresante, lomás probable es que no se haya elegido correctamen-te el punto de reposo.

Al polarizar un transistor se debe elegir los com-

ponentes asociados (resistores, alimentación, etc.)con sumo cuidado, ya que el punto Q no debe quedaren cualquier parte de la zona activa del transistor. Sedebe tener en cuenta las especificaciones dadas porel fabricante, tales como Potencia Máxima de Disi-pación (Pc max), Tensión Máxima de Colector (Vcmax), Corriente Máxima de Colector (Ic max), Fac-tor b de Amplificación, etc (figura 17).

Para pequeñas señales, si el transistor está bien po-larizado se puede asegurar que la tensión de salidano será distorsionada, “pero no es la misma la ten-sión de colector que la señal de salida”, ya que estaúltima no debe poseer generalmente una componen-te de continua, razón por la cual se colocan capacito-res de desacople a la salida del circuito (y también ala entrada) lo que obliga a analizar el circuito sincomponente continua y con componente continua(figura 18). En este circuito, la tensión de continuadel colector del transistor no aparece sobre la resis-tencia de carga RL a causa del bloqueo impuesto porCb 2 pero la señal sobre RL es una réplica amplifi-cada de la señal de entrada.

Los valores de los capacitores deben ser tales que

TABLA 3RESISTENCIA RESISTENCIA GANA GANA

CONFIGURACION ENTRADA SALIDA CORRIENTE TENSION

BASE Baja AltaCOMUN No Sí

50 a 300 ohm 100 k a 1 MohmEMISOR Baja-Moderada Moderada-AltaCOMUN Sí Sí

100 a 10.000 ohm 5k a 1 MohmCOLECTOR Alta Baja-Moderada

COMUN Sí No100k a 1 Mohm 100 a 1000 ohm

Figura 17 Figura 18



a la frecuencia mínima de trabajo no ofrezcan resis-tencia apreciable al paso de la señal.

Para la ubicación del punto de trabajo se recurregeneralmente a métodos gráficos, utilizando las cur-vas de salida del transistor en la configuración enque se esté utilizando el dispositivo.

Si se conocen los elementos asociados a la salidadel transistor pueden calcularse los resistores de po-larización de base, previa ubicación del punto de re-poso del transistor, partiendo de la denominadaRECTA ESTATICA DE CARGA del transistor (figu-ra 19).

Para trazar esta recta sobre la familia de curvas, seobtiene la ecuación de la malla de salida del circuito.Por ejemplo, en el circuito de un transistor en emisorcomún con polarización por divisor resistivo se tieneque:

Vcc = Vce + Ic (Rc + Re) (4)

En esta ecuación, Vcc, Rc y Re son valores cono-cidos mientras que Vce e Ic son variables.

En geometría se estudia que la ecuación (4) repre-senta una recta y para trazarla hace falta conocer dospuntos de dicha recta. Los puntos elegidos serán:

a) Para Vce = 0 debemos calcular el valor de Ic.b) Para Ic = 0 debemos calcular el valor de Vce.a) Cuando Vce = 0, de la fórmula (4):

Vcc = 0 + Ic (Rc + Re)despejando:

VccIc = –––––––––

(Rc + Re)

b) Cuando Ic = 0, de la fórmula (4):

Vcc = Vce + 0 (Rc + Re)Vcc = Vce

Es decir, los dos puntos elegidos para trazar la rec-ta serán:

VccA (Ic; Vce) ⇒ ( –––––––– ; 0)

(Rc + Re)

B (Ic; Vce) ⇒ (0; Vcc)

Si ubicamos estos puntos sobre las curvas de sali-da del transistor y trazamos una recta que pase porellos, encontraremos la recta estática de carga delcircuito (figura 20).

Esta recta es útil porque no importa que varíe lacorriente de base como consecuencia de la aplica-

Figura 19

Figura 20

Figura 21



ción de una señal, los valores de Ic y Vce se ubica-rán sobre dicha recta. Además, conociendo los valo-res máximos de la señal a aplicar y trasladándolos algráfico se podrá calcular cuáles son los valores co-rrespondientes de la corriente de colector.

Supongamos polarizar la base tal que circule unacorriente Ib*; se puede hallar el punto de reposo bus-cando la intersección entre la curva representativa deIb2 y la Recta Estática de Carga; luego, trazando rec-tas paralelas a los ejes de Ic y Vce se pueden cono-cer rápidamente los valores de Icq y Vcq (tensión ycorriente de colector de reposo).

Ejemplo 5:Se desea levantar la Recta Estática de Carga del

amplificador del ejemplo Nº 4 (figura 21).

VccA) Vce = 0 ⇒ Ic = ––––––– =

Rc + Re

10V= –––––––––––––– = 3,55mA

(2.700 + 120)

B) Ic = 0 ⇒ Vce = Vcc = 10V

Como se ve, trazando una paralela al eje Vcc quepase por una Icq = 1,33mA, cortará a la Recta Está-tica de carga en un punto Vceq = 6,25V que coinci-de con los datos calculados anteriormente.

Por supuesto, al aplicar una señal alterna a la en-trada, variará la corriente de base, lo que hará cam-biar los valores de Ic y Vce (si Vce aumenta Ic debedisminuir y viceversa).

Si crece Ib aumentará Ic y bajará Vce; por el con-

trario, si Ib disminuye también lo hará Ic, lo que pro-vocará un aumento de Vce.

“Note que Vce no puede valer menos de 0 volt, nimás de 10 volt.”

Recta dinámica de cargaSe ha visto que por métodos gráficos se pueden pre-

decir los distintos valores de Ic y Vce que puede to-mar un transistor polarizado cuando se le aplica unaseñal de entrada, pero en el razonamiento no se ha te-nido en cuenta a la carga que se le aplica al circuito através de un capacitor. La Recta Estática de Carga esmuy útil para analizar el funcionamiento del circuitosin que a éste se le aplique señal, es decir, donde seubicaría el punto de reposo si hubiese algún corri-miento de algún parámetro a causa de determinadosfactores, como por ejemplo la temperatura. Analice-mos el circuito de la figura 22.

Cuando se aplica una señal de corriente alterna, C2es un cortocircuito; lo mismo ocurre con el capacitorde desacople de emisor CE y la fuente de alimenta-ción (por considerarla como un capacitor cargado dealta capacidad). De esta manera, el emisor estará co-nectado a masa y Rc estará en paralelo con la cargaRL (figura 23).

Para analizar el comportamiento del circuito paraseñales alternas, gráficamente es necesario construiruna RECTA DINAMICA DE CARGA que contem-ple el paralelo entre Rc y RL y ahora RE = 0 a cau-sa de la muy baja impedancia que pasa a tener CE.

Para trazar la Recta Dinámica de Carga se tiene encuenta el punto de reposo del transistor ya que sin se-ñal se ubicará sobre dicho punto. La técnica consis-te en trazar una recta que pase por el punto Q conpendiente 1/Rd, siendo Rd el paralelo entre Rc y RL(figura 24).

Rc . RLRd = –––––––––

Rc + RL

Figura 22 Figura 23



Ejemplo 1Se tiene un amplificador polarizado en configura-

ción emisor común con divisor resistivo al que se leaplica una señal de corriente alterna que provoca unavariacion en la corriente de base de 10µA pico a pi-co. Se desea conocer cómo cambiará la corriente decolector si los datos del circuito son los siguientes(ver figura 25) :

Para resolver este problema utilizando métodosgráficos recurrimos a los datos dados por el fabrican-te, donde generalmente encontramos las familias decurvas del transistor (figura 26). Este método es apli-cable porque consideramos una pequeña señal de en-trada (ANALISIS PARA PEQUEÑAS SEÑALES).

Para trazar la recta estática de carga en primer lu-gar obtenemos los puntos necesarios con los datosdel circuito.

a) Cuando Vce = 0

Vcc 18VIc = ––––––––– = ––––––– ≈ 9,5mA

Rc + Re 1920

b) Cuando Ic = 0

Vce = Vcc = 18V

Con estos datos construimos la recta estática decarga sobre la familia de curvas (figura 27).

Debemos ahora trazar la recta dinámica de carga.Para hacerlo debemos conocer los valores de Icq yRd.

VBB - VBEIcq = ––––––––––––

RBRE + –––––––

β

18V . 3,9 VBB = –––––––––– = 1,38 volt;

47 + 3,9

47 . 3,9RB = –––––––––– = 3,6 kohm

47 + 3,9

1,38V - 0,7VIcq = ––––––––––––– ≈ 5,27mA

3600120Ω + –––––

400

VCEq = Vcc - Icq (Rc + Re)

VCEq = 18V - 5,2mA (1800 + 120) Ω ≈ 7,8V

Figura 24

Figura 25

Figura 25



Rd = Rc//RL

Rc . RL 1800 . 4700Rd = ––––––––– = ––––––––––– = 1300Ω

Rc + RL 1800 + 4700

Con los datos calculados se puede trazar la RectaDinámica de Carga (RDC) pero para quienes no sonmuy hábiles en matemáticas digamos que conoce-mos un punto de la RDC que es el punto Q (ver figu-ra 28), para calcular otro punto digamos que una va-riación de 5,2mA en la corriente de colector provo-cará una variación de tensión de:

∆Vce = ∆ Ic . RD (∆ significa “variación”)

∆Vce = 5,2mA . 1,3k = 6,8V

Trazada esta recta debemos averiguar qué varia-ción de Ic provoca una variación de la corriente debase de 10µA, según solicita el enunciado del pro-blema. A partir del punto Q dibujamos la señal hastacortar los puntos de IB que correspondan; luego tra-zando paralelas al eje horizontal hallaremos la co-rrespondiente corriente de colector.

Del gráfico se deduce que IBq = 16µA (ver figura29).

Dibujemos ahora esta señal sobre la familia decurvas (figura 30).

Observamos en el gráfico que una corriente de ba-se de 21µA provoca una corriente de colector del or-den de los 7,2mA y una corriente de base de 11µAgenerará una corriente de colector de 3,4mA. Por lotanto la corriente de colector tendrá la forma quemuestra la figura 31.

Del gráfico se desprende que la respuesta del tran-sistor no es lineal ya que el pico positivo de la co-rriente entrante es amplificado un poquito más que elpico negativo. De todos modos, la alinealidad no estan grande como para que provoque una gran distor-sión. Si analiza detenidamente este ejemplo podrácomprender que el punto Q debe ubicarse siempre enel centro de la R.E.C para tener igual excursión de laseñal en los semiciclos positivos y negativos.

Figura 27

Figura 28

Figura 30

Figura 29



Cálculo de los capacitores de paso

Hemos dicho que tanto los capacitores de acopla-miento de entrada y salida, como el capacitor de de-sacople de emisor, se deben comportar como un cor-tocircuito para la señal de trabajo. La forma de cál-culo de estos capacitores está íntimamente ligadacon la impedancia del circuito “que ven estos ele-mentos” ya que el efecto resistivo debe ser muchomenor que dicha impedancia para todas las señalesque se desean amplificar.

La reactancia de un capacitor se calcula como:

LXc = ––––––––––

2 π . f . C

De aquí se deduce que, en la medida que aumentala frecuencia de la señal tratada, menor será el efec-to de oposición del capacitor al paso de las señales.Por lo tanto, el peor caso se presenta con las señalesde menor frecuencia, donde el capacitor puede queno se comporte como un cortocircuito.

Para calcular el valor del capacitor necesario, éstedebe tener una “resistencia” (en realidad reactancia)10 veces menor que el valor de la impedancia que élverá a la mínima frecuencia de trabajo del amplifica-dor. Por ejemplo, si la impedancia de entrada de unamplificador es de 5000 ohm, el capacitor de paso deentrada no debe presentar una reactancia superior a500 ohm para la frecuencia mínima de operación.

Ejemplo 2Calcular el valor del capacitor de desacople de una

resistencia de emisor de 100 ohm si la mínima fre-cuencia de operación del transistor será de 20Hz.

Sabemos que:

1Xc =–––––––––––

2 π . f . C

y que:

ReXc = –––––––

10

luego:

Re 1–––– = –––––––––––10 2 π . f . C

despejando:

10Ce = ––––––––––––

2 . π . f . Re

Si queremos dar el valor del capacitor en µF mul-

tiplicamos el segundo término por 106, luego:

107

Ce [µF] = ––––––––––––2 . π . f . Re

Reemplazando valores:

107 107

Ce [µF] = ––––––––––––––––– = ––––––––– =

6,28 . 20Hz . 100Ω 12,56 . 103

10.000= –––––––– = 796µF

12,56

En general el valor de Re es mayor, al igual que lafrecuencia mínima de operación, con lo cual el valorCe disminuye bastante. Valores normales están com-prendidos entre 50µF y 220µF.

Del mismo modo se pueden calcular los capacito-res de paso (CB1 y CB2) obteniéndose valores nor-males que oscilan entre 10µF y 100µF.

Acoplamientos interetapasPara conectar el transductor de entrada al amplifi-

cador, o la carga u otra etapa es necesario un mediode acoplamiento que permita adaptar impedanciaspara que exista máxima transferencia de energía. Losacoplamientos interetapas más utilizados son:

a) Acoplamiento RCb) Acoplamiento a transformadorc) Acoplamiento directo

Figura 31



a) Acoplamiento RC:Este tipo de acoplamiento es muy utilizado aunque

con él no se produce una perfecta adaptación de im-pedancias y por lo tanto, no habrá máxima transfe-rencia de energía. Separa totalmente a la señal de loscircuitos de polarización (figura 32).

El resistor R1 puede ser el resistor de carga (o po-larización) de la primera etapa mientras que R2 pue-de ser el resistor de polarización de base, si la segun-da etapa es un transistor. El capacitor C deja pasarlas señales alternas provenientes de la primera etapay evita que la tensión de polarización quede aplicadaen la entrada de la segunda etapa. La capacidad delcapacitor C tiene que ser la adecuada a las frecuen-cias de las señales que se desean amplificar; porejemplo, para acoplar etapas de audio su valor debeser elevado (algunos microfarad) para que su reac-tancia sea pequeña a la menor frecuencia que se de-sea amplificar. Una capacidad pequeña ofrecería unareactancia elevada al paso de las bajas frecuencias,por lo que éstas quedarían atenuadas. Si se deseaacoplar etapas amplificadoras con transistores usan-do capacitores electrolíticos, la posición del capaci-tor dependerá de la polaridad de los transistores.Veamos un ejemplo en la figura 33. Con transistoresNPN la base es menos positiva que el colector; porlo tanto, el capacitor electrolítico se conecta con elpositivo del lado del colector de la primera etapa.

Generalmente se utiliza un acoplamiento con re-sistor y capacitor en etapas amplificadoras de audiode bajo nivel. Veamos el circuito de la figura 34.

Cada etapa tiene su polarización, como ya hemosvisto, utilizando resistores de polarización, Re enemisor y capacitores para permitir que la corrientealterna no se desarrolle sobre ellos. El acoplamientolo produce el capacitor Cc junto con R1 y Rb2, don-de R1 sirve de carga para el primer transistor y Rb2suministra la polarización necesaria a la base del se-gundo transistor.

En la figura 35 podemos ver qué ocurre al acoplartres etapas amplificadoras mediante resistor y capa-citor. Allí se observa un amplificador de tres etapascon emisor común, acopladas por resistor-capacitor.

La ganancia óptima del conjunto se obtiene ajus-tando el valor de las resistencias de colector. Si Rc esmuy grande, en ella habrá una excesiva caída de ten-sión que disminuirá la polarización del colector; porel contrario, si Rc es baja habrá una amplificacióninsuficiente. En este circuito el punto de funciona-miento de los transistores está dado por las resisten-cias Rb ya que se trata de un circuito de polarizaciónfija.

En los preamplificadores de audio de varias etapas(tres, cuatro o más), los transistores están conectadosen cascada y, debido a la alta ganancia del conjunto,el circuito puede tornarse inestable, por lo que es ne-cesario desacoplar las etapas con el fin de evitar unarealimentación desde la salida hacia la entrada a tra-vés de la línea de alimentación.

Veamos el circuito de la figura 36 donde se agregaun resistor de desacople en serie con el resistor debase del segundo transistor:

La constante de tiempo R1 . C1 debe ser tal que lafrecuencia realimentada que se debe amplificar seaderivada a masa a través de C1; además R1 debe serpequeña para que el suministro de tensión de Q1 nose reduzca demasiado, con lo cual C1 debe tomar unvalor alto (100µF o más).

Figura 32

Figura 33

Figura 34

Figura 35



La finalidad de este filtro es la de compensar la in-fluencia de la impedancia interna de la fuente de ali-mentación en el acoplamiento de impedancias intere-tapas. En otras palabras, impide que se amplifique elruido que puede estar montado sobre señal, emanadade la fuente de alimentación.

b) Acoplamiento por transformadorEl acoplamiento a transformador se utiliza con el

fin de obtener máxima ganancia de potencia; paraello deben adaptarse las impedancias de entrada y desalida del transistor.

Se emplea un transformador reductor T1 para aco-plar la entrada del transistor con lo cual, si bien hayuna disminución de la tensión aplicada (por ser untransformador reductor), hay un mayor suministro depotencia ya que, por el teorema de máxima transfe-rencia de potencia, se logrará transferir máximaenergía cuando las partes están perfectamente adap-tadas (igual impedancia).

Para adaptar la salida también usamos un transfor-mador reductor ya que el parlante posee baja impe-dancia, en contraposición con la alta impedancia delcolector del transistor. Este T2 adapta las impedan-cias de colector y parlante, permitiendo así que la po-tencia entregada al parlante sea máxima.

En este circuito se tiene una polarización por divi-sor de tensión, donde R1 y R2 dan la polarizaciónadecuada a la base, y Re da la estabilización necesa-ria para evitar problemas por cambios en los paráme-tros del transistor; C1 se coloca para evitar que la se-ñal se atenúe sobre R1, y C2 para impedir que la se-ñal se desarrolle sobre Re, así el rendimiento del cir-cuito aumenta.

En síntesis, un acoplamiento a transformador per-mite adaptar impedancias y aísla niveles de continua,pero posee la desventaja fundamental de que sus ca-racterísticas varían con la frecuencia, razón por lacual suele distorsionar (aunque muy poco) a todasaquellas señales que no están compuestas por una so-la frecuencia. Además, es pesado y de gran tamaño;si se quiere disminuir las pérdidas, el costo aumentaconsiderablemente.

Pero el acoplamiento a transformador posee tam-bién otras aplicaciones como ser: invertir la fase dela señal aplicada al bobinado primario, sumar o res-tar dos o más señales aplicadas a varios bobinadosprimarios del transformador, etc (figura 37).

En el circuito, Q1 es un amplificador de audio po-larizado en clase A (permite amplificar toda la señal)que debe transferir su energía a los transistores Q2 yQ3; para ello se utiliza el transformador T1 como sis-tema de acoplamiento. Los bobinados L2 y L3 entre-gan la señal a Q2 y Q3 con fases opuestas. Este sis-tema permite aumentar el rendimiento de una etapade audio y es muy utilizado en los receptores comer-ciales. Recuerde que la relación entre los bobinadosL1-L2 y L1-L3 debe ser tal que permita la adapta-ción de impedancias (figura 38).

En este otro ejemplo, el transformador T2 recibe laFigura 37

Figura 38

Figura 36



señal proveniente de los transistores Q2 y Q3. Lascorrientes circularán en sentido opuesto, restándoselos campos magnéticos producidos por éstas.

Ahora bien, se busca que uno conduzca cuando elotro no lo hace y viceversa, de tal forma que en el se-cundario de T2 estarán presentes las señales de am-bos transistores pero la correspondiente a Q3 apare-cerá invertida respecto de la señal producida por Q2;se trata entonces de un circuito “sumador” (en reali-dad restador) en el cual T2 suma las señales y adap-ta las impedancias de los transistores con el parlante.

c) Acoplamiento directoEste tipo de acoplamiento consiste en unir dos eta-

pas por medio de un cable. En principio, este méto-do es ideal porque resulta económico y no sufre lasatenuaciones que introduce todo capacitor en bajasfrecuencias.

En sistemas amplificadores, el método consiste enconectar el colector de un transistor con la base delsiguiente (figura 39).

El principal problema de este circuito radica enque los niveles de continua del colector de un tran-

sistor y de la base del transistor siguiente son igua-les, razón por la cual la tensión de colector de lostransistores es bajísima limitando así su funciona-miento.

Para solucionar este problema se puede polarizarel primer transistor en configuración colector co-mún, lo que significa que la señal ingresa por la ba-se y sale por el emisor. Para ello se conecta el emi-sor de la primera etapa a la base de la etapa siguien-te (figura 40).

En este caso Re1 y Re2 cumplen la función de es-tabilizar a los transistores frente a variaciones térmi-cas, las impedancias están adaptadas ya que la impe-dancia de salida de un amplificador colector comúnes baja, al igual que la impedancia de entrada de unamplificador emisor común (en realidad no tan baja).

Se puede aumentar aún más la ganancia del circui-to de la figura anterior si se desacopla el emisor delsegundo transistor (figura 41).

El emisor se debe desacoplar solamente en la se-gunda etapa, ya que si se conectara un capacitor dedesacoplamiento entre emisor y masa de la primeraetapa, la señal que entrega esta etapa se derivaría amasa a través del capacitor y no llegaría a la etapa si-guiente.

Otra forma de acoplar directamente dos etapas am-plificadoras se muestra en el circuito de la figura 42.

Figura 39

Figura 40

Figura 41

Figura 42



En este caso, R1 sirve como carga de Q1 y comopolarización de Q2 al mismo tiempo.

Podemos conectar dos etapas amplificadoras enemisor común a través de un resistor, considerandoeste acoplamiento como directo; permite trabajar condistintos niveles de continua entre colector del pri-mer transistor y base del segundo, pero presenta elinconveniente de disminuir el rendimiento (figura43).

Las ventajas del acoplamiento directo son aprove-chadas en la mayoría de los equipos de audio, ya seaen aquellos que utilizan circuitos integrados o en cir-cuitos de excelente diseño. En la actualidad son muypocos los equipos de buenas características que noutilizan este acoplamiento.

Los capacitores de acoplamiento, por ejemplo, in-troducen un desplazamiento de fase cuya magnitudangular no es uniforme para todas las frecuencias(recuerde que la reactancia capacitiva depende de lafrecuencia), lo que es indeseable para muchas aplica-ciones. En el acoplamiento directo no existe este pro-blema.

Otra forma de acoplamiento muy difundido en laactualidad es el “Acoplamiento complementario”que se basa en el uso de un transistor NPN y otroPNP (figura 44).

El circuito mostrado corresponde a un acoplamien-to directo complementario que utiliza un transistorNPN en la primera etapa y un PNP en la segunda; R1y R2 forman el divisor de tensión que polariza la ba-se del primer transistor. Re1 contribuye a mejorar laestabilidad térmica. R3 actúa como resistencia decarga del primer transistor y como polarización debase de Q2; es quien define el acoplamiento.

Observe que ambas etapas trabajan en configura-ción de emisor común ya que tanto masa (el comúnde Q1) como +Vcc (el común de Q2) se pueden con-siderar masa a los efectos de la señal. Recordemosque Vcc se puede considerar como un capacitor car-gado de alta capacidad.

En ausencia de señal, R3 polariza adecuadamentea Q2. Cuando se aplica una señal positiva en base deQ1, se hace más negativa la base de Q2 y así aumen-ta su corriente de colector. Si, por el contrario, seaplica una señal negativa en base de Q1, aumenta latensión en base de Q2, disminuyendo la tensión desalida.

Para mejorar la estabilidad del sistema, se puedecolocar un resistor en el acoplamiento directo com-plementario (figura 45).

En síntesis, este acoplamiento se usa generalmen-te en aquellos casos en que se desea aprovechar lacomponente continua de una etapa en otra y donde elfactor costo es fundamental. **********

Figura 43

Figura 44

Figura 45


En este capítulo haremos referencia a los dife-rentes circuitos que se encargan de "acomo-dar" la señal de audio procedente de una fuen-

te de señal definida, para que pueda excitar a una eta-pa de salida.

Controles de tonoLos controles de tono son circuitos que se encar-

gan de modificar la respuesta en frecuencia del am-plificador con el objeto de coma, salas de audio yparlantes. Si estos elementos fuesen perfectos, elequipo reproduciría exactamente la onda acústicaoriginal y no serían necesarios los controles de tono.

Un control “ideal” de tonos sería aquel que permi-te variar la ganancia del amplificador para cualquierfrecuencia del espectro audible a los límites que fijeel usuario, de foma tal de conseguir una respuestaperfectamente plana sin importar la respuesta en fre-cuencia del transductor de entrada.

El control de tono que se asemeja al ideal, por sercasi perfecto, se denomina “control de contorno” pe-ro técnicamente se lo conoce como “EcualizadorGráfico” que utiliza un gran número de variables(generalmente potenciómetros) que operan indepen-dientemente sobre partes distintas del espectro audi-ble.

Estos elementos variables suelen ser controles des-lizantes, tal que su forma relativa para un caso parti-cular se asemeja bastante a la curva de respuesta enfrecuencia del equipo, lo que permitirá que los par-lantes reciban una señal eléctrica plana para toda labanda de audio.

Se debe tener cuidado en la manipulación de estoscontroles pues puede ocurrir que la sala utilizada ab-sorba bastante las señales de baja frecuencia y muypoco los tonos altos; en ese caso se debe realzar losbajos y atenuar los altos.

Pero las circunstancias pueden ser otras y la posi-ción de los controles también cambiará. Por lo tanto,en manos de aficionados este tipo de equipos puedeno ser efectivo ya que un control de contornos profe-sional posee dos elementos de ajuste por cada octavamusical lo que hace un total de más de veinte poten-ciómetros para ecualizar la respuesta en frecuenciade un sistema amplificador.

Para fijar su posición se deben tener en cuenta va-rios aspectos, como ser: las características de la salaque se está usando y la cantidad de personas en su in-terior, la disposición de las cajas acústicas, el tipo de

señal que se está amplificando, etc; si a esto le suma-mos el hecho de que la respuesta auditiva de todoslos oyentes no es la misma, podemos deducir que elmanejo de este equipo requiere de una buena expe-riencia previa.

Un detalle más a tener en cuenta es que puede ocu-rrir que quien maneje el equipo no escuche bien lostonos altos y por eso los realza sin tener en cuentaque lo que para sus oídos se escucha bien, para elresto de las personas estará “recargado” en tonosagudos.

Si se dispone de instrumentos de medida se puedeconseguir que el ecualizador gráfico rinda en todo supotencial, aunque no se cuente con gran experiencia.

Los controles de tono pueden atenuar o enfatizarseñales de frecuencias determinadas en un rango va-riable entre 10dB y 20dB. No es necesario contar conrefuerzo o atenuaciones superiores ya que se deseacontar con un sistema que corrija la respuesta en fre-cuencias del amplificador y no que introduzca distor-siones.

Existen dos factores fundamentales que definen alcontrol de tono, a saber: a) frecuencia en la cual elcontrol comienza a operar; b) cantidad de refuerzo oatenuación que puede suministrar el control para ca-da frecuencia.

Lo ideal es que estos factores puedan seleccionar-se independientemente, pero esto es caro y sólo loutilizan determinados equipos profesionales.

En general se utilizan sistemas cuya ley de varia-ción de la ganancia con la frecuencia es una recta dependiente determinada (normalizada) cuya frecuen-cia de inicio de funcionamiento se selecciona por elcontrol de mando.

Ejemplo 1Se tiene un control de tono que eleva la ganancia

para señales de alta frecuencia que opera entre 5kHzy 10kHz, con una pendiente de 6dB por octava a par-tir de la frecuencia de transición.

Esto quiere decir que cada vez que se duplique lafrecuencia correspondiente a una octava en la escalamusical, la ganancia se duplicará (figura 1).

Un buen control de tono se utiliza para efectuar pe-queñas correcciones en la respuesta en frecuencia,como por ejemplo realzar los graves o atenuar un pi-co en la zona de los agudos.

Cuando los controles de tono se encuentran en lamitad del recorrido, no introducen ninguna modifi-

PREAMPLIFICADORES

PREAMPLIFICADORES


cación en la respuesta en frecuencia; por lo tanto, alefectuar alguna grabación, dichos controles debenestar en la posición central (no realza ni atenúa).

Los controles de tono deben diseñarse para que elmovimiento en el control de agudos no modifique larespuesta en bajos y viceversa.

Existen dos tipos bien definidos de controles de to-no:

a) Control Pasivob) Control Activo

La red pasiva se conecta entre dos etapas amplifi-cadoras, trabajando con un nivel de señal elevado (1volt), mientras que la red activa forma parte de un la-zo de realimentación del preamplificador.

Controles de tono pasivosLos controles pasivos de tono consisten en un con-

junto de resistores y capacitores asociados (los resis-tores generalmente son potenciómetros) que atenúanen general todas las frecuencias para luego enfatizaruna porción del espectro audible, ya que se atenúa aesta zona menos que al resto, lográndose realzar laporción de frecuencia enfatizada. Un control pasivode tono por pasos consiste en seleccionar un capaci-tor por medio de una llave selectora; luego en fun-ción del capacitor elegido, variará la constante RCdel circuito y con ella, la respuesta en frecuencia dela relación eo/ei de la figura 2.

Si se desea que la variación en la respuesta delcontrol sea continua, en lugar de cambiar capacitores

se utiliza un potenciómetro como elemento de ajus-te, lo cual permite un rango de operación previamen-te establecido (figura 3).

En este caso, al variar R, varía la frecuencia detransición del filtro; es de construcción sencilla yeconómica.

Si se desea mantener constante la frecuencia detransición (punto en que comienza a actuar el filtro)y variar la pendiente de atenuación, al filtro de la fi-gura anterior se le realiza una pequeña modificación,que consiste en intercalar un resistor variable en se-rie con C que controlará la pendiente de atenuacióndel filtro (figura 4).

En el circuito mostrado, la frecuencia de transiciónestá dada por R1 y C mientras que R2 define la pen-diente de atenuación del circuito.

Por ejemplo, si R2 = ∞ se supone que el circuitono atenúa ninguna frecuencia ya que no hay caminoa masa para ninguna señal. Si R2 = 0 ohm, la pen-diente de atenuación la define R1 y C (figura 5).

En este circuito la frecuencia de transición se cal-cula mediante la siguiente fórmula:

1ft = –––––––––––––––

6,28 x C x R1’

Donde:ft = Frecuencia de transición en “hertz”C = Capacidad en “farad”

Figura 3

Figura 4

Figura 2

Figura 1

PREAMPLIFICADORES


R1’ = Resistencia conectada en serie con la señaldada, en “ohm”

Debemos tener en cuenta que en esta fórmula R1’será la suma de R1 y la resistencia interna de la fuen-te generadora de señal.

Para obtener la pendiente de operación deseada seutiliza la gráfica mostrada para este tipo de circuitos,donde R2 se calcula a partir del valor de R1’ y de lapendiente elegida. Para dar un caso general, en lagráfica se han dibujado los valores expresados enmultipolos de ft.

Ejemplo 2Calcule la frecuencia de transición y la pendiente

de atenuación de un filtro pasivo pasa bajos con lossiguientes datos:

R1’ = 31.800 ohmR2 = 10.600 ohmC = 0,01µFft = frecuencia de transición; es el punto en que co-

mienza a trabajar el filtro.

Reemplazando valores:

1ft = ––––––––––––––––––––––– ≈ 500Hz

6,28 . 31.800 . 0,01 . 10-6

R2 10.600Ω 1Pte = –––– = –––––––––– = –––– fi 12dB/octava

R1 31.800Ω 3

Corresponde a un filtro con una atenuación de12dB por octava con una frecuencia de transición de500Hz.

Ejemplo 3Este mismo análisis puede efectuarse con una red

pasiva pasa altos (rechaza bajos), donde debe colo-carse un circuito RC en el camino de la señal conconstante de tiempo variable, pues el capacitor ofre-ce menor impedancia en la medida que aumenta lafrecuencia de trabajo.

Para entender el funcionamiento de este filtro, seael siguiente circuito pasa altos (figura 6).

En este circuito, si R2 = 0, la atenuación es cons-tante para todas las frecuencias y porporcional a larelación:

R1––––––––R1 + Rt

mientras que para R2 = ∞ , la pendiente de atenua-ción para bajas frecuencias es máxima, ya que C de-fine el paso de la señal (figura 7).

En este circuito existe una pérdida de inserciónque es distinta, según la frecuencia de que se trate,dependiendo de la posición del cursor de R2. O seaque el circuito atenuará más o menos según sea el va-lor de R2.

En los gráficos vistos, la atenuación está expresa-da en dB y se calcula mediante la siguiente fórmula:

eoAt = 20 log –––––––––

ei

Nos preguntamos ahora, ¿cómo se puede efectuarun arreglo para tener en un mismo circuito el con-trol de graves y agudos sin que el movimiento de uncontrol afecte la respuesta del otro?,

¿Qué valores elegiremos como frecuencias detransición de sendos filtros?

Figura 5

Figura 6

Figura 7

PREAMPLIFICADORES


En la curva de respuesta en frecuencias del filtropasabajo estudiado, se observa que con máxima pen-diente de atenuación existe una disminución en laganancia de 25dB entre las frecuencias ft y 16ft, pe-ro:

¿qué frecuencia elegimos como ft?Si ftg (frecuencia de transición del control de gra-

ves) es superior a los 200Hz dejaríamos pasar las fre-cuencias bajas hasta esta frecuencia y se introduci-rían sucesivas atenuaciones hasta llegar a 25dB pordebajo de la ganancia nominal para una frecuenciasuperior a los 3200Hz.

Es peligroso amplificar (reforzar) en exceso fre-cuencias superiores a los 200Hz pues si bien puedenparecer muy agradables los tonos graves emitidospor una orquesta, la voz humana se torna pastosa, co-mo si el que hablara tuviera la cabeza metida dentrode una caja, lo cual quita fidelidad al sistema de au-dio, pues cualquier oyente se daría cuenta de esta si-tuación. Por lo tanto, no conviene reforzar en dema-sía tonos bajos superiores a los 200Hz. También ad-quiere matices desagradables la voz humana cuandose refuerzan tonos agudos por debajo de 1000Hz.

Es decir, en principio conviene fijar las frecuen-cias de transición de la siguiente manera:

ftg = frecuencia de transición de graves = 200Hzfta = frecuencia de transición de agudos =

1000Hz

Esto quiere decir que el control de graves tienerespuesta plana hasta 100Hz (ft/2) y atenúa la ganan-cia para frecuencias superiores, mientras que el con-trol de agudos produce una atenuación de señaleshasta una frecuencia de 2000Hz (2 ft), punto a partirdel cual no hay atenuación (figura 8).

Si se desea una diferencia bien apreciable en el to-no al variar los controles de graves y agudos, sin im-portar demasiado la fidelidad de la voz humana, sesube ftg una octava y se baja una octava fta, es decir:ftg = 400hz y fta = 500Hz.

Con el objeto de tener una buena separación entreel filtro de graves y el filtro de agudos (menor inte-racción entre los controles) suelen utilizarse estoscircuitos intercalándolos en distintas etapas delpreamplificador. Este, aunque es efectivo, no seacostumbra emplear en amplificadores comerciales.

Suele utilizarse una celda donde ambos controles(graves y agudos) se sitúan en el mismo circuito, eli-giendo cada control con una frecuencia de transicióntal que no se superpongan (figura 9).

Si bien los controles pasivos son todos atenuado-res, puede construirse un sistema que posea una res-puesta plana (se atenúan las señales de todas las fre-cuencias por igual) cuando los potenciómetros se en-cuentran en la mitad del recorrido, y luego, un girohacia la izquierda provoque una atenuación y un gi-ro hacia la derecha permita reforzar un rango del es-pectro audible.

Un circuito de control de tono combinado con es-tas características sería el que vemos en la figura 10.

En general, un giro horario implica un refuerzo yun giro antihorario provocará una atenuación. En losdiagramas esquemáticos, una flecha sobre la corre-dera del potenciómetro indica hacia dónde se mueveel cursor cuando se gira en el sentido horario (o ha-cia arriba o adelante, en caso de ser tipo corredera).

Analicemos uno de todos los posibles movimien-tos:

Figura 8

Figura 10

Figura 9


Supongamos que el control de graves se encuentraal máximo (R4 queda en paralelo con C3, y C2 que-da cortocircuitado). Nótese que las frecuencias bajascircularán hacia la salida con mayor facilidad a cau-sa de que ha sido eliminado -cortocircuitado- el ca-pacitor C2 (figura 11).

En este movimiento no hemos analizado lo queocurre con la rama superior ya que hay un capacitor(C1) en serie, lo que dificulta el paso de las señalesde baja frecuencia.

Realice el mismo análisis dibujando los circuitosequivalentes para el caso en que el potenciómetro degraves se encuentre en el mínimo, repitiendo el estu-dio con el control de agudos; de esta manera enten-derá perfectamente el funcionamiento de este circui-to.

Sólo cabe acotar -para facilitar el análisis- que C1,R5 y C4 forman el filtro de agudos y R1, C2, R2, C3y R3 constituyen el control de graves.

Veamos en la figura 12 cómo son las curvas de res-puesta en frecuencia del circuito estudiado.

En este caso, el nivel de referencia (0 dB) no co-rresponde a la tensión de entrada ei, sino que seráuna señal de menor valor que se obtiene cuando loscontroles se encuentran en la mitad de su recorrido.

Analicemos un control de tonos pasivo utilizadocomúnmente en circuitos comerciales (figura 13).

Se trata de un filtro de diseño complejo que poseeuna red formada por R2, C3 y R5 que permite que lasfrecuencias medias pasen a la salida sin sufrir varia-ción en su respuesta. C1, P1, C3 y R1 forman el fil-tro de agudos y la red P2, C4, R3 y R4 forman elcontrol de graves.

Cuando P1 está en la posición A, el circuito secomporta como un filtro pasa alto, ya que C1 es uncamino “directo” entre la entrada y la salida. De to-dos modos el paralelo (R1/P1), en serie con C2, limi-tarán un poco el paso de la señal.

Al estar P1 en la posición B las frecuencias altasson suprimidas ya que C2 queda en paralelo con lasalida haciendo que estas señales se deriven a masa;es decir, el potenciómetro facilita el paso de las seña-les de alta frecuencia en una posición e impide el pa-so de las mismas en la otra posición.

Analizando el control de graves, cuando P2 está enla posición X se cortocircuita el capacitor C3, permi-tiendo que las señales de baja frecuencia circulen li-bremente hacia la salida a través de R2 y R5.

Si P2 se encuentra en la posición Y, las frecuenciasbajas no pasarán por C3 pero sí (aunque atenuadas)por el divisor resistivo formado por P2 y R3.

Este circuito fue diseñado para obtener una correc-ción de 12dB (12dB por encima y por debajo de larespuesta plana) con una frecuencia de transición de

200Hz para los graves y 1000Hz para el control deagudos.

En este caso la interacción entre circuitos es bas-tante baja. Fue utilizado por la empresa Philips parala construcción de un Preamplificador de excelentescaracterísticas, con el objeto de excitar etapas de po-tencias valvulares y muy bien puede ser empleado encircuitos de estado sólido.

Realimentación negativa

Con el objeto de mejorar la linealidad de los am-plificadores de tensión, se aplica a los mismos unarealimentación negativa que consiste en aplicar a laentrada una porción de la señal de salida, pero encontrafase (figura 14).

El circuito utilizado para proporcionar la señal derealimentación se conoce como “lazo de realimenta-ción” y generalmente consiste en un circuito queaplica una señal por un extremo distinto a la entradade señal (por ejemplo, si la señal ingresa por base, ellazo de realimentación termina en el emisor).

Se denomina “ganancia de lazo abierto” a la ga-nancia del amplificador antes de realimentarlo y se

Figura 12

PREAMPLIFICADORES

Figura 11

PREAMPLIFICADORES


lo simboliza con la letra G. Llamamos “Ganancia delazo cerrado” a la ganancia del amplificador reali-mentado.

Si analizamos detenidamente la figura del amplifi-cador realimentado veremos que al amplificador in-gresan dos señales: la de entrada y la del lazo de rea-limentación; luego:

eoV de entrada = ei + ( - ––––––)

η

eoV de entrada = ei - –––––––

η

El signo (-) indica una realimentación negativa. Latensión de salida eo será igual a la tensión de entra-da por la ganancia de lazo abierto.

eoeo = G . ( ei - –––––––)

η

Luego, la ganancia de lazo cerrado se calculará co-mo eo/ei, donde está incluida la realimentación; porlo tanto, se deduce que:

eo G––––– = ––––––––––– Ganancia de lazo cerrado.

ei G1 + –––––

η

Generalmente se busca que G sea mucho mayorque η con lo cual la relación G/η será muy grandecon lo cual puede despreciarse el “1”.

GSi G >> 1, entonces ––––– >> 1; luego:

η

eo G–––– = –––––– = η

ei G–––––

η

eo–––––– = η

ei

Por este motivo, se denomina “Ganancia de Lazo”a la atenuación del lazo de realimentación “η”.

Si la realimentación fue proporcionada a través deun divisor resistivo η, es un número real, con lo cualla ganancia de lazo cerrado permanecerá constantepara todas las frecuencias, no importando el compor-tamiento del amplificador y siempre que G/η seamuy grande.

Si se desea compensar alguna distorsión puede uti-lizarse una red variable con la frecuencia, como lazode realimentación, lo que hará que η varíe con la fre-cuencia de modo de compensar la alinealidad inicial.La realimentación negativa disminuye la gananciade la etapa original, lo cual es una ventaja ya que elruido producido por algún componente interno (porejemplo, un transistor es fuente de ruido) quedará re-ducido al valor G/η . Vruido.

En síntesis, la realimentación negativa es una téc-nica destinada a mejorar la respuesta de los amplifi-cadores sacrificando la ganancia del equipo.

Un caso típico de realimentación negativa está da-do por un transistor con polarización automática (fi-gura 15).

Se trata de una realimentación “paralelo-paralelo”,tomando señal desde el colector y reinyectándola enbase. La ganancia del lazo de realimentación (1/η)depende de la relación entre R2 y R1, aunque para elcálculo de la misma es necesario conocer la impe-dancia de salida de la etapa anterior. No es una rea-

Figura 13

Figura 14

PREAMPLIFICADORES


limentación muy utilizada ya que el valor de R2 pa-ra una realimentación óptima no coincide con el va-lor necesario para polarizar al transistor (se necesitamayor resistencia para polarización) razón por lacual se realiza una modificación para que la resisten-cia de polarización resulte mayor que el valor nece-sario para la realimentación negativa.

La forma de conseguir este efecto se ve en el cir-cuito de la figura 16.

En este circuito se observa una disposición prácti-ca donde R3 fija la polarización y R2 en paralelo conR3 (C es un “cable” para las señales alterna) deter-minan la ganancia de la etapa.

Un circuito práctico muy utilizado es un amplifica-dor emisor común con realimentación serie a travésdel agregado de un resistor de emisor sin desacoplar(figura 17).

En este caso no es difícil darse cuenta que el fac-tor de realimentación vale:

Rcη = –––––––

Re

Aquí se han separado las señales de entrada y rea-limentación ya que la señal reinyectada se aplica enel emisor; este hecho contribuye a aumentar conside-

rablemente el valor de la resistencia de entrada delcircuito.

Se deduce matemáticamente que en este circuito laresistencia de entrada toma el valor:

Rin = hfe . Re

Un defecto de esta configuración es que el hfe deltransistor varía con la corriente del colector, razónpor la cual la Rin no será lineal y por lo tanto la eta-pa introducirá una distorsión en la señal. Para que es-to no ocurra deben utilizarse señales débiles.

En todos los casos analizados hay ventajas y des-ventajas que limitan su uso, esto nos lleva a formu-larnos la siguiente pregunta: ¿Hay alguna forma derealimentar y mejorar considerablemente las ca-racterísticas de un circuito?

Realimentación multietapaLa realimentación negativa es mucho más efectiva

cuando involucra más de una etapa ya que permiteindependizar a los lazos de realimentación de la se-

Figura 15

Figura 16

Figura 17

Figura 18

PREAMPLIFICADORES


ñal, lo que brinda un mejor control del sistema; enotras palabras, varias etapas amplificadoras en cas-cada incrementan el valor de G, razón por la cualG/η es un número grande, premisa de la cual parti-mos (figura 18).

En este circuito Q1 trabaja con muy poca corrien-te para tener bajo nivel de ruido; además, Rc es gran-de para que la tensión de colector sea pequeña.

Aquí R2 no sólo realimenta la señal sino que pola-riza a la base de Q1. Debido al agregado de C en pa-ralelo con R3, la cantidad de señal realimentada de-pende de la tensión en bornes de R4, mientras que latensión de polarización de Q1 está dada por las caí-das de R3 y R4. R1 podría representar la impedanciade la etapa anterior y sus variaciones producen alte-raciones en la ganancia del circuito.

Para independizar las realimentaciones de señal ypolarización se introducen algunas variantes (figura19) a saber:

La realimentación entre emisor de Q2 y base deQ1 (R3) tiene efecto únicamente en continua ya queC desacopla al emisor para las señales alternas. R2introduce una realimentación negativa desde colec-tor de Q2 a emisor de Q1, de forma tal que al variar

R2 podemos cambiar la ganancia del sistema sin al-terar la polarización. Aquí el lazo de realimentaciónintroduce una ganancia que se calcula como:

Rel + R2η = ––––––––––––

Rel

Nótese que η no depende de la resistencia de sali-da de la etapa previa.

En el diseño de etapas realimentadas se debe teneren cuenta los problemas de “fase” que acarrea dicharealimentación, ya que para alguna frecuencia puedehaber un desplazamiento de fase de 180°, convirtién-dose esa realimentación negativa en positiva, y elsistema correrá riesgos de oscilar.

En el diseño de amplificadores se trata de que elriesgo de oscilación se produzca para frecuenciasque se encuentren fuera del espectro audible; por talmotivo no se puede utilizar a la realimentación nega-tiva indiscriminadamente con el objeto de transfor-mar un pésimo amplificador en otro de óptimas cua-lidades.

Realimentación en controles de tono. Sistema Baxendall

Un control de tonos activo consiste en un amplifi-cador que posee una red de realimentación negativa.

La ventaja fundamental de este sistema es que sedisminuye considerablemente la distorsión, ya que alatenuar determinadas frecuencias se atenuará tam-bién el ruido y la deformación y al enfatizar ese mis-mo rango se controla la distorsión a través de la rea-limentación negativa (figura 20).

Cuando el control de graves (P1) se encuentra en

Figura 19

Figura 20

PREAMPLIFICADORES


su posición intermedia, C2, R1 y lamitad de P1 se encuentran del ladode la entrada y C3, R2 y la otra mi-tad de P1 están del lado de la reali-mentación razón por la cual no seejerce ninguna “interferencia” (efec-to) en la ganancia del sistema paratodas las frecuencias bajas; los valo-res de los elementos se calculan pa-ra que se cumpla este efecto.

Cuando el cursor se encuentra enla posición A, C2 queda en cortocir-cuito y la señal de entrada llega a labase del transistor a través de R1,R3, R4 y C6; la realimentación se vedisminuida pues desde el colector deQ pasa a través de C5, R2 y C3; larealimentación aumentará con la frecuencia a causade la reactancia de C3 y B, C3 se cortocircuita yexiste máxima realimentación para todas las frecuen-cias mientras que la señal de entrada pasa a través deC2 hacia la base de transistor constituyendo un filtropasa-alto cuya función es disminuir la ganancia enbajas frecuencias, es decir, se produce una atenua-ción en bajas frecuencias. El mismo análisis puederealizarse con el control de agudos, ya que al encon-trarse en la posición central hay igual resistencia deentrada y realimentación.

Con el potenciómetro en la posición C, la señal pa-sa por C1 y C4 con lo cual tendré máxima gananciapara las señales de alta frecuencia. La realimentaciónes suave ya que se produce a través de C5 y la resis-tencia de P2. Por lo dicho, con P2 en la posición C seproduce un refuerzo de agudos. Si el cursor se en-cuentra en la posición D, la señal de entrada debe pa-sar por P2, quien la disminuye, mientras que la rea-limentación es considerable ya que la señal reinyec-tada pasa a C4 directamente desde C5; esta realimen-tación aumenta con la frecuencia por la cual con P2en la posición D existe una atenuación de las señalesde alta frecuencia (agudas).

La curva de respuesta en frecuencia de un controlde tono activo tipo Baxendall la podemos observaren la figura 21.

Filtros

Un filtro es un circuito que actúa como “control deganancia” en alguna parte de la banda de audio.

La diferencia fundamental con un control de tonoses que la pendiente de atenuación es mucho mayor(como mínimo 12 dB/octava); y “NO SE DEBEUTILIZAR UN POTENCIOMETRO” como ele-

mento de variación de frecuencia sino que se debeemplear un interruptor que interpone o no al filtro enel amplificador, para evitar introducir distorsión enel rango de la voz humana.

Por ejemplo, un filtro de baja frecuencia por deba-jo de los 50Hz elimina zumbidos molestos, que nocontribuyen a mejorar la calidad del amplificador.

Por otra parte, un filtro que actúe por encima de los7kHz mejora la reproducción de viejas grabacionespor deterioro del disco o por exageración en el re-fuerzo de agudos que se hace presente en grabacio-nes modernas. El filtro que atenúa bajos suele deno-minarse filtro de púa o “scratch” (figura 22).

El filtro de altas frecuencias se denomina filtro de“rumble” y generalmente actúa a partir de una fre-cuencia de corte de ft = 7kHz, aunque esta frecuen-cia varía con el diseño del amplificador (figura 23).

En muchas ocasiones se producen acoples entre lascajas acústicas y el fonocaptor generando oscilacio-nes de baja frecuencia (efecto “Larsen”) que puedeneliminarse con un filtro rechaza bajos.

Como los filtros deben actuar para frecuencias pre-cisas deben construirse con elementos variables paraque eliminen ruidos o atenúen soplidos sin perjudi-

Figura 21

Figura 22

PREAMPLIFICADORES


car el resto de la respuesta en frecuencia del amplifi-cador, por ello debe construirse un filtro siguiendo elesquema de la figura 24.

Comercialmente suelen construirse filtros con es-tas características, utilizando para ello elementos ac-tivos (figura 25).

El uso de controles de tono obliga, si se quierebuena calidad, a realzar frecuencias bajas y altas sinmodificar el rango de frecuencias medias en igualmedida. Para realzar dicho rango debe hacérselo enbanda plana y el control que se encarga de conseguireste efecto se denomina “control de presencia” queconsiste en reforzar las señales cuyas frecuencias es-tán comprendidas entre 800Hz y 3000Hz (frecuen-cias vocales centrales). Puede tener tres posicionescon el objeto de realzar dichas frecuencias en distin-tos rangos (figura 26).

El filtro “control de presencia” suele intercalarse enla última etapa preamplificadora y comercialmenteconsiste en un filtro activo (circuito realimentado) enla banda de frecuencias medias donde el manejo de un

potenciómetro permite variar la porción de la señalrealimentada, y con ella la ganancia del filtro (figura27). El estudio de la respuesta del oído humano de-termina que la misma no es lineal con la frecuenciay con distintos niveles sonoros.

Para bajas frecuencias hay una considerable pérdi-da auditiva con señales de baja potencia, pero dichaatenuación disminuye en la medida que aumenta lapotencia de la señal reproducida.

Este efecto fue largamente estudiado y aparececlaramente en el estudio de las curvas de igual sono-ridad de Fletcher-Munson.

Es por esta razón que en la mayoría de los ampli-ficadores de audio cuando se los escucha a bajo vo-lumen existe una “aparente” pérdida de potencia enlos tonos bajos y debemos introducir un refuerzo degraves; esto es un problema pues debemos corregirel control de graves en la medida que variamos el vo-lumen (figura 28).

Este defecto se soluciona con un filtro de “sonori-dad” que compensa gradualmente y en forma auto-mática la pérdida auditiva de respuesta a los tonosbajos cuyo efecto aumenta en la medida que baja el

Figura 23

Figura 24

Figura 25

Figura 26

PREAMPLIFICADORES


volumen. Este filtro puede ser conectado y desconec-tado a voluntad (figura 29).

Hoy en día, los filtros activos más utilizados se ba-san en el empleo de amplificadores operacionales;por ejemplo un filtro “pasa-alto” se construye tal co-mo vemos en la figura 30. Con los mismos valores deresistencia y capacidad e igual cálculo de la frecuen-cia de corte puede construirse un filto “pasa-bajos”modificando las conexiones circuitales (figura 31).

La respuesta en frecuencia dependerá del factor deatenuación; en la medida que éste disminuye la res-puesta en frecuencia se modifica en mayor magnitud(figura 32).

Cuando C2 = 2 C1 o R2 = 2 R1, según el filtro usa-do, se dice que se está en una “atenuación crítica” loque significa que la transición del nivel de respuestaen frecuencia a la característica del filtro se mani-fiesta en forma suave en lugar de realizarse abrupta-mente.

Controles de volumen y balanceGeneralmente el volumen de un amplificador se

controla por medio de un potenciómetro logarítmicoa causa de la respuesta en frecuencia del oído huma-no. Se debe tener cuidado en su ubicación, por ejem-plo: jamás debe atravesarlo una corriente continua nidebe estar inmediatamente antes de una etapa de al-ta ganancia pues amplificaría demasiado la señal deruido generada con el movimiento del potenciómetro(el potenciómetro es un elemento muy ruidoso).

Generalmente se coloca entre el preamplificador yel amplificador de salida, a posteriori del control de

Figura 27

Figura 28

Figura 29

Figura 30

Figura 31

PREAMPLIFICADORES


tonos y/o ecualizador. Este concepto debe aplicarse encualquier tipo de amplificadores, incluso en aquellosusados para reproducción de cintas.

En amplificadores estéreo, se usan potenciómetrosgiratorios logarítmicos dobles o potenciómetros desli-zantes individuales que tienen la ventaja de poder apa-rearse fácilmente y eliminar el potenciómetro de balan-ce.

Este último control se usa para compensar las peque-ñas diferencias entre canales ya sea a causa del poten-ciómetro doble o por diferencias en los amplificadores.

El control ideal de balance opera alterando la ganan-

cia de un canal respecto del otro sin influir en el con-trol de volumen. Debe permitir el ajuste fino pero apre-ciable en la distribución de la señal (figura 34). La re-lación P1/R1 determina el rango de variación de la ga-nancia que puede obtenerse con estos circuitos.

PreamplificadoresSi recordamos en qué consiste un sistema amplifi-

cador de audio, notaremos que la etapa de entrada seencarga de seleccionar una fuente de sonido entrevarias opciones, como ser: radio, micrófono, bande-ja giradiscos, grabadores, etc. A esta etapa de entra-da la llamamos “preamplificador”; en él convergentodas las fuentes mencionadas y se encarga no sólode la selección de una de ellas sino que además laecualiza (la corrige) para que a posteriori el amplifi-cador le dé el nivel necesario para excitar a los par-lantes. Se puede asegurar que la calidad del sonidoreproducido depende fundamentalmente de los cir-cuitos utilizados en la construcción del preamplifica-dor. Las distintas señales -fuentes de sonido- puedenprovenir de generadores que proveen distintos nive-les de señal; son de distintas impedancias, y ademáspueden poseer entre sí distintas respuestas en fre-cuencia. Todas estas diferencias deben ser salvadaspor el preamplificador (figura 35).

Es así que este circuito debe encargarse de:a) Adaptar los niveles de los distintos generadores

de entrada al nivel necesario para el primer circuitoamplificador.

b) Adaptar impedancias.c) Permitir la variación de la respuesta en frecuen-

cia mediante filtros y controles de tono.d) Regular la ganancia del sistema.Tanto el transductor de entrada como el amplifica-

dor tienen características que los individualizan.Por ejemplo, todo dispositivo que utilizaré como

transductor de audio se caracterizará por la tensiónen volt (o submúltiplos) que genera y por la impe-dancia en ohm que presenta, las cuales se denomi-nan: “características de salida” del dispositivo, y de-finen su funcionamiento.

Por supuesto, la mayor o menor impedancia quepresente el transductor determinará la cantidad deenergía que se puede extraer de él (figura 36).

Figura 32

Figura 34

Figura 33

Figura 35

PREAMPLIFICADORES


Todo preamplificador posee también parámetrosque lo caracterizan; por ejemplo, es muy común es-pecificar las características de entrada del equipo dela siguiente manera: 200mV/50kohm, lo que signifi-ca que es necesario aplicar sobre la entrada delpreamplificador una señal de 200mV para que el am-plificador desarrolle su máxima potencia cuando seencuentra al máximo el potenciómetro de volumen;además, el preamplificador se comporta eléctrica-mente como una impedancia de 50kohm a su entra-da.

Por supuesto, si se aplica una tensión menor que200mV, el amplificador no desarrollará su máximapotencia, y si la señal de entrada supera los 200mVel equipo distorsionará.

Por otro lado, si las impedancias del transductor ypreamplificador no son iguales, no habrá máximatransferencia de energía, y por lo tanto el sistematendrá menor rendimiento (figura 37).

Al acoplar el dispositivo transductor con el pream-plificador deben estar adaptadas las característicasde ambos con el objeto de obtener máxima eficiencia(figura 38).

Los transductores más utilizados para excitar a losequipos amplificadores son:

a) Fono cristalb) Fono magnéticoc) Sintonizadord) Cinta (reproductor)e) Micrófono

a) Fono cristalRequiere muy alta impedancia

de entrada para su buen funcio-namiento en bajas frecuencias;generalmente superior a los500kΩ entregan una tensión quevaría entre los 200mV y 1V, pe-ro pueden generar tensiones ins-tantáneas aún mucho mayorescuando la púa “cae” sobre el dis-co, razón por la cual debe tener-

se mucho cuidado -al diseñar el ecualizador- en laelección del circuito de entrada.

b) Fono magnéticoSe trata de un reproductor de muy alta calidad que

entrega una tensión de salida entre 2,5mV y 6mVcon una impedancia normalizada de 47kohm.

El amplificador que se encarga de llevar esta ca-racterística a valores normales no posee una respues-ta lineal, ya que debe compensar la preenfatizacióndel disco durante su grabación, como veremos másadelante (Red de ecualización RIAA); además, comotrabaja con señales débiles, tiene una ganancia eleva-da (40dB), y se lo conecta cerca de la entrada paraevitar efectos indeseables en el circuito.

c) SintonizadorEl nivel de salida de los sintonizadores (RF y de-

tector) es variable entre 100mV y 500mV, según elfabricante, con una elevada impedancia que oscilaentre 100kohm y 500kohm. Generalmente se lo en-cuentra en amplificadores de buena calidad.

d) CintaEs la entrada de “grabadores” con características

similares a las del sintonizador. Para mejorar la cali-dad de reproducicón puede tomarse la señal directa-

Figura 36

Figura 37

Figura 38

PREAMPLIFICADORES


mente del cabezal reproductor que entrega una señalde 0,5mV sobre una impedancia de 10kohm, en cu-yo caso requiere una etapa preamplificadora adicio-nal, como lo requiere la cápsula magnética, pero concurva de ecualización apropiada.

e) MicrófonoDebe saberse el micrófono que se utilizará. Más

adelante se estudiarán las características de los dis-tintos micrófonos. Luego, el preamplificador deberátener la red de adaptación adecuada al micrófonoelegido.

Según lo dicho hasta el momento, todo preampli-ficador deberá tener un selector de entrada para ele-gir la señal del dispositivo que se desea reproducir(figura 39).

EcualizaciónEn la grabación de discos suelen atenuarse las se-

ñales correspondientes a tonos bajos por dos razonesfundamentales: primero porque la excesiva amplitudde los sonidos graves podría hacer que la excursióndel surco sea tan amplia que llegue al surco conti-guo. Además, si se realzan los tonos altos, los mis-mos deberán atenuarse en el preamplificador, lo queresulta una ventaja ya que los ruidos generados en lareproducción se atenúan en igual medida. En sínte-sis, en el disco se reduce el nivel de los tonos bajosy se realzan los agudos. Luego, en el amplificador, sedeben reforzar los graves y atenuar los agudos (figu-ra 40).

En la grabación magnética de cinta de cassette seaplica generalmente un refuerzo de agudos paracompensar las pérdidas inevitables en el entrehierroy en los materiales magnéticos, con lo cual, durantela reproducción, se debe introducir un considerablerefuerzo de graves.

Trabajos de experimentación permiten afirmar quela tensión inducida en una cabeza reproductora esproporcional a la frecuencia de la señal grabada en lacinta, razón por la cual –si no hay ecualización– laseñal escuchada sería muy pobre en graves y satura-da en agudos.

Cuando se habla de frecuencia modulada, en eltransmisor se acentúan los tonos altos para atenuar-los en el receptor junto con las señales de ruido queen él se generan o que son producto del espacio ex-terior; es decir, en el receptor se produce una desa-centuación, también llamada deénfasis, de las seña-les de alta frecuencia.

Analizando todos estos casos, nos damos cuentaque en el preamplificador se debe colocar un ecuali-zador que varíe sus características en función del ti-po de señal que desea amplificar, ya sea para atenuarlos graves y reforzar los agudos o viceversa.

Los valores standard de acentuación y desacentua-ción se expresan en forma de constantes de tiempo(figura 41). La constante de tiempo más simple con-siste en un resistor y un capacitor conectados en se-rie o en paralelo (figura 42).

En este circuito se produce una atenuación para lasseñales de baja frecuencia pero, en la medida que au-menta la frecuencia:

Figura 39

Figura 40

Figura 41

Figura 42

PREAMPLIFICADORES


1Xc = ––––––––––––

6,28 . f . C

se hace cada vez más chica (Xc = reactancia capaci-tiva) aumentando el nivel de la señal sobre la carga.A la frecuencia para la cual Xc = R se la conoce co-mo frecuencia de transición, y esto ocurre cuando:

1R . C = –––––––––

6,28 . ft

que es la “constante de tiempo” del circuito y vienedada en segundos. A esta constante de tiempo es a laque hacíamos referencia anteriormente.

Nótese que esta constante de tiempo permite el pa-so de señales de alta frecuencia con facilidad, pero secomporta como resistivo para medias y bajas fre-cuencias.

El capacitor en serie con un resistor, en cambio, secomporta como resistivo para medias y altas fre-cuencias y el capacitor atenúa las bajas frecuencias(figura 43).

La corriente que atraviesa este circuito dependeuna vez más de la constante de tiempo RC; en bajasfrecuencias circulará poca corriente ya que el capaci-tor tendrá elevada reactancia, mientras que en altafrecuencia la reactancia es pequeña y es el resistor elúnico que limitará la corriente.

En este circuito, la frecuencia de transición se cal-cula cuando R = Xc, luego:

1f = ––––––––––––

6,28 . R . C

Ecualizador de discos

Para ecualizar los discos en su reproducción, ha-cen falta circuitos que refuercen los graves y atenúenlos agudos, tratando de que el efecto de ambos casino se haga sentir en el rango de frecuencias medias.Antiguamente era muy difícil lograr un ecualizadoróptimo, pero en la actualidad, con el uso universal delos discos de larga duración, se han podido dictarnormas que permiten simplificar el problema. Asi-mismo se han normalizado las cápsulas y púas fono-captoras.

La norma estándar de ecualización para discos LPrequieren constantes de tiempo. Una de 75µs, la se-gunda de 318µs y la tercera de 3180µs.

Las frecuencias de transición son respectivamente:2123Hz, 500Hz y 50Hz (figura 44).

Por supuesto, la red ecualizadora a utilizar conten-drá varios capacitores y resistores conectados de dis-tintas formas con el objeto de conseguir los efectosdeseados.

Hemos visto que la técnica más favorable sería uti-lizar esta red ecualizadora como lazo de realimenta-ción de un sistema “realimentado”, tal que la redcontrole la ganancia del sistema.

El único detalle a tener en cuenta es que si la redecualizadora atenúa los bajos, al encontrarse comoparte de una realimentación negativa, hará que el sis-tema refuerce las señales de baja frecuencia.

Este concepto es válido para todas las constantesde tiempo de todo el espectro (figura 45).

En este circuito, R1 junto con C1 forman una cons-tante de tiempo de unos 318µs permitiendo el pasode las señales de tono alto (como esto es realimenta-ción a la salida del preamplificador, se atenuarán),mientras que R2 y C2 forman una constante de tiem-po de 2123Hz. Para 50Hz C2 es casi un circuitoabierto y se busca que Xc1 = R1 para así tener la ter-cera constante de tiempo necesaria.

Figura 43

Figura 45

Figura 44

PREAMPLIFICADORES


El valor de R3 determina la ganancia del lazo derealimentación y, por lo tanto, la respuesta delpreamplificador realimentado.

La ganancia en frecuencias bajas se puede calcularcomo:

R1 + R3η = –––––––––

R3

Valores comerciales típicos de esta red son:

R1 = 270kΩR2 = 15kΩR3 = Potenciómetro (PRE-SET) 2200ΩC1 = .015 µFC2 = .0047µF

Red de ecualización para fonocaptorcerámico o a cristal

Desde el punto de vista de la red ecualizadora, ca-si no existen diferencias entre las cápsulas de cristal(antiguas) y las cápsulas cerámicas, aunque estas úl-timas entregan una tensión de salida levemente infe-

rior. Las cápsulas de titanato de bario (cerámica) soneconómicas, se instalan fácilmente, no son interferi-das por campos magnéticos y son fáciles de ecuali-zar. Poseen una desventaja principal con las cápsulasmagnéticas, que radica en la menor calidad de repro-ducción y la escasa separación entre canales (gene-ralmente inferior a los 6dB).

Si bien decimos que la ecualización es sencilla, és-ta está normalizada y se la denomina “Curva deecualización RIAA”, que establece un refuerzo degraves de 6dB por octava a partir de los 500Hz y unaatenuación de los tonos de 6dB por octava a partir delos 2122Hz.

El circuito propuesto para producir la ecualizaciónes el que muestra la figura 46.

En este circuito Q1 y Q2 poseen acoplamiento di-recto, donde la primera etapa posee una red de reali-mentación negativa que proporciona la correcciónnecesaria de la respuesta de frecuencia de la cápsulacerámica, conforme a la curva de ecualizaciónRIAA. Valores comerciales de los elementos de lared para una buena ecualización de la red son los si-guientes:

Figura 46 Figura 48

Figura 47

PREAMPLIFICADORES


C1 = 1,5nF = 0,0015µF R1 = 10MΩC2 = 1,2nF = 0,0012µF R2 = 120kΩ

El circuito ecualizador para fonocaptor a cristal ocerámico de la figura debe compensar la siguientecurva de respuesta en frecuencia característica de es-te tipo de cápsula (figura 47).

Las cápsulas magnéticas necesitan una ecualiza-ción distinta debido a que tienen una respuesta enfrecuencia que varía en forma lineal, teniendo unapronunciada caída en frecuencias (observe la figura48).

Las características fundamentales de una cápsulason las siguientes:

a) Respuestas en frecuenciaDebe ser lo más plana posible y se expresa de la si-

guiente manera:

20Hz a 16.000Hz = ±1dB

lo que significa que tiene el ancho de banda expresa-do como una variación en su ganancia de ±1dB.

b) ElasticidadDa una idea de la habilidad que tiene la cápsula pa-

ra seguir las variaciones del surco; es decir, da unaidea de la máxima velocidad de modulación que re-conoce la cápsula para una frecuencia determinada.

Se mide en cm/dina y su valor depende de la fuerzade apoyo. (En inglés se denomina trackability.)

c) Separación de canalesIndica la interacción entre ambos canales de la

cápsula. La capacidad de separación de canales porparte de la cápsula se determina en valores de dB.Esta cantidad depende de la frecuencia y la mayorseparación se consigue en el rango medio.

d) Fuerza de apoyoEs el peso que soporta el surco al apoyar la púa so-

bre él (depende del brazo, cápsula y púa); este valorestá sujeto a las características constructivas de lacápsula y se expresa en gramos o milinewton (1g ≅9,8mN).

e) Tensión de salidaEs la amplitud de la señal generada por el movi-

miento de la aguja a través del surco. Suele darse enmilivolt por cada centímetro/segundo de velocidadde lectura y para una frecuencia determinada (gene-ralmente 1000Hz).

f) Diferencia entre canalesIndica la diferencia de tensiones de cada canal pro-

ducida por una misma forma de surco para amboscanales. Se expresa en dB y en una cápsula de buenacalidad este valor tiende a cero. *******


El diagrama en bloques de un sistema amplifi-cador completo debe incluir básicamente tresetapas: Preamplificador, Etapa de Potencia y

Fuente de Alimentación (figura 1).La señal de salida del preamplificador está nor-

malizada y generalmente puede alcanzar un máximode 1 volt, lo cual es insuficiente para excitar directa-mente un parlante.

Por ejemplo, si queremos tener una potencia de 8watt sobre un parlante de 8 ohm hace falta aplicarleuna tensión de 8 volt ya que:

E2 64 volt2

P = ––––––– = ––––––––– = 8 wattR 8 ohm

Lógicamente, si hablamos de tensión de pico, elcálculo corresponderá a una potencia de pico, mien-tras que si la tensión es de 8 volt eficaces, la poten-cia será de 8 watt eficaces.

Antiguamente el acople entre etapa de salida yparlante era por medio de un transformador cuya re-lación de espiras se escogía para dar máxima trans-ferencia de energía (figura 2).

En esta figura N representa la relación de trans-formación; Ro la resistencia de salida del amplifica-dor y Rp la resistencia del parlante.

Para calcular la relación de transformación seaplica la siguiente fórmula:

–––––––N = √ Ro / Rp

Ejemplo 1Se desea acoplar la salida de un amplificador de

Ro = 2000 ohm con un parlante de Rp = 8 ohm. ¿De qué relación de transformación debe ser el

transformador que se va a utilizar?

––––––– –––––––––Ro 2000

N = √–––––– = √ –––––– = 15,81Rp 8

El uso de transformadores en etapas de audio noes conveniente ya que acarrea grandes problemas co-mo ser: es costoso, pesado e ineficiente.

En la actualidad se utiliza el acoplamiento direc-to, lo que obliga a diseñar un amplificador con bajaresistencia de salida. En la época de los amplificado-

res con válvulas electrónicas, se hacía muy costoso eineficiente el diseño de un amplificador de baja im-pedancia (las válvulas tienen alta impedancia de sa-lida) por lo que el uso del transformador era ineludi-ble; estos transformadores resultaban caros por la ca-lidad de los materiales que empleaban y el especialcuidado al ejecutar los bobinados.

Básicamente, podemos clasificar las etapas de sa-lida según su clase en: Clase A y Clase B. Existencircuitos que no encajan directamente en esta clasifi-cación y que luego estudiaremos.

Básicamente un amplificador clase A es un am-plificador de tensión en el cual, al aplicar una señal,se eleva o disminuye el valor de la tensión de salida,permaneciendo constante el “promedio” de la co-rriente que circula por el amplificador.

En otras palabras, se polariza el transistor de mo-do que por él circule una corriente elevada, por másque no se aplique una señal de entrada. Los transis-tores que trabajan en clase A conducen los 360° eléc-tricos de la señal aplicada; es decir, permanecenconstantemente en estado de conducción (no se cor-tan ni saturan en ningún momento).

Es bien sabido que no puede circular corrientecontinua por un parlante ya que si esto ocurre, el co-no estaría permanentemente desplazado de su posi-ción original debido a la influencia de campos mag-néticos asociados. Este hecho obliga a que un parlan-te no pueda ser, directamente, la resistencia de cargadel transistor y el acoplamiento debe realizarse a tra-vés de un transformador, capacitor, o por medio deun sistema puente.

El acoplamiento RC no es muy utilizado, ya quesería necesario un parlante de alta impedancia conuna baja disipación de potencia (inferior a 500mW).

El acoplamiento a transformador es más populary se lo encuentra en receptores portátiles de radio atransistores y en etapas de audio de los receptores detelevisión. Se emplea para potencias inferiores a

ETAPAS DE SALIDA

Figura 1

ETAPAS DE SALIDA


10W cuando no se necesita gran fidelidad en la señalreproducida.

La conexión puente requiere transistores aparea-dos a los cuales se les debe entregar señales en con-trafase. Se emplea en etapas de mucha potencia.

En muchas ocasiones, con el objeto de aumentarla potencia final de un equipo, la conexión puenteutiliza 4 transistores de manera que cada transistoraporte la cuarta parte de la potencia final. Esta cone-xión de carga se conecta al amplificador directamen-te o a través de un capacitor, según sea el esquemacircuital.

Veamos en la figura 3 cómo son los esquemas bá-sicos que utilizan acoplamiento RC o configuraciónpuente.

Cuando se acopla el parlante mediante un trans-formador se polariza al transistor con una corrientede colector determinada y, como la resistencia delbobinado primario del transformador es pequeña, encolector del transistor tenemos prácticamente el po-tencial de fuente. “En ningún momento una señal deentrada debe anular la corriente de colector”; si estoocurriese, el transistor no trabajaría en clase A. Encondiciones de máxima conducción, la aplicación deuna señal de entrada hará que la tensión de colectorse acerque a 0 volt para un semiciclo y a 2 Vcc en elotro por acción del campo magnético generado en elbobinado primario.

Se deduce fácilmente que la potencia máxima ca-paz de ser transferida a un parlante por este métodovale:

Vcc IcPp = –––– . ––––

––– –––√ 2 √ 2

Vcc(Donde –––––– = V eficaz de una señal senoidal

–––– √ 2

Icy ––––––––– = Ief de una señal senoidal)

–––––√ 2

Luego:

Vcc . IcPp = –––––––––

2

Ahora bien, es prácticamente imposible conse-guir una señal senoidal de salida de valor pico a pi-

co igual a 2 Vccsin distorsión, porlo que esta poten-cia en la prácticasuele ser muchomenor.

Por otro lado,cuando no hay se-ñal, el transistordisipa una poten-cia igual a:

Pt = Vcc . Ic

Esta potencia es el doble de la que puede sumi-nistrarse al parlante, razón por la cual el sistema tie-ne bajo rendimiento y resulta ineficiente para altaspotencias, pues la potencia no suministrada al par-lante deberá disiparse necesariamente en forma decalor. En los transistores de salida de potencia el co-lector es, generalmente, la carcasa y el aumento en lapotencia disipada por el semiconductor se manifies-ta como un incremento de temperatura en dicho en-vase.

La resistencia térmica del transistor determina supotencia máxima disponible y se expresa general-mente como el aumento de temperatura por cadawatt de potencia disipada. Veremos en detalle estetema cuando estudiemos estabilidad térmica.

Ejemplo 2Un fabri-

cante de tran-sistores deter-mina una resis-tencia térmicade 3°C/wattentre el semi-conductor y lac a r c a s a ,0,5°C/watt porel aislante uti-lizado para fi-jar el transistor(generalmentemica revestidacon grasa sili-conada) y4°C/watt másque correspon-den al poder dedisipación dela carcasa.

La resisten-

Figura 3

Figura 2

ETAPAS DE SALIDA


cia térmica total del semiconductor se encuentra su-mando todos los factores enumerados; en nuestro ca-so nos da un total de 7,5°C/watt, lo que significa quela temperatura en la juntura aumentará 7,5°C por ca-da watt de potencia disipada por el transistor. Porejemplo, si la temperatura ambiente es de 25°C y elfabricante dice que la juntura soporta 150°C; el in-cremento de temperatura disponible será:

∆t = Temp. final - Temp. ambiente

∆t = 150°C - 25°C = 125°C

Esto quiere decir que el transistor podrá disiparuna potencia que no permita que la temperatura de lajuntura se incremente más de ∆t = 125°C; para cal-cular dicha potencia podemos usar la siguiente fór-mula:

∆tPmax = –––––––––– = 16,66 watt

7,5°C/watt

El transistor del ejemplo podrá disipar una poten-cia máxima de 16,66 watt, aunque se aconseja queno disipe más del 70% del valor máximo, por razo-nes de seguridad.

Etapas amplificadoras clase BUn transistor trabaja en clase B cuando conduce

un semiciclo (medio ciclo) de la señal aplicada. Enaudiofrecuencia, esta técnica sólo puede emplearsemediante el uso conjunto de dos o más transistores,de forma tal que el sistema completo pueda amplifi-car la totalidad de la señal.

Amplificador push-pull a transformadorEn esta configuración los transistores pueden tra-

bajar en clase “A” o en clase “B”. Cuando una etapatrabaja en configuración “Push-Pull” se disminuye ladistorsión ya que consiste en dos transistores balan-

ceados que reciben las señales en contrafase (figura4).

Como a la entrada de los transistores se aplicanseñales opuestas, cuando la corriente de colector deQ1 aumenta, disminuye la corriente de colector deQ2 y viceversa.

En el circuito, T1 invierte una de las señales decolector de los transistores y las sumas para luegoentregarlas al parlante.

Por ser una etapa balanceada, se reducen los rui-dos producidos por la fuente y amplificados por eltransistor; se eliminan las armónicas de orden parpor trabajar los transistores en contrafase, etc.

El principal problema es que el transformador notiene respuesta plana en frecuencia; es pesado y cos-toso. Se los utiliza hoy día en amplificadores de ba-ja calidad.

Para que cada transistor trabaje en clase B (enrealidad clase “AB”) se polarizan ambos transistorescon una corriente del orden de los 10mA (entre 5mAy 50mA).

Generalmente un transformador denominado“Driver” (se pronuncia “draiver”) provee la inver-sión de fase (figura 5).

Q1 es un amplificador clase “A” que entrega laseñal al transformador inversor-adaptador de impe-

Figura 4

Figura 5

Figura 6

ETAPAS DE SALIDA


dancias Td, de forma tal que las señales son igualespero invertidas en bases de Q2 y Q3. R3, R4 y Re2proveen una pequeña polarización a Q2 y Q3 paraque trabajen casi en clase “B”. De esta manera, unsemiciclo positivo en base de Q2 hará que éste con-duzca mientras Q3 está cortado ya que en su base es-tará presente un semiciclo negativo. De la mismamanera, cuando Q3 conduzca, Q2 estará cortado.

Como hemos dicho, Ts recibe las señales de co-lector de Q2 y Q3 en distinto sentido lo que implicauna suma con una de las señales invertidas (en reali-dad hace la resta de ambas señales).

La principal ventaja de este sistema es el consi-derable aumento de su rendimiento, ya que consumeenergía de la fuente sólo cuando hay señal aplicada.Sin señal, Q2 y Q3 se encuentran prácticamente cor-tados.

Por esta razón no es necesario utilizar disipado-res de calor voluminosos; además, la polarización esmuy sencilla.

Distorsión por cruceEl principal problema es la denominada “distor-

sión por cruce” que se presenta en la zona en la cualun transistor deja de conducir para que comience atrabajar el otro (figura 6).

Este defecto se produce debido a que el transistorno es “lineal” para señales débiles; es decir, cuandola tensión base-emisor está por debajo de 0,6 volt.

Por esta razón suele polarizarse a los transistoresen clase AB con el objeto de que para bajas señalesconduzcan los dos transistores y así exista una com-pensación en la ganancia (figura 7).

La distorsión por cruce es siempre la misma unavez que el transistor recibe una señal fuerte, razónpor la cual se hace menos notable en la medida queaumenta la potencia (figura 8).

Etapa de salida complementariaSe trata de un amplificador Push-Pull que elimi-

na el empleo del transformador utilizando dos tran-sistores en serie, de distinta polaridad (figura 9).

Las señales de entrada a las bases están en fase yno se necesita etapa inversora. El Q1 amplificará lossemiciclos positivos y el Q2, los negativos, debido aque el primero es un transistor NPN y el segundo unPNP.

Las salidas de ambos transistores se combinanpara acoplarse por medio del capacitor.

Aquí no hace falta transformador porque los tran-sistores están en configuración colector común quese caracteriza por tener baja impedancia de salida.

Esta etapa podría trabajar con los transistores enclase “A” de modo que los dos amplifiquen toda laseñal, tal que un aumento de corriente en uno deellos viene acompañado de una disminución en lacorriente de colector del otro, pero las pobres venta-jas obtenidas no justifican una considerable disminu-ción en el rendimiento del circuito por el solo hechode trabajar en clase “A”.

La distorsión es baja y puede reducirse aun mássi se aplica una realimentación negativa, desde estaetapa hasta el preamplificador, colocando en ella al-gún sistema estabilizador de tensión.

Como la etapa de salida complementaria utilizatransistores en configuración de seguidor de tensión,

Figura 8

Figura 9

Figura 7


se necesita aplicar en las bases una tensión elevadaporque la ganancia de tensión es menor que la uni-dad.

En la mayoría de los amplificadores de buena ca-lidad, se debe aumentar el nivel de la señal en estaetapa y para ello se coloca una realimentación posi-tiva entre la carga y la etapa precedente. Esta reali-mentación consiste en colocar un capacitor de “so-bretensión”, que aumenta el nivel de la señal reali-mentada por encima de Vcc (figura 10).

El agregado de C2 denominado capacitor“Boost” permite que el nivel de excitación de la ba-se esté 1 volt por encima de la tensión de emisor talque, si en un momento la tensión del emisor alcanzael valor Vcc (Q1 saturado), la base deberá tener unnivel (Vcc + VBE) que será superior al valor defuente y que permitirá disminuir considerablementela distorsión. A pesar de ser una realimentación posi-tiva, no hay riesgo de oscilación a causa de la bajaganancia de la etapa. En la realimentación se igualanlas constantes de tiempo C1 x R8 con C2 x R1.

Etapas excitadorasLas etapas de salida estudiadas hasta el momento

necesitan de una etapa previa que las excite en la quedebe efectuarse, entre otras cosas, una compensaciónfrente a las corridas térmicas.

En los transistores de silicio el beta aumenta con-siderablemente en la medida que crece la temperatu-ra; es decir que si se polariza el semiconductor demodo que la tensión base-emisor permanezca cons-tante, la corriente de colector crecerá con un aumen-to de temperatura; esto hará que el transistor disipemayor potencia, elevándose nuevamente la tempera-tura. Si no se evita este “deslizamiento térmico” sellega a la destrucción del transistor.

Los dispositivos que se encargan de proteger alos transistores de salida del deslizamiento térmicose colocan en la etapa excitadora.

Una solución consiste en colocar dos diodos queposean iguales características térmicas que la uniónBase-Emisor de los transistores de salida conectadoscomo muestra la figura 11.

Los diodos se conectan térmicamente en el mis-mo disipador que los transistores, tal que un incre-mento de temperatura en el disipador originará unareducción de tensión proporcional en los diodos quepolarizan las bases de los transistores de salida, com-pensando (al menos en gran parte) la disminución enla tensión base-emisor de los transistores de salidacomo consecuencia de la elevación de la temperatu-ra. Esto hará que las variaciones de la corriente decolector que se pudieran producir no afecten dema-siado a la polarización del par de salida.

El mismo efecto puede emplearse si en lugar delos diodos se conecta un transistor de iguales carac-terísticas térmicas que los que se desea compensar(figura 12).

Con un aumento de temperatura Q2 y Q3 tiendena conducir más, pero como Q1 es de iguales caracte-rísticas térmicas, él también conducirá más, disminu-yendo su tensión colector-emisor, la que hará bajar latensión en base de los transistores de salida compen-sando en parte el corrimiento térmico.

Figura 12

ETAPAS DE SALIDA

Figura 11Figura 10

ETAPAS DE SALIDA


Nótese que esta compensación cumple el mismoefecto que una red de realimentación negativa paracorriente continua.

Todo lo visto hasta ahora se puede apreciar enuna etapa muy utilizada comercialmente, que poseeuna red de realimentación positiva para corriente al-terna y una red de compensación térmica. Todo estocontribuye a tener un nivel de distorsión bastante to-lerable con una polarización aceptable (figura 13).

En la figura se observa un amplificador de audiode pares complementarios de 8W de potencia de re-corte (gentileza de Texas Instruments) sobre una im-pedancia de 8 ohm. Las características típicas dadaspor el fabricante son las siguientes:

• Potencia de Recorte: 8W• Impedancia de Carga: 8Ω• Distorsión armónica total inferior a 3%• Respuesta en frecuencia: 40 Hz a 25 kHz• Tensión de alimentación: 28V

En general, cualquier amplificador de calidad razo-nable debe poseer varios lazos de realimentación paracompensar (disminuir) la distorsión que aparece en va-rios puntos del circuito. Por ejemplo, en etapas excita-doras la distorsión aparece porque los transistores tra-bajan con señales fuertes, lo que hace que no trabajenen el rango lineal de sus curvas características. En laetapa de salida, son clásicas la distorsión por cruce y ladistorsión armónica que estudiaremos en la próximalección. La tendencia actual es utilizar como salida unaetapa cuasicomplementaria, donde los transistores depotencia son de igual polaridad.

Amplificadores de potencia de salida cuasicomplementariaSe ha estudiado el funcionamiento de etapas

Push-Pull conformadas por transistores que trabajanen una zona cercana al corte a los efectos de mejorarel rendimiento del amplificador.

Una etapa de salida complementaria utiliza unpar de transistores de salida de distinta polaridad,apareados excitados por un transistor en clase “A”.Si se desea construir una etapa de elevada potencia,el excitador debe manejar una potencia considerableaunque no se inyecte señal de entrada; este problemase soluciona utilizando transistores de salida “idénti-cos” conectados en serie y trabajando casi en clase“B”, excitados por un par de transistores comple-mentarios trabajando en idéntica clase.

En una primera aproximación se puede conside-rar como una etapa complementaria donde los tran-sistores adquieren la disposición que muestra la fi-gura 14.

Los transistores Q2 y Q4 trabajan con configura-ción “DARLINGTON”, comportándose como untransistor NPN de mayor ganancia. Los transistoresQ3 y Q5 trabajan en configuración “antiparalelo”,ambos polarizándose en emisor común por lo cualno hay inversión de señal entre la entrada y la salida.De esta manera, los primeros trabajarán en la etapacuasicomplementaria como un transistor NPN y lossegundos cumplen la función del transistor PNP.

Veamos cómo se acoplan ambos conjuntos detransistores para formar una etapa de salida cuasi-complementaria (figura 15). Q2 y Q4 no invierten laseñal aplicada a su entrada porque ambos trabajan enconfiguración colector común en clase B (sólo con-ducen un semiciclo). Q3 y Q5 invierten ambos la se-ñal; Q3 amplifica el semiciclo negativo y lo invierte,éste pasó a ser positivo en base de Q5 y en colectorlo vuelve a invertir. En C se suman las señales de Q4

y Q5 para serconducidas alparlante.Como ambas eta-pas tienen unaganancia de ten-sión menor quela unidad, paraaplicar una reali-mentación nega-tiva que compen-se los efectos dedistorsión, se de-be incluir a ungran número de

Figura 13

Figura 15

Figura 14

ETAPAS DE SALIDA


etapas; en otras palabras, una realimen-tación entre la salida y la entrada delpar de salida resulta insuficiente. Por lotanto, en la etapa de salida del amplifi-cador, la realimentación debe incluirun gran número de partes.

Comercialmente, una etapa de sali-da cuasicomplementaria posee la dis-tribución de elementos que vemos enla figura 16.

Los transistores complementariosQ1 y Q2 son de media o baja potencia.Las señales de fase opuesta que se ob-tienen del emisor de Q1 y del colectorde Q2 se aplican a los transistores depotencia Q3 y Q4.

Si se considera a los transistores Q1 y Q2 comoexcitadores del par de salida, debe tenerse en cuentaque ya en el excitador hay grandes distorsiones quese deben compensar, pues trabajan con elevadas am-plitudes de señal y la alinealidad de sus curvas carac-terísticas adquiere gran importancia.

Aplicar una realimentación no es tan sencillo; porejemplo, en los amplificadores con salida a transfor-mador no se puede aplicar una realimentación debi-do al desplazamiento de fase que introducen lostransformadores. Incluso, en etapas de salida com-plementaria o cuasicomplementaria debe tenerse cui-dado en la elección del capacitor de acoplamiento alparlante, ya que éste puede producir notables despla-zamientos de fase en bajas frecuencias; el mismocuidado debe tenerse con el capacitor de realimenta-ción positiva de autoelevación. La mala elección delos transistores, por otra parte, puede producir pro-blemas en alta frecuencia que, aunque estén fuera dela banda de audio pueden provocar serios trastornos.

Una forma de solucionar el problema en bajasfrecuencias es igualar las constantes de tiempo delcapacitor de acoplamiento del parlante y del capaci-

tor de autoelevación ya que en bajas frecuencias losefectos de ambos se compensan.

Los transtornos que puede ocasionar la mala res-puesta en alta frecuencia radica en que el amplifica-dor puede llegar a oscilar aumentando así el nivel dedistorsión. Este problema se disminuye haciendo quela realimentación se acople directamente, eliminan-do constantes de tiempo (a excepción de las ya men-cionadas). Otra forma consiste en colocar en el tran-sistor excitador un capacitor entre base y colectorque mejore la estabilidad en alta frecuencia. El cir-cuito de la figura 17 incluye varias etapas de reali-mentación para compensar distorsiones producidasen alta y baja frecuencia.

Nótese que, en este circuito, el lazo principal derealimentación formado por R1 y C1 incluye variasetapas. C1 da mayor estabilidad para las altas fre-cuencias ya que permite la realimentación negativapara esa gama de la banda de audio. Se trata de unaetapa de potencia de buena calidad que posee, comodijimos, varios lazos de menor importancia que elprincipal, como el formado por C2 que estabiliza aQ2 para las altas frecuencias o el formado por R3 yC3 que actúa sobre Q1. Por último, C6 provee unarealimentación negativa entre Q3 y Q1 que estabili-za el sistema excitador en altas frecuencias o el for-mado por R3 y C3 que actúa sobre Q1.

Figura 16

Figura 17

Figura 18

ETAPAS DE SALIDA


Por último, C67 provee una realimentación nega-tiva entre Q3 y Q1 que estabiliza al sistema excita-dor en altas frecuencias. D1 y D2 junto con P1 y C8forman el circuito compensador térmico (P1 se ajus-ta para tener mínima corriente de polarización en elpar de salida). Q4 y Q5 forman una salida comple-mentaria de media potencia que excita el par de sali-da cuasicomplementario formado por Q6 y Q7.

L y R7 forman un filtro denominado RED DEZOBEL que permite ecualizar la impedancia quepresenta el parlante al amplificador en toda la bandade audiofrecuencia. Se busca que la carga tienda aser puramente resistiva en toda la banda de audio.

Generalmente L = 10µH y R = 10 ohm cuando elparlante es de 8 ohm.

Amplificadores de acoplamiento directoEste acoplamiento comenzó a utilizarse en la dé-

cada del 30 en muchos receptores de radio valvula-res, pero traían consigo algunos inconvenientes conel uso de la fuente de alimentación que fueron solu-cionados en los circuitos transistorizados.

Actualmente, todos los circuitos integrados am-plificadores de audio acoplan sus etapas desde la en-trada hasta la salida directamente utilizándose -sola-mente en la etapa de salida- un capacitor electrolíti-

co para acoplar al parlante. La ventaja fundamentalradica en que se permite la amplificación de señalesdesde corriente continua, no posee deformaciones laseñal por él amplificada y evita el desplazamiento defase que es fuente de distorsiones en otros amplifica-dores que no usan acoplamiento directo. Recorde-mos que un amplificador emisor común invierte laseñal (con una fase de 180°), mientras que los capa-citores de acoplamiento introducen un desplaza-miento de fase que no es constante con la frecuencia,lo cual acarrea serios problemas en circuitos de rea-limentación.

En la figura 18 se da el esquema de un amplifica-dor de audio con acoplamiento directo utilizado en laconstrucción de circuitos integrados (TAA370). Eneste amplificador las patas 6 y 8 son alimentación; 2y 5 son conexiones de masa; por la pata 9 se introdu-ce la señal y se extrae por 3 ó 4 preparadas para apli-car un sistema de realimentación. Según el amplifi-cador que se desea construir, puede no llegar a usar-se Q4, ya que la pata 7 puede conectarse a la 10 o ala 1 mediante algún filtro pasivo.

Amplificador diferencialLa tendencia actual es utilizar amplificadores di-

ferenciales a la entrada de los amplificadores con cir-cuito de estabilización de corriente continua, comoser “fuentes espejo” o “fuentes Widlar” (figura 19).

Básicamente, se trata de un amplificador de altaimpedancia de entrada que responde a la diferenciade tensiones en base de los transistores que lo com-ponen. La importancia de este circuito radica en quepor el resistor R circula siempre una corriente cons-tante, de forma tal que un aumento en la corriente decolector del transistor Q1 provocará una disminu-ción en la corriente de colector del transistor Q2 y vi-ceversa. Para mejorar las características de este am-plificador (mejorar su relación de rechazo de modocomún), el valor de R debe ser grande, pero esto pro-vocará una merma en la tensión de salida. Para evi-tar este problema suele utilizarse una fuente de co-rriente constante. En muchas ocasiones, a esta fuen-te se la suele compensar térmicamente.

Cuando se desea usar el amplificador diferencialcon pequeñas señales suele utilizarse una fuente decorriente constante del tipo WIDLAR.

La disposición de una etapa diferencial con fuen-te de corriente constante se muestra en la figura 20.

En este circuito se ha colocado un transistor (Q3)como fuente de corriente constante que mejora la es-tabilidad y otras características del circuito. R1, R2 yR3 fijan el valor de la corriente que circula por loscolectores de Q1 y Q2.

Figura 19

Figura 20

ETAPAS DE SALIDA


El amplificador dife-rencial es la base de losamplificadores opera-cionales, tan difundi-

dos en la actualidad y con los cuales se puede cons-truir casi cualquier sistema electrónico de no muy al-ta frecuencia de operación, desde amplificadores deaudio, mezcladores, conversores hasta osciladores ysistemas de control.

El Amplficador operacional es un circuito de altaimpedancia de entrada, baja impedancia de salida yelevada ganancia. Posee una entrada inversora y otrano inversora. Responde a la diferencia de señales en-tre ambas entradas (figura 21).

Distorsión en amplificadoresUno de los principales problemas que se presen-

tan en los amplificadores es la distorsión, bastantedifícil de percibir a menos que la misma sea grande.Existen distintos tipos de distorsión; por ejemplo, es-tá el caso de la distorsión por cruce, bastante comúnen etapas Push-Pull, según hemos estudiado en lalección anterior. Una deformación en la onda porcualquier motivo origina:

Distorsión armónicaEn la figura 22 se ve cómo un amplificador pro-

duce una distorsión cuando deforma los picos de unaseñal senoidal pura.

Se denomina distorsión armónica porque la ondadeformada puede ser reconstruida si se le agregan ar-mónicas pares y/o impares con la amplitud adecua-da. Es decir que un amplificador puede modificar laforma de onda de una señal, añadiéndole o quitándo-le armónicas que no poseía. Recordemos que una ar-mónica es un múltiplo de la Frecuencia Fundamen-tal.

Por ejemplo, la señal deformada se puede recons-truir agregándole armónicas pares o impares. Son ar-mónicas pares los múltiplos pares de la frecuenciafundamental (2 fo; 4 fo; 6 fo, siendo fo la frecuencia

original) y son armónicas impares de la frecuenciafundamental 3 fo; 5 fo; 7 fo; etc.

Se denomina “distorsión armónica” al porcentajede la relación en-tre la energía apor-tada por las armó-nicas indeseablescon referencia a laenergía de la señaloriginal. La fuentefundamental dedistorsión armóni-

ca es la alinealidad de los semiconductores cuandotrabajan con señales de alto nivel, razón por la cualla distorsión armónica crece con la potencia de sali-da del amplificador.

En el gráfico de la figura 23 se observa que ladistorsión armónica no sólo depende de la potenciade salida del amplificador sino que varía tambiéncon la frecuencia; esto se debe a que es muy difícilmantener una buena linealidad para todo el rango defrecuencias audibles.

Distorsión por intermodulaciónEsta distorsión se produce en los elementos ali-

neales cuando en él se encuentran señales de distintafrecuencia. Recordemos, por ejemplo, lo que ocurrecon la información de sonido en el diodo detector devideo de un receptor de televisión. La informaciónde video y sonido se baten a causa de la alinealidaddel diodo y, como resultado, la interportadora de so-nido queda en 4,5MHz. Este mismo concepto puedeaplicarse en amplificadores de audio, debido a la ali-nealidad de los transistores.

Cuando se hallan presentes simultáneamente se-ñales de distinta frecuencia se escuchan interferen-cias como si se modularan entre sí sonidos de distin-ta altura (figura 24).

Como la alinealidad de los circuitos es más nota-ble para grandes elongaciones de amplitud, la distor-sión por intermodulación crece con la potencia (fi-gura 25). Para evitar la distorsión por intermodula-ción, los circuitos que componen un sistema de au-dio deben ser lineales; además, la fuente de alimen-

Figura 21

Figura 22

Figura 23

Figura 24

ETAPAS DE SALIDA


tación debe estar bien regulada, ya que cuanto máspobre sea la regulación, mayor será el índice de dis-torsión (figura 26).

Rango dinámico de un amplificadorEs una característica importante del amplificador

y determina la relación entre la máxima y mínima in-tensidad del sonido expresada en dB. En un sistemareproductor el rango dinámico expresa la relaciónentre los niveles máximo y mínimo de señal que pue-de manejar el equipo en el punto de referencia.

Generalmente los sistemas amplificadores tienen“máximos” especificados que no se deben sobrepa-sar, para que no se produzcan recortes de la señal ycon ellos, distorsiones.

La figura 27 muestra un caso típico de este he-cho. El mínimo nivel de señal en un punto está deter-minado por el ruido en ese punto. Generalmente lafuente principal de ruido es la etapa de entrada delpreamplificador, ya que allí se maneja señal de bajonivel. Es importante usar elementos que sean fuentede bajo nivel de ruidos, por ejemplo, transistores es-peciales a tal efecto (figura 28).

Para que el lector tenga una idea de los nivelesque puede adoptar el rango dinámico, digamos queen un auditorium es de aproximadamente 75dB (conorquesta a pleno); si lo que se escucha en éste se gra-ba y reproduce en un equipo profesional, decrece avalores de 60dB (aumenta el ruido), mientras que enequipos hogareños cae a 40dB.

El rango dinámico en los discos fonográficos esligeramente superior a los 55dB.

Amplificadores de salida en puenteHemos visto las ventajas que presenta el sistema

de acoplamiento directo. El capacitor de acople alparlante no está exento de introducir distorsiones enla respuesta en frecuencia del equipo y para elimi-narlo suele utilizarse el sistema puente, en el cual lostransistores se interconectan como se puede ver en lafigura 29.

Esta técnica permite incrementar la potencia dela etapa de salida donde los amplificadores acopla-dos se excitan en contrafase (como si fueran dos pa-res complementarios trabajando simultáneamente).

En este circuito es fundamental la polarizaciónde los transistores, ya que el resultado del equipo de-pende del ajuste cuidadoso de dicha polarización,pues cualquier falla originará la destrucción de por lomenos un par de transistores y del parlante, que no seconstruye para funcionar con corriente.

Cuando se utiliza la configuración puente, el sis-tema incluye un circuito de protección elaborado que

Figura 25

Figura 26

Figura 27

Figura 28

Figura 29

ETAPAS DE SALIDA


se activa inmediatamente ante cualquier variación enla polarización de los transistores.

Si analizamos detenidamente las etapas de salidade audio estudiadas, notaremos que al trabajar lostransistores en clase B se pone de manifiesto el efec-to de la distorsión por cruce que se puede reducir pe-ro no eliminar.

El diagrama en bloques del circuito amplificadorde audio “Puente” -al que hacemos referencia en lafigura 29- permite asegurar que para una determina-da tensión de corriente continua, para una determina-da disipación máxima de los transistores usados ypara una carga determinada, se puede suministraruna potencia 4 veces mayor que en el caso de unaetapa de salida de audio convencional con similarescaracterísticas. Esto es posible porque el parlantepuede hacer oscilar toda la tensión de alimentación(no la mitad como en los otros casos) en cada semi-ciclo. Como hemos dicho, el amplificador puente secompone en esencia de dos amplificadores de sime-tría complementaria con la carga (parlante) acopladadirectamente entre los dos puntos centrales. Cadasección amplificadora se excita por una etapa en cla-se “A”, constituida por un par de transistores en“Darlington” (figura 30). Como cada par de transis-tores de salida se debe excitar en contrafase, a los ex-citadores se les entrega la señal de audio por mediode un amplificador diferencial que posee la ventajaadicional de presentar una alta impedancia de entra-da. Este circuito, además de tener mayor potencia desalida que un amplificador de salida convencional desimetría complementaria, requiere de una etapa exci-tadora en clase “A” que necesita mayor energía dealimentación. La corriente de polarización es por lomenos dos veces mayor.

Cuando se efectúa el diseño del amplificador, laetapa diferencial se calcula para que la corriente depolarización sea diez veces superior al valor requeri-do con el fin de asegurar el funcionamiento lineal entodo el rango dinámico del sistema (así se evitan dis-tintas fuentes de distorsión).

Nótese en el circuito que existen varias realimen-taciones de continua desde el parlante hacia las eta-pas anteriores que, en general, constituyen circuitosde polarización (como ser R1, R2 y R3), de forma talque si varía la tensión en un punto medio del puente,también variará la condición de polarización en lasetapas excitadoras. Un problema que se presenta enel amplificador puente es la obtención de una tensióndiferencia “cero” en los puntos medios del puente.De tal manera que como el parlante conduce una co-rriente continua proporcional a la diferencia de ten-sión entre los puntos medios de los pares de salidacomplementaria, cualquier corrimiento en la polari-

zación de los mismos puede producir serios proble-mas en los componentes.

Cuando el diseño del circuito es bueno se consi-guen distorsiones despreciables. Por ejemplo, la dis-torsión armónica total no supera el 3% a máxima po-tencia en todo el espectro de audio.

Sistema “Quad”Actualmente se usan las etapas cortacorriente de-

nominadas QUAD, desarrolladas por la empresaAcoustical Manufacturing Co. Ltd., que utilizan unprincipio de funcionamiento muy ingenioso. La eta-pa de potencia posee un par de transistores que tra-bajan con señales fuertes en clase “B” que, por su-puesto, dará origen a una fuerte distorsión por cruce.Estos transistores se asocian a una etapa en clase Ade baja potencia que se acopla directamente al par-lante, teniendo la capacidad de excitarlo con señalesmuy pequeñas y casi sin distorsión.

La función de esta etapa clase A de bajo nivel essuministrar energía al parlante en la región de cruce,en la cual los transistores de potencia no conducen.Cuando empiezan a conducir los transistores de sali-da, se aplica una realimentación positiva a la etapaclase B. Cualquier diferencia entre la señal de saliday el valor ideal es superada por el amplificador debaja potencia que trabaja en clase “A” (de gran cali-dad). De esta manera se elimina la distorsión por cru-ce, pues para señales de bajo nivel los transistores desalida se “despolarizan” a propósito, suministrandola debida señal la etapa en clase “A”. ********

Figura 30


El reproductor acústico en un equipo de audioes el parlante, parte de la “pantalla acústica”,formada además por el recinto (bafle o caja

acústica). Antes se lo llamaba altoparlante, término que cayóen desuso. El parlante es, entonces, un transductorelectroacústico que transforma energía eléctrica enenergía acústica.

Tiempo atrás, el parlante no debía reunir exigen-tes requisitos, pero en la medida en que fue avanzan-do la técnica y se construyeron equipos de audio debuena calidad, se ha exigido un estudio profundo so-bre la construcción de los altavoces, ya que no ser-viría de nada tener un equipo estereofónico de altafidelidad si las señales eléctricas que éste amplificano pudieran ser transformadas en ondas acústicas entoda la gama del espectro audible (de 20Hz a20kHz).

Constitución de los parlantesEn realidad, el proceso de transformación de se-

ñal eléctrica en onda acústica se lleva a cabo en dospasos: primero se hace una transformación de ener-gía eléctrica en mecánica y luego la energía mecáni-ca se transforma en energía sonora.

De acuerdo con lo dicho, podemos dividir laspiezas constituyentes del parlante de la siguiente ma-nera:

a) Parte Electromagnéticab) Parte Mecánicac) Parte Acústica.

La parte electromagnética la forman un imán yuna bobina móvil. La bobina está sumergida dentrodel campo magnético del imán de tal manera que, alser recorrida por corriente, se produce una acciónelectromagnética y, como consecuencia, dicha bobi-na se mueve.

La parte mecánica está formada por el cono y susistema de suspensión. El cono es solidario con labobina y, por lo tanto, acompaña al movimiento de lamisma cuando es recorrida por corriente. De estamanera, el cono vibra cuando por la bobina circulauna corriente variable.

Por último, digamos que la parte acústica es laencargada de transmitir al recinto de audición laenergía sonora desarrollada por el cono.

Clasificación de los parlantesSe pueden clasificar los parlantes de muchas ma-

neras, atendiendo a los elementos eléctricos que loscomponen, a los elementos mecánicos, a los elemen-tos acústicos, o por el rango de frecuencia que soncapaces de reproducir. Así por ejemplo, podemos darlas siguientes clasificaciones:

Clasificación según sus elementos eléctricosParlantes dinámicosParlantes electrodinámicosParlantes electrostáticosParlantes piezoeléctricos

Clasificación según sus elementos mecánicosParlantes de bobina móvilParlantes de hierro móvil

Clasificación según sus elementos acústicosParlantes de membrana metálicaParlantes de aire comprimidoParlantes de cono de cartón

Clasificación según el rango de Frecuencia detrabajo

Parlantes reproductores de sonidos graves.Parlantes reproductores de frecuencias medias.Parlantes reproductores de frecuencias altas.Parlantes de rango extendido.

Analicemos los reproductores acústicos según laprimera clasificación:

Parlantes dinámicosSon los más utilizados, especialmente en siste-

mas de alta fidelidad (figura 1); poseen característi-cas muy superiores a las de los demás.

Están constituidos por las siguientes partes:• Imán permanente• Bobina móvil• Cono o diafragma• Suspensión interna del cono (araña)• Suspensión externa del cono• Campana o cuerpo principal• Cables de conexión de la bobina móvil• Bornes de entrada• Tapa de retención de polvo

PARLANTES

Y CAJAS ACÚSTICAS

PARLANTES Y CAJAS ACÚSTICAS


Imán permanente y yugo: El yugo aloja en suinterior al imán permanente y generalmente tieneforma de vaso.

Se lo fabrica con un material de alta permeabili-dad con el fin de evitar pérdidas del campo magnéti-co proporcionado por el imán permanente. El mate-rial con que se construye el yugo debe ser tal quepermita su fácil proceso de fabricación.

El imán permanente es el sistema de excitacióndel parlante y va alojado en el interior del yugo conun sistema de soporte mecánico que lo mantiene in-móvil.

Consiste en un imán cilíndrico de alta inducción.En la actualidad estos imanes se fabrican con óxidosferromagnéticos (en general ferroxdure) que le dancaracterísticas de inducción magnética muy superio-res a la de los clásicos imanes de Alnico, con un pe-so bastante inferior (figura 13.2).

Bobina móvil: La bobina móvil se devana sobreun tubo cilíndrico que debe ser capaz de soportar losesfuerzos que se originan durante el bobinado, asícomo también los provocados por la suspensión in-terna (araña) durante el movimiento vibratorio de labobina. Su espesor debe ser reducido para que el en-trehierro del imán sea lo más chico posible. General-mente se lo construye de papel o aluminio y se lo re-cubre con barniz para resistir las condiciones atmos-féricas (humedad) (figura 3).

El devanado debe realizarse con exactitud puesde él depende la calidad del parlante. El diámetro delalambre depende de la potencia que debe manejar elconjunto y los hilos deben estar bien aislados paraevitar cortocircuitos entre espiras.

Para que el lector tenga en cuenta la importanciaen la construcción de la bobina, basta mencionar queal circular corriente por la bobina, por efecto Joule,se puede alcanzar en ella temperaturas superiores alos 150°C.

La bobina se construye con 2, 3 ó 4 capas de es-piras arrolladas sobre el soporte de papel o aluminio.Si la potencia que debe manejar el parlante aumenta,esta construcción resulta deficiente ya que con el au-mento de temperatura la bobina se dilata y el sopor-te, por ser de distinto material, no se dilata en igualproporción; esto hace que la bobina se separe del so-porte provocando la destrucción del parlante.

Para evitar este problema, algunos fabricantesarrollan la bobina en los dos lados del soporte delaluminio, con lo cual la bobina obliga al soporte a di-latarse en la misma proporción que ella. Esta dispo-sición, permite además una mejor disipación de ca-lor al exterior (figura 4).

La bobina se adhiere a su soporte por medio deun cemento especial preparado para resistir las vi-braciones a que será sometido (generalmente, tipoDuco) (figura 5).

Cono o diafragma: Están fabricados con un ma-terial rígido y a la vez liviano (generalmente fibro-so). Deben ofrecer muy poca inercia para que no in-fluya en la respuesta transitoria del parlante.

Pueden ser de pulpa de papel o moldeados enplástico (poseen mayor rigidez y resisten a los emba-tes de la humedad). Para aumentar la rigidez sin in-crementar la masa se los puede construir de fibras decarbón. El diseño de un cono es muy complicado. Unbuen cono no debe emitir sonido cuando se lo golpeacon la punta de los dedos.

Figura 3

Figura 4

Figura 2

Figura 1



La forma del cono depende de la frecuencia queha de reproducir, de las características de directivi-dad y de la potencia del parlante.

Suspensión interna del cono o araña: La mi-sión de la araña es la de centrar el cono con el inte-rior del entrehierro con el objeto de que no se pro-duzcan rozamientos de la bobina móvil con el núcleoy el yugo. Además impide el paso de partículas de laparte posterior del cono a la zona de la bobina móvil.

Hay varios modelos de arañas. Por ejemplo, lasarañas de suspensión externa y perfil plano se colo-can en la parte exterior del cono y su suspensión serealiza por puntos (figura 6).

Una araña que provee una suspensión continua esla araña externa de perfil ondulado. Es de mejor ca-lidad y se la utiliza en parlantes de rango extendido(figura 7). Existen también arañas de suspensión in-terna (se colocan en el interior del cono) pero poseenmuy poca flexibilidad, por lo cual no se utilizan enparlantes reproductores de graves.

Suspensión externa del cono: Se coloca con elfin de que el diafragma o cono tenga máxima flexi-bilidad en el sentido axial. No todos los parlantes laposeen; favorece la reproducción de los tonos de ba-ja frecuencia.

Campana o cuerpo principal: Se construye conuna chapa con aberturas a la cual se le practican ner-vaduras de refuerzo a los fines de aumentar la rigidezmecánica.

Es el soporte de todas las piezas constituyentesdel parlante y posee orificios para poder ajustarlo enla caja acústica mediante tornillos adecuados. Se leefectúa un tratamiento químico para evitar la oxida-ción (figura 8).

Las únicas medidas críticas de la campana son endirección axial: la distancia entre el apoyo del bordedel cono y la suspensión o araña y el yugo, ya que elcono no debe ejercer ningún esfuerzo sobre la arañade suspensión durante el armado mientras se endure-ce el adhesivo.

Cables de conexión de la bobina móvil - pola-rización: El sistema de conexión desde la bobina seefectúa por medio de dos hilos que se adhieren a laparte posterior del cono y se unen a los terminales deconexión alojados sobre la campana por medio de unpar de cables muy flexibles. Los terminales se sitúansobre una regleta aislante que generalmente se colo-ca sobre la corona de la campana. En otros modelosde parlantes se proveen bornes aislados de la campa-na y se colocan en dos brazos distintos de la misma.

Es importante la polarización de los terminales.La conexión de la bobina móvil debe ser tal que, alaplicar una potencia a los terminales, el cono se mue-ve hacia adelante. El terminal al que se le aplica un

Figura 5

Figura 6

Figura 7

Figura 8

Figura 9



potencial positivo,cuando se marca, sehace con un puntode pintura roja o unborne rojo (figura 9).

Tapa de retención del polvo: Se coloca en el in-terior del cono, tapando el orificio del soporte de labobina móvil. Cumple la función de impedir la acu-mulación de polvo en el entrehierro (se acumularíanpartículas ferromagnéticas) que provocarían la inuti-lización de la bobina móvil. A veces se le da formade domo semiesférico ya que es importante su fun-ción en el extremo alto de las frecuencias audibles,especialmente en los tweeter (figura 10).

Principio de funcionamiento de un parlantedinámico: Se ha estudiado que la parte encargada detransformar energía eléctrica en mecánica es el con-junto “imán permanente-bobina móvil”. La bobinamóvil se conecta a la salida del amplificador a travésde la bornera, de tal manera que por ella circularáuna corriente cuya forma, frecuencia y amplitud de-penden de la señal grabada en disco o cinta, según dedónde provenga la señal que toma el amplificador.Alrededor de los alambres de la bobina se produceun campo magnético proporcional a la corriente quelo atraviesa y, como la bobina se encuentra dentrodel campo magnético creado por el imán permanen-te, se origina una fuerza F que tiende a hacer que labobina se aleje de dicho campo magnético perma-nente. La magnitud de esta fuerza depende del flujomagnético en el entrehierro, de la longitud de la bo-

bina y de la magnitud de la corriente que la atravie-sa. El sentido de la fuerza depende del sentido de cir-culación de la corriente eléctrica a través de la bobi-na. Si la corriente circula en un sentido, la bobina seintroducirá arrastrando el cono y, si circula en senti-do contrario, la bobina empujará el cono o diafragmahacia afuera. Cuanto mayor sea el número de espirasde la bobina que cortan líneas de flujo magnético,mayor será el desplazamiento de ésta. El sentido dela corriente determina el sentido del movimiento delcono.

Como queda explícito en el párrafo anterior, labobina arrastra en su movimiento al cono. Este pro-ducirá compresiones y depresiones del aire en una yotra cara de él, lo que generará ondas acústicas capa-ces de excitar a nuestros oídos. El producto B x L xI (inducción en el entrehierro, por longitud de la bo-bina, por corriente) debe permanecer constante paraque el funcionamiento sea correcto y no produzcadistorsión. Esto quiere decir que en el entrehierrosiempre tiene que haber la misma cantidad de espi-ras (por más que la bobina se desplace) para que noexistan distorsiones.

La bobina jamás debe salir totalmente del entre-hierro.

Demos un ejemplo. Supongamos una señal debaja frecuencia aplicada a un parlante, que es la se-ñal que provoca mayor desplazamiento de la bobina.

En ausencia de señal la bobina queda centrada enel entrehierro.

Cuando se aplica una señal senoidal de baja fre-cuencia y amplitud limitada, durante un semiciclo labobina se mueve hacia afuera pero en ningún mo-

mento el entrehierro queda sinespiras de la bobina y, por lotanto, no hay distorsiones (fi-gura 11).Si la amplitud de la señal pro-porcionada por el amplifica-dor es grande, la bobina saldrácasi totalmente del entrehierrodel imán permanente, con locual el número de espiras den-tro del campo magnético en elentrehierro será nulo o se re-ducirá, produciéndose un re-corte del semiperíodo, ya queuna vez que la bobina estáafuera, ésta suspende su movi-miento por no existir campomagnético que la influya pormás que aumente la amplitudde la señal aplicada al parlante(figura 12).Figura 12

Figura 11

Figura 10


Para evitar esta distor-sión se puede colocaruna bobina móvil lo su-ficientemente larga paraevitar que salga total-mente del entrehierro y,de esta forma, habrá unnúmero de espiras cons-tantes dentro del campomagnético. Esta solu-ción disminuye el rendi-miento del parlante, yaque las espiras que que-

dan fuera del entrehierro actúan como una resisten-cia pura que se encuentra en serie con las bobinasque sí están dentro del entrehierro (figura 13).

Otra solución consiste en aumentar el conjuntomagnético para hacer el entrehierro más ancho y asíincrementar el rango dinámico de la bobina. Veamosun ejemplo de un parlante que usa un imán de cerá-mica magnética (figura 14).

Parlantes electrostáticosLos parlantes electrostáticos poseen un diafrag-

ma delgado y de muy bajo peso, generalmente de po-liéster, que se coloca entre dos electrodos que no pro-ducen ningún tipo de señal acústica (se dice que sonacústicamente transparentes) y permiten el paso deellas.

El principio de funcionamiento se basa en laatracción y repulsión de las placas cuando están car-gadas.

Una placa es fija y la otra (el diafragma) vibraráel ritmo de la tensión que existe entre bornes de am-bas placas. Es decir, su funcionamiento está basadoen la variación de la “capacidad” de las placas de uncondensador cuando se le aplica una tensión de fre-cuencia variable.

En la figura se observa que el conjunto de placasnecesita una tensión de polarización. El capacitor Cbloquea la corriente de polarización para la entrada

de señal y permite el paso de las señales variablesque excitan al parlante.

El diafragma es accionado igualmente en todos lospuntos de su superficie, reduciéndose así la distorsióny las diferencias de fase. Su respuesta en frecuenciaabarca toda la gama del espectro audible.

En otro tipo de construcción, el diafragma, quecomo hemos dicho consiste en una lámina delgadade poliéster, se recubre de una capa metálica de pe-queño espesor y se suspende entre dos piezas de telametálica.

Generalmente se aplica a estas piezas metálicasuna gran diferencia de potencial (5kV), mantenién-dose el diafragma a un potencial intermedio. Si varíala tensión en el diafragma, éste se moverá en un sen-tido u otro. Por ejemplo, si en un instante su tensiónse hace más positiva, se desplazará hacia la placa ne-gativa y viceversa (figura 15).

Según lo explicado, se deduce que se puede usarun diafragma de área grande sin que éste produzcadistorsiones, ya que la fuerza de atracción y/o repul-sión actuará igualmente sobre todos los puntos de susuperficie. Así se obtiene un dispositivo de gran li-nealidad.

El principal problema es que la diferencia de po-tencial entre placas es tan grande que se podría pro-ducir una chispa que puede perforar el diafragma.


Figura 13

Figura 14

Figura 15



Además, la excitación debe ser por tensión, a di-ferencia de la excitación por corriente y baja impe-dancia que requieren los parlantes de bobina móvil.

Otro problema es que el amplificador debe sermuy estable para todas las frecuencias ya que de locontrario puede oscilar al conectarse la gran capaci-dad del parlante electrostático (este parlante poseeelevada impedancia).

Por todo lo dicho, la mayoría de los amplificado-res no pueden trabajar con parlantes electrostáticos,a menos que éstos estén específicamente diseñadospara trabajar con este tipo de cargas.

Parlantes piezoeléctricosSu funcionamiento se basa en las deformaciones

que se producen en un cristal piezoeléctrico cuandose aplica una diferencia de potencial entre sus caras.

La señal de audio a la salida del amplificador (entensión) se aplica en las caras laterales de una lámi-na de cristal piezoeléctrico, utilizando para ello elec-trodos metálicos de contacto.

Esta lámina va unida mecánicamente a un dia-fragma que vibra al ritmo de las deformaciones su-fridas por el cristal (figura 16).

Resulta un dispositivo ideal en amplificadorespara sordos ya que posee muy alta impedancia.

Se lo usa también en receptores de radio portáti-les y en auriculares donde no es posible colocar par-lantes de mayor volumen. Posee mala respuesta enbaja frecuencia y es frágil si se le aplican potenciaselevadas.

Su rendimiento es bajo y se los utiliza en seriecon un capacitor que aísla cualquier fuga de corrien-te continua del circuito de salida. Lo ideal sería aco-plar este parlante a través de un transformador deelevada impedancia de salida. Recientemente, la fir-ma japonesa PIONEER diseñó un parlante para re-producción de altas frecuencias con material piezoe-léctrico, el cual utiliza un conjunto de láminas pie-zoeléctricas de configuración cilíndrica que posee

una lente acústica que permite controlar la distor-sión. Se lo conoce como “Tweeter H.P.M.” y poseeuna excelente respuesta en altas frecuencias, ya quela masa del diafragma es despreciable.

Otros tipos de parlantesExiste innumerable cantidad de parlantes cuyos

principios de funcionamiento se basan en los ya des-criptos y que no repetiremos debido a su gran simi-litud. Entre ellos podemos mencionar a los siguien-tes:

• Parlante magnético plano: Se lo puede consi-derar como una variante del parlante electrostáticopero cuyo principio de funcionamiento es el mismoque el del parlante dinámico. Mejora su respuesta enfrecuencia.

• Parlante “Air Motion Transformer” -AMT-: Esuna variante del parlante magnético plano y poseeuna excelente reproducción transitoria, desde la ga-ma de medias frecuencias hasta frecuencias muy ele-vadas.

• Parlante ATD: Se trata de un parlante que po-see varios diafragmas de muy baja masa separadospor unidades estacionarias. Posee excelente respues-ta en baja frecuencia.

• Parlante Walsh. En este parlante el diafragmaestá construido de distintos materiales a los fines dereproducir toda la gama de las frecuencias de audio.Su funcionamiento es idéntico al parlante dinámico.

AuricularesLos auriculares llevan el sonido por separado a

cada oído sin producir interacción con la habitaciónen que se utilizan. Por esta razón no se aprecia el so-nido según la intención con que fue grabado, peromuchas veces resulta una experiencia interesante.

La potencia de excitación requerida es pequeña,razón por la cual se puede usar en equipos de buendiseño con respuesta y linealidad constantes. Llevancontroles de volumen separados y algunos son pro-vistos de un control de mezcla entre canales para queel sonido parezca más natural.

Este control se puede añadir como una unidad se-parada para mejorar el efecto del realismo.

Se fabrican modelos con transductores de bobinamóvil y electrostáticos. Los electrostáticos son carosy no representan un aumento considerable en la cali-dad final del sonido producido.

El modelo isodinámico Wharfedale utiliza ungran diafragma en el cual se bobinan los arrollamien-tos que constituyen el conjunto móvil (bobina mó-vil). Esto se hace con el mismo método que se cons-truyen circuitos impresos. A dichos arrollamientos se

Figura 16



les aplica un campo magnético variable que hace vi-brar el diafragma.

Al aplicar este principio a los auriculares se hanconseguido unidades de excelente calidad con muypoca coloración (“resonancia” que se presenta en al-guna etapa del proceso de onda acústica). Su costono es elevado.

Hay muchas formas de clasificar a los auricula-res; así por ejemplo, teniendo en cuenta su acopla-miento con el pabellón auditivo a los auriculares selos puede clasificar en:

• Auriculares Abiertos• Auriculares Cerrados• Auriculares Semiabiertos

En los auriculares abiertos, la almohadilla esacústicamente transparente de modo que el oyenteno está aislado del ruido ambiente.

En los auriculares cerrados el oyente queda aisla-do del ruido ambiente; generalmente realzan los to-nos bajos y proporcionan una agradable sensaciónsonora.

Un auricular semiabierto posee una almohadillaimpermeable a las ondas acústicas generadas pero enel lado del transductor el auricular está abierto; porlo tanto, las características sonoras son las de un au-ricular abierto con menos interacción con el ruidoambiente.

Características técnicas Para elegir el parlante adecuado debemos estu-

diar las características que brinda el fabricante y ac-tuar en consecuencia, según nuestra necesidad. Po-demos resumir las características técnicas de un par-lante en las siguientes:

• Respuesta en frecuencia• Frecuencia de resonancia• Directividad• Potencia máxima y mínima• Rendimiento

Impedancia: La impedancia del parlante (tam-bién llamado “altavoz”) no sólodepende de su principio de fun-cionamiento, sino también de suforma constructiva y los mate-riales empleados.

Podemos considerar tres fac-tores que determinan la impe-dancia del parlante que son:

a) La resistencia eléctrica dela bobina.

b) La reactancia inductiva del arrollamiento (bo-bina móvil).

c) La resistencia debida a las corrientes inducti-vas en la bobina a causa del campo magnético en elcual se encuentra sumergida cuando se desplaza.

La resistencia eléctrica se calcula como: R = r (l/s), donde:

R = resistencia eléctrica de la bobina, r = resisti-vidad del alambre empleado, L = longitud total delalambre, S = sección del alambre.

La reactancia inductiva dependerá de la frecuen-cia y se calcula de la siguiente manera:

XL = 6,28 . f . L

donde: XL = reactancia inductiva de la bobinamóvil, f = frecuencia de la señal que excita al parlan-te, L = inductancia de la bobina móvil.

Se trata de que la reactancia inductiva sea la me-nor posible y para ello la bobina debe tener pocasvueltas.

El tercer componente de la impedancia del par-lante se debe a que en la bobina se producen dosefectos: una acción electromagmética que hace quese mueva cuando es recorrrida por corriente; estemovimiento provocará un efecto secundario, ya queal moverse dentro de un campo magnético se induci-rá en ella una tensión y circulará una corriente enten-diéndose que éste es un efecto resistivo.

Este tercer componente es el más difícil de man-tener constante ya que, en su movimiento, la bobinamóvil arrastra al cono, razón por la cual el movi-miento dependerá de la forma constructiva del par-lante.

Si bien es conveniente que el parlante tenga im-pedancia constante en toda la gama de audio para nomodificar la recta de carga del transistor de salida delamplificador, esto es imposible.

La impedancia del parlante se mide a una fre-cuencia de 1kHz.

En el caso de parlantes para bajas frecuencias, laimpedancia se mide a 400Hz y en parlantes de altafrecuencia es usual medirlos a 4kHz (figura 17).

Figura 17



Valores comunes de impedancia son: 3, 2; 4; 8 y25 ohm. Todos estos valores se especifican para unafrecuencia elegida internacionalmente en 1kHz.

Resistencia de la bobina móvil: Es la resisten-cia de la bobina móvil medida en corriente continuay corresponde a la resistencia eléctrica de su devana-do. Su dato es importante porque determinará la po-tencia disipada en calor por efecto Joule al paso de lacorriente. Su valor es bajo, oscilando entre 2 y 16ohm, aunque hay parlantes que poseen resistenciasmucho mayores.

Respuesta en frecuencia: Proporciona el dato dela presión sonora generada por el parlante en funciónde la frecuencia. Para levantar la curva de respuestaen frecuencia se suministra al parlante una señal deigual potencia y frecuencia variable; luego se mide lapotencia sonora generada por dicho altavoz llevandolos valores obtenidos a un cuadro. Con estos datos seconstruye la curva de presión sonora en función de lafrecuencia (figura 18).

Otros métodos más modernos utilizan un grafica-dor para obtener la curva de respuesta en frecuenciadel transductor electroacústico.

En la curva de la figura se observan las variacio-nes de la presión sonora proporcionada por el parlan-te para una misma potencia de entrada y a distintasfrecuencias.

Nótese la variación en la respuesta en frecuencia;así por ejemplo, mientras que para 100Hz la presiónsonora es de 17dB, para 1000Hz vale 28dB.

El máximo, que se encuentra en la zona de bajasfrecuencias, corresponde a la “frecuencia de reso-nancia” del parlante. En el extremo superior se en-cuentra la frecuencia de corte, correspondiente a lamáxima frecuencia que es capaz de reproducir estaunidad (fc).

Nótese que a lo largo de la gráfica hay varias os-cilaciones, pero éstas no son importantes mientras ladiferencia en la presión sonora no supere los 12dB,aproximadamente, y no existan diferencias conside-rables entre picos y valles cercanos (el crecimiento odecrecimiento debe ser gradual). A la zona compren-

dida por lasseñales que noprovocan unavariación en lapresión sonorasuperior a los12dB se la lla-ma “Centro dela Banda”. La

frecuencia de corte será aquella para la cual la inten-sidad sonora cae aproximadamente 3dB del centrode la banda.

Si en el centro de la banda hay algún pico de másde 5dB, provocará un sonido chillón; si hay variospicos de este valor, el sonido será hueco, mientrasque si hay un valle pronunciado, el sonido emitidoserá “vacío” o sin vida.

Como es imposible conseguir un parlante que po-sea respuesta plana en toda la banda de audio, se re-curre a la utilización conjunta de 2, 3 o más parlan-tes que trabajen en distintos centros de banda paracubrir todo el espectro.

Frecuencia de resonancia: Es la frecuencia“mecánica” de resonancia (frecuencia de vibracióndel material) de la bobina móvil y el cono o diafrag-ma. Para conocerlo se aplica un impulso de tensión ala bobina móvil; al quitarlo, el cono vibrará a su fre-cuencia de resonancia. La importancia de este datoradica en que marca el límite inferior de la curva derespuesta en frecuencia del parlante. La frecuenciade resonancia se determina fácilmente a partir de lacurva de variación de la impedancia del altavoz conla frecuencia, ya que produce un máximo de impe-dancia (figura 19).

La frecuencia de resonancia depende del sistemamecánico de montaje, del material de construcción delcono, del sistema de suspensión utilizado, del diáme-tro del diafragma, etc.

La frecuencia de resonancia varía en relación in-versa al diámetro del cono. Por ejemplo, un parlantede 5” de diámetro (12,5 cm) tendrá una frecuencia deresonancia mayor que uno de 12” (30,5 cm) de igua-les características (figura 20).

Figura 19

Figura 20

Figura 18



Asimismo, un parlante con cono construido conmaterial rígido tendrá una frecuencia de resonanciasuperior que otro cuyo diafragma es ligero. Por últi-mo, digamos que una suspensión fuerte aumentará lafrecuencia de resonancia del parlante.

Directividad: La directividad de un parlante sesuministra a partir de sus diagramas polares. Su res-puesta no es omnidireccional y posee característicasbien definidas. Generalmente se suministran variascurvas para distintas frecuencias, pues a medida queaumenta la frecuencia el parlante se hace más directi-vo. Si no especifica lo contrario, se supone que la ca-ra del parlante apunta a la posición 0° (figura 21).

Potencia máxima y mínima del parlante: Lapotencia máxima o potencia admisible es el valormáximo de potencia que se le puede aplicar al par-lante (durante un corto tiempo) sin que se destruya.

Se llama potencia de régimen al máximo valor depotencia que puede soportar el parlante en un régi-men continuo. Es menor que la potencia máxima ad-misible.

La potencia de un parlante depende de sus di-mensiones y forma constructiva (forma del cono, di-mensiones de la bobina, sección del alambre de labobina, etc.).

En general, hay tres formas en que se construyenlos conos de un parlante:

a) Conos de paredes rectasb) Conos de paredes elípticasc) Conos de sección plana

Los primeros soportan mayor potencia que los desección elíptica y a su vez, éstos soportan mayor po-tencia que los de diafragma de sección plana (siem-pre hablando para un mismo diámetro del parlante).

Digamos entonces que, para que el parlante degraves o también de rango extendido soporte una po-tencia elevada, la bobina móvil deberá ser larga parapoder aumentar el recorrido del diafragma, pero estodisminuye el rendimiento del parlante. Para repro-ductores de tonos medios o altos esto no es necesa-rio ya que para la misma potencia el recorrido deldiafragma es bastante inferior.

La potencia mínima depende del parlante y de surecinto acústico; es la potencia mínima que se le de-be suministrar a la pantalla acústica para obtener unnivel confortable de audición.

Parlantes para tonos gravesSon parlantes cuya frecuencia de resonancia es

muy baja, con el objeto de que puedan reproducir to-nos muy bajos. De esta manera, debe ser una unidad

de grandes dimensiones, ya que la frecuencia de re-sonancia guarda relación inversa con el diámetro deldiafragma.

Cuando se le aplica una señal de baja frecuencia,el rendimiento del parlante es bueno, ya que se mue-ve todo el diafragma en conjunto. En la medida queaumenta la frecuencia, el desempeño del cono no estan bueno y sólo irradia energía la porción que se en-cuentra en el centro, cerca de la bobina, permane-ciendo inmóvil el resto del cono. De esta manera, elrendimiento de una unidad de bajos o WOOFER(pronúnciase “uofer”), disminuye a medida que au-menta la frecuencia. La frecuencia de resonancia deuna unidad reproductora de baja frecuencia debe ubi-carse en torno de los 20Hz. Debe poseer una respues-ta casi plana (en la curva idealizada del altavoz) has-ta el límite inferior de las frecuencias vocales, y lafrecuencia de corte se debe ubicar alrededor de los4000Hz.

Sin embargo, cuando se conectan varios parlan-tes que abarcan toda la banda de audio, la frecuenciade corte puede ubicarse alrededor de 1kHz.

El diámetro del parlante debe ser superior a las10” y su cono será rígido pero con una suspensiónsuave. Generalmente el cono no es muy ligero; lasuspensión posee corrugaciones flexibles en el bordeexterno de dicho diafragma.

En general, hay dos formas de construir parlantesde baja frecuencia:

a) Un sistema consiste en colocar un anillo mol-deado que desacopla la parte del diafragma que seencuentra alrededor de la bobina móvil con el objetode eliminar la reproducción de tonos altos (figura22).

No es un parlante muy común y su frecuencia decorte generalmente no alcanza los 3kHz.

b) El sistema más utilizado consiste en el uso deuna bobina móvil de diámetro grande y larga. El dia-fragma es generalmente pesado pero construido conmaterial blando. Se construye así, pues la bobina de-

Figura 21



be efectuar un recorrido que a veces alcanza o sobre-pasa los 20 mm (figura 23).

La bobina móvil se construye así pues debe efec-tuar un largo recorrido por el entrehierro magnéticodurante la reproducción de señales de bajas frecuen-cias. El entrehierro, a su vez, debe poseer un campomagnético de densidad uniforme para todo el reco-rrido de la bobina móvil.

En muchas ocasiones, cuando se requiere un par-lante de mucha calidad, se fabrica el entrehierro demodo que sea mucho más largo que la bobina paraque esta última pueda desplazarse a lo largo del mis-mo sin que ninguna espira salga de la zona donde elcampo magnético es uniforme.

Este resulta un diseño caro, pero es imprescindi-ble cuando el diámetro de la bobina debe ser grande(figura 24). En este caso no se aprovecha la totalidaddel campo magnético y por lo tanto disminuye elrendimiento del parlante (figura 25).

Parlantes para tonos mediosDeben ser parlantes de mínima distorsión pues su

desempeño se advierte muy fácilmente, ya que de-ben reproducir la mayorparte de los sonidos. De-be poseer una frecuenciade resonancia no supe-rior a los 200Hz y unafrecuencia de corte delorden de los 7 u 8kHz.El sonido comprendidoentre estas frecuenciasdefine “el carácter” de lagrabación ya que la parte

media del espectro es la región en la cual el oído hu-mano es más sensible. El “SQUAWKER” (pronún-ciese “scuíquer”), reproductor de medios, es el par-lante que más introduce el efecto de coloración, ra-zón por la cual su diseño es delicado.

Para evitar intermodulación con los sonidos debaja frecuencia emitidos por el woofer, se suele ais-lar al squawker mediante una cubierta rígida.

Por ejemplo, un reproductor de medios comúnpuede poseer las siguientes características:

Diámetro del cono . . . . . . . . . . . .6” (15 cm)Respuesta en frecuencia . . . . . . . .200 a 8000HzDiámetro de la bobina móvil . . . . .1” (25 mm)Impedancia a 1kHz . . . . . . . . . . . .8 ohmPeso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1500 gramosProfundidad . . . . . . . . . . . . . . . . .80 mmPotencia admisible . . . . . . . . . . . .70 watt (a 1kHz continuo)

El diafragma debe ser liviano y no necesariamen-te grande, pues no reproducirá tonos bajos.

Parlantes para tonos agudosSe trata, en este caso, de parlantes con el diafrag-

ma de pequeñas dimensiones, ya que también lo se-

Figura 26

Figura 24

Figura 25

Figura 23

Figura 22



rán las longitudes de onda de las señales que debenreproducir. La frecuencia de resonancia de estos par-lantes se sitúa por encima de los 2000Hz mientrasque la frecuencia de corte es superior a los 20kHz (fi-gura 26). En la actualidad se diseñan parlantes del ti-po trompeta específicamente para reproducir señalesde alta frecuencia. Este tipo de altavoces consiste enagregar una trompeta de material rígido a la unidadde excitación, del tipo dinámica (figura 27).

La unidad de excitación está constituida por elcircuito magnético que provee el imán permanente,la bobina móvil que es de grandes dimensiones y eldiafragma que es rígido y de dimensiones reducidas.La trompeta posee una cámara sonora y la boca.

Dicha trompeta funciona como un adaptadoracústico bajo el mismo principio de funcionamientoque un transformador. En la garganta de la trompeta(cámara sonora) la presión del aire es grande, mien-tras que la masa de aire alojado es pequeña. En la bo-ca de la bocina, la masa de aire es grande en compa-ración con la existente en la cámara mientras que lapresión es reducida.

Las bocinas se utilizan para aumentar o reforzarsonidos, tal es el caso cuando uno se lleva las manosa la boca, ahuecándolas en torno de los labios, parahacerse oír a distancia.

Retornando a los reproductores de tonos altosconvencionales, digamos que existe el modelo “DO-MO RADIANTE” que incluye su propia caja acústi-ca, en forma de bocina, con el fin de ensanchar el hazen que se concentran los sonidos agudos, para lograrsu mejor difusión. Además, estos “tweeters” (pron.“twiters”), reproductores de agudos, son blindadosen su parte trasera con una carcasa metálica, con el

fin de evitar la inte-racción con otrosparlantes.Son parlantes ca-

ros y se destruyende inmediato si seles aplica algunaseñal de baja fre-cuencia.

FILTROS DIVISORES DE FRECUENCIA

Se denominan filtros divisores de frecuencia a lasunidades diseñadas para separar las señales de audiocon el objeto de que puedan aplicarse al parlanteadecuado.

Los filtros son generalmente circuitos pasivoscompuestos por inductores y capacitores que se ba-san en el principio por el cual un capacitor deja pa-sar con mayor facilidad las señales de alta frecuenciaofreciendo una reactancia considerable al paso de lostonos bajos mientras que un inductor (bobina) permi-te el paso de las señales de baja frecuencia, blo-queando los tonos altos.

El filtro más sencillo consistirá en colocar un ca-pacitor en serie con el tweeter y un inductor en seriecon el woofer; luego ambos conjuntos se conectan enparalelo (figura 28).

Las fórmulas de cálculo de este filtro son:

1C =–––––

2πfZ

ZL =–––––

2πf

donde:C = capacitor a colocar en serie con el tweeter.L = inductor a colocar en serie con el wooferZ = impedancia del altavozf = frecuencia de cruce del divisorLa frecuencia de cruce es la frecuencia para la

cual se cortan las curvas de respuesta del inductor ycapacitor (figura 29).

Ejemplo 1Calcular el capacitor y el inductor para construir

un divisor de frecuencias sencillo. La frecuencia decruce debe ser de 2500Hz y la impedancia de ambosparlantes de 8Ω.

Según lo visto:

Figura 27

Figura 28

Figura 29



1C = –––––––––––––––––– = ≈ 8µF

2 . 3,14 . 2500Hz . 8Ω

8ΩL = ––––––––––––––––––– = ≈ 500µH

2 . 3,14 . 2500Hz

Otra forma de conseguir una derivación de las se-ñales de distintas frecuencias consiste en colocar uninductor en paralelo con el tweeter y un capacitor enparalelo con el woofer; luego el conjunto se conectaen serie (figura 30).

Las fórmulas de cálculo son las mismas que en elejemplo anterior. Con esta configuración aumenta laimpedancia de la carga. Con estos dos filtros se con-sigue una atenuación de 6dB/octava; esto quiere de-cir que en el circuito del ejemplo 1, para 5000Hz laseñal sobre el woofer se atenuó 6dB y para 1250Hzla señal sobre el tweeter es atenuada en igual canti-dad.

Si se quiere obtener un filtro divisor de frecuen-cias de 2 vías de mayor efectividad basta con combi-nar los efectos de los dos circuitos anteriores (figura31). Por supuesto, es un filtro de mayor efectividad(12dB/octava), cuyo análisis resulta muy sencillo,una vez comprendido el funcionamiento de los fil-tros simples.

En este circuito L1 = L2 y C1 = C2. Las fórmu-las de cálculo son las siguientes:

–––Z √ 2 1

L = –––––––– ; C = ––––––––––2πf –––

2πfZ √ 2

donde:L = inductor de filtroC = capacitor de filtroZ = impedancia de los parlantesf = frecuencia de cruce

Ejemplo 2Se desea construir un divisor de frecuencias de

12dB/octava con una frecuencia de corte de 2500Hzcuando se utilizan parlantes de 8 ohm.

Según lo dado:

8Ω . 1,41L = ––––––––––––––––– ≈ 720µH

2 . 3,14 . 2500Hz

1C = –––––––––––––––––––––––– ≈ 5,6µF

2 . 3,14 . 2500Hz . 8Ω . 1,41

Filtros divisores de frecuencia de 3 víasSe utilizan para conectar un parlante reproductor de

agudos (TWEETER), otro reproductor de medios(SQUAWKER) y un tercero reproductor de bajos(WOOFER).

Un filtro sencillo consiste en colocar un inductoren serie con el woofer; un inductor y un capacitor enserie con el squawker (todos en serie) y un capacitoren serie con el tweeter; luego, los tres conjuntos seconectan en paralelo, tal como se muestra en la figu-ra 32.

L1 deja pasar los tonos bajos hacia el woofer im-pidiendo el paso de las señales de alta frecuenciamientras que C3 permite el paso de los tonos altoshacia el woofer ofreciendo alta impedancia a los to-nos bajos. C2 y L2 forman un circuito resonante queofrece mínima impedancia en el rango de las fre-cuencias vocales (frecuencia media).

Este sistema proporciona una atenuación de6dB/octava.

Las fórmulas de cálculo son las siguientes:

Figura 30

Figura 31

Figura 32



Z ZL1 = ––––– L2 = ––––––

2πf1 2πf2

1 1C2 = –––––– C3 = –––––––

2πZf1 2πZf2

donde:f1 = frecuencia de cruce entre el woofer y el

squawkerf2 = frecuencia de cruce entre el squawker y el

tweeter

Ejemplo 3:Construir un sistema divisor de frecuencia de tres

vías con frecuencias de cruce de 500Hz y 5000Hzcuando se utilizan parlantes de 8 ohm si se quiereuna atenuación de 6dB/octava (figura 33).

Aplicando las fórmulas del divisor estudiado setiene que:

8ΩL1 = ––––––––––––– ≈ 2,5mH

6,28 . 500Hz

8ΩL2 = ––––––––––––– ≈ 0,25mH

6,28 . 5000Hz

1C2 =––––––––––––––––––– ≈ 40µF

6,28 . 8Ω . 500Hz

1C3 = –––––––––––––––––– ≈ 4µF

6,28 . 8Ω . 5000Hz

De la misma manera que en un divisor de fre-cuencia de 2 vías, si se utiliza la acción combinada

de bobinas y capacitores para construir la red de fil-tro de cada parlante, se puede conseguir una atenua-ción de 12dB/octava (figura 34).

Las fórmulas de cálculo de este circuito son lassiguientes:

––––√ 2 . Z 1

L1 = –––––––– ; C1 = –––––––––––2πf1 ––

2πZf1 √ 2

––––– √ 2 . Z 1L2A = –––––––– ; C2A = ––––––––––

2πf2 ––2πZf1 √ 2

–––––√ 2 . ZL2B = –––––––––– ; C2B = C3

2πf1

–––––√ 2 . Z 1L3 = ––––––––– ; C3 = ––––––––––

2πf2 ––– 2πZf2√ 2

donde:Z = impedancia de cada parlantef1 = frec. de cruce entre el woofer y squawkerf2 = frec. de cruce entre el squawker y el tweeter

¿Qué determina la frecuencia de cruce?Sabemos que en un circuito oscilante se llama

frecuencia de corte a aquella en la cual la amplitudde la señal cae al 70,7% de su valor máximo; así setiene una frecuencia de corte inferior a f1 y una fre-cuencia de corte superior a f2. La diferencia f2 - f1es el ancho de banda del circuito (figura 35).

Si consideramos un divisor de frecuencia com-puesto por una sola bobina o un solo capacitor, setendrá sólo una frecuencia de corte. Esta frecuenciaserá aquella para la cual la tensión en el parlante caeal 70,7% del valor máximo (el otro 29,3% caerá enel capacitor o en el inductor, según el caso).

Figura 33 Figura 34



Si ahora se tiene en el divisor de frecuencias uncapacitor conectado al tweeter y una bobina en seriecon el woofer, las curvas de respuesta serán comple-mentarias. Los elementos pasivos se eligen de formatal que el comportamiento de los filtros sea perfecta-mente complementario (figura 36).

Al considerar ambos circuitos en conjunto, sebusca obtener una respuesta plana en todo el espec-tro, es decir, que la tensión de salida del conjunto semantenga siempre por encima del 70,7% de la ten-sión máxima (figura 37).

Al valor de frecuencia para el cual se cruzan am-bas curvas se la denomina FRECUENCIA DE CRU-CE y en ese momento la mitad de potencia que su-ministra el amplificador cae en el woofer e inductor

y la otra mitad en el tweeter y capacitor (recuerdeque 0,707 . Vmax equivale a un punto de potenciamitad). Cuando se utiliza un divisor de frecuenciasde tres vías hay dos frecuencias de cruce: la corres-pondiente a la vía de graves con la de medios y la de-bida a la vía de medios con la de agudos (figura 38).Ahora bien, cuando se coloca un divisor de frecuen-cias a un parlante, su curva de respuesta en frecuen-cias puede verse seriamente afectada a causa de lafrecuencia de resonancia del parlante, o de la fre-cuencia de resonancia entre elementos del filtro ybobina móvil. Veamos un caso en la figura 39.

En la curva real del parlante acoplado al divisorresistivo se ven dos máximos: uno coincide con lafrecuencia de resonancia del parlante y el otro se de-be a la frecuencia de resonancia entre el capacitor delfiltro y la bobina móvil (figura 40).

El circuito R1-L1-C1 elimina el pico de resonan-cia del parlante y se utiliza en la conexión de parlan-tes reproductores de medios y agudos.

El filtro R2-C2 elimina el pico debido a la reso-nancia del capacitor de filtro con la bobina móvil y

Figura 35

Figura 36

Figura 38

Figura 39

Figura 37



se conecta en cualquier parlante (WOOFER,SQUAWKER y/o TWEETER).

BAFFLES O CAJAS ACÚSTICAS

Todos los parlantes, sin su recinto acústico tienenun rendimiento muy pobre; esto se debe a que losmismos emiten sonido en todas direcciones (espe-cialmente los reproductores de bajos), incluso por suparte posterior. El hecho de que un parlante irradieenergía no sólo por el frente sino también por su par-te posterior es contraproducente ya que las dos ondassonoras generadas están en oposición de fase, lo quehace que sus efectos se anulen parcialmente.

Para entender esto supongamos que el diafragmase desplaza hacia adelante; el aire situado frente a élserá comprimido mientras que la masa de aire situa-da en la parte posterior del diafragma sufre una de-presión.

El frente de ondas que se genera en la parte ante-rior del cono avanza en todas direcciones alcanzan-do la parte posterior; en ese momento “llena” la de-presión causada por el movimiento del cono y así seanula la onda sonora generada (figura 41).

El efecto causado explica la diferencia de faseentre las ondas generadas por la parte anterior y pos-terior del diafragma.

Para evitar este efecto se coloca al parlante enuna caja acústica que impida la acción de una ondasobre la otra; para ello debe aislarse la masa de aireque se encuentra en el frente del diafragma con la si-tuada en la parte posterior.

El efecto de “aislación” que produce una cajaacústica se conoce con el nombre de “BAFFLE” (del

inglés: deflector), nombre con el cual generalmentese lo conoce.

El propósito del “baffle”, además, es lograr unaadaptación del parlante con el aire; elimina fenóme-nos estacionarios y de resonancia, etc.

Baffles infinitosComo se dijo, el propósito de una caja acústica es

el de eliminar la interacción entre las ondas sonorasgeneradas por la parte anterior y posterior del conodel parlante.

El recinto acústico perfecto consistirá en colocarel parlante en la pared divisoria de dos habitacionesperfectamente iguales para que ambas caras del dia-fragma puedan desplazar la misma masa de aire (fi-gura 42).

De esta manera se logra que ambos frentes de on-da, generados en contrafase, no interfieran, recibien-do una habitación las ondas generadas en la parte an-terior del cono y la otra las generadas en la parte pos-terior.

Sin embargo, esta solución es generalmente im-practicable ya que se requieren dos habitaciones pa-recidas y en ambas se escuchará el sonido simultá-neamente.

La pantalla acústica más empleada en los equiposdomésticos utiliza una caja cerrada de suspensiónneumática. En esta caja, la membrana del parlantecierra herméticamente la caja, y el aire contenido ensu interior amortigua su movimiento. De esta mane-ra, el frente de onda posterior no puede salir del in-terior de la caja e interaccionar con el otro frente deondas. Este efecto se logra a costa de empeorar lascondiciones de trabajo del parlante elevando su fre-cuencia de resonancia, ya que la masa de aire ence-rrada en la caja estará sometida a compresiones y de-presiones muy grandes haciendo que la suspensióndel cono se comporte como si fuese más rígida (figu-ra 43).

Por lo tanto, no conviene que el volumen de lacaja sea pequeño, pues cuanto menor sea el volumende aire encerrado en la caja, mayor será la frecuencia

Figura 40

Figura 41

Figura 42



de resonancia del parlante, disminuyendo su res-puesta en la zona de graves (figura 44). Por supues-to, para que la pantalla acústica tenga buen rendi-miento el parlante debe poseer alta elasticidad; es de-cir, la fuerza de retorno del cono debe ser muy débil.El elemento móvil debe tener una floja suspensión yel sistema magnético debe permitir grandes despla-zamientos del cono sin que la bobina móvil abando-ne la región de flujo constante.

El interior de la caja debe rellenarse con algúnmaterial absorbente del sonido, como pueden ser di-versos plásticos tales como el poliuretano, lana devidrio, o por cartón corrugado, etc. Esto impediráque las paredes de la caja puedan vibrar y transmitirparte de la energía del frente de ondas posterior alexterior de la caja.

El inconveniente del baffle infinito es que la to-talidad del frente de onda emitido por la cara poste-rior del cono se elimina en el interior del recinto, ra-zón por la cual el rendimiento del parlante, que es elde menor rendimiento en la cadena audiofrecuente,se reduce a la mitad (figura 45).

Este sistema, si bien permite mejorar la calidaddel sonido por impedir la mezcla de las ondas acús-ticas de baja frecuencia, presenta el inconveniente deaumentar la frecuencia de resonancia del altavoz yocasionar una pérdida considerable del nivel sonoro.

La solución a este último problema consiste enaprovechar la onda trasera del parlante de forma que

no perjudique la cali-dad del sonido. Sedebe hacer recorrer ala onda posterior undeterminado caminoacústico para quepueda mezclarse conla emitida por la par-te frontal del parlan-te con la misma fase.Es decir, debemoslograr que la ondaposterior invierta sufase para que pueda

sumarse con la frontal con el objeto de obtener el óp-timo rendimiento del parlante (se aprovecha toda laenergía que el parlante irradia).

En la práctica, entonces, se debe hacer que la on-da posterior recorra un camino cuya longitud seaigual a la mitad de la longitud de onda de la frecuen-cia más baja que se desea reproducir, con el objetode ponerla en fase con la onda frontal. Esto no sepuede lograr directamente ya que la caja debería serde enormes dimensiones (figura 46). En realidad, lapuesta en fase de la onda posterior se pondrá sólo pa-ra una frecuencia teniendo un efecto aceptable parauna pequeña gama de frecuencias en torno a aquellaque cumple dicha condición; pero como son las no-tas graves las que se desplazan en todas direcciones,son las únicas que pueden mezclarse y así producirdistorsiones si es que no están en fase.

Las notas medias y agudas son más direccionalesy es muy problemático hacerlas recorrer un caminoque no sea rectilíneo.

Con lo dicho, puede resumirse que se aprovechade un 90 a un 100% de las notas graves reproducidasdebido a la suma en fase de las ondas frontal y pos-terior mientras que solamente se reproduce un 50%de las notas medias y agudas. Pero esto no es un pro-

blema si setiene encuenta que elmayor conte-nido energé-tico de lasgrabacionessonoras co-rresponde engeneral a lagama de lasfrecuenciasbajas.

Figura 43

Figura 44

Figura 45

Figura 46



Caja reflectora de bajosConsiste en una caja cerrada, provista de una

abertura para “escape de graves”, comúnmente lla-mada ventana, por la cual sale la onda posterior in-vertida en fase. Generalmente se la llama REFLEX o“BASS REFLEX”.

Hay muchas formas de construir una caja réflex; lamás sencilla consiste en practicar sobre la caja unaabertura para el parlante y otra para el escape de gra-ves. La inversión de fase se consigue para una distan-cia adecuada entre ambas aberturas. Este tipo de cajaresulta muy voluminosa y comúnmente no se usa.

Otro sistema réflex muy utilizado para reducir elpico de resonancia del parlante y disminuir su fre-cuencia de resonancia consiste en practicar una o dosaberturas rectangulares denominadas ventanas.

Su funcionamiento se basa en la resonancia me-cánica del baffle cuya frecuencia depende del volu-men de la caja y del área de la ventana. Cuando nosacercamos a la frecuencia de resonancia de la caja, lacarga que el aire dentro de la caja ofrece al parlantees mayor que para otras frecuencias, haciendo quelas oscilaciones del cono a esta frecuencia sean le-ves.

Si se hace coincidir la frecuencia de resonanciadel baffle con la de la caja, se amortigua el “pico” dela onda sonora en su frecuencia de resonancia, au-mentando así el rango de frecuencias reproduciblespor el conjunto debido a la radiación sonora prove-niente de la ventana.

Cuanto menor es el volumen de la caja, mayor essu frecuencia de resonancia, mientras que cuantomenor sea la superficie de la ventana menor será lafrecuencia de resonancia. En otras palabras: “La fre-cuencia de resonancia de una caja ‘bass reflex’ es di-rectamente proporcional al área de la abertura e in-versamente proporcional a su volumen”.

Si el estudiante analiza el camino que debe recorrerla onda posterior para provocar la inversión de fase en180°, entenderá que el mismo es muy grande e imprac-

ticable; sin embargo en este tipo de cajas la inversión seproduce cuando las frecuencias de resonancia del par-lante y caja se igualan y en este caso la distancia que de-be recorrer la onda sonora para sumarse con la señalfrontal es mucho menor.

De todos modos, esta caja es de grandes dimen-siones y sólo se usa para espectáculos y por profesio-nales (figura 47).

En síntesis, está técnica aprovecha el hecho deque el volumen de aire contenido en el interior de lacaja posee su propia frecuencia de resonancia, lo quesignifica que habrá una frecuencia para la cual el es-cape de graves se hace máximo; este máximo escapede graves se hace coincidir con la frecuencia de re-sonancia del parlante, que es la mínima frecuenciacapaz de ser reproducida por el altavoz.

Como dijimos, la frecuencia de resonancia mecá-nica del conjunto depende de las dimensiones de lacaja y de la forma y dimensiones del escape de gra-ves (ventana).

Generalmente, a la ventana (cuando es cilíndrica)se le acopla un tubo montado hacia su interior, talque variando su longitud puede ajustarse la frecuen-cia de resonancia de la caja por lo que muchas vecesse lo conoce como “tubo de sintonía” (figura 48).

Para lograr la máxima efectividad de un bass re-flex (igualar su frecuencia de resonancia con la delparlante) se pueden utilizar tres métodos:

• Elegir la frecuencia de resonancia del parlanteigual a la de la caja acústica.

• Variar el volumen de aire contenido en la caja.• Variar la superficie de la ventana o la longitud

del tubo de sintonía.Analizando las alternativas presentadas se dedu-

ce que el tercer método es el más rápido, fácil de im-plementar y económico. La forma de implementarloes la siguiente:

1º. Se in-tercala entreamplificador ycaja una resis-tencia cuyovalor seaaproximada-mente 10 ve-ces el valor dela impedanciadel parlante.

2º. Se colo-ca un voltíme-tro de buenasensibilidad (1ó 2 volt a fon-do de escala)

Figura 48

Figura 47



en paralelo con el parlante.3º. Se aplica a la entrada del amplificador un to-

no senoidal cuya frecuencia sea 3 veces superior ala frecuencia de resonancia del parlante.

4º. Se cierra totalmente la ventana o se quita eltubo de sintonía, según el método de ajuste que uti-lice la caja bass reflex.

5º. Se ajusta el volumen del amplificador hastaque la aguja del voltímetro deflexione aproximada-mente a media escala (figura 49).

Una vez armado el sistema se disminuye la fre-cuencia proporcionada por el generador, hasta que laaguja del voltímetro se desvíe hasta su posición má-xima, lo cual nos indicará que nos encontramos fren-te a la frecuencia de resonancia del parlante.

Hecho esto, se regula la ventana abriéndola len-tamente con lo cual comenzará a descender la agujadel voltímetro hasta alcanzar un valor mínimo. Enese momento se está en presencia de la sintonía delbass reflex (coincidente con la frecuencia del parlan-te); por lo tanto, bastará con asegurarse que no varia-rá la superficie de la ventana para que el baffle estéajustado. Es de suponer que la curva de respuesta deuna caja bass reflex varía con la abertura de la ven-tana o con la posición del tubo de sintonía, según elcaso.

En el gráfico de la figura 50 puede observarseque el baffle sintonizado presenta una mejor respues-ta a las bajas frecuencias.

Existen otros tipos de baffles sintonizados simila-res a los que poseen tubos de sintonía pero que poseenuna división interna para que la distancia entre el par-lante y la ventana no sea tan pequeña que pueda per-judicar la respuesta de la caja para las frecuencias al-tas.

De esta manera la abertura quedará prácticamenteen el fondo de la caja y permitirá reducir el tamaño fi-nal del baffle (figura 51).

Para disminuir aún más el tamaño de los gabine-tes se suelen utilizar “laberintos sonoros” que permi-ten que el camino a recorrer por la onda sonora seade la longitud adecuada.

Por supuesto, la puesta a punto de este baffle esmás complicada y la atenuación de la onda tambiénes mayor, por lo que su rendimiento decrece consi-derablemente (figura 52).

En la actualidad es muy común escuchar hablarde las líneas de transmisión acústicas cuya misión esla de absorber la totalidad de la potencia generadapor el amplificador y conducirla inalterada a travésdel aire.

Esto trae aparejado un alto rendimiento y la ven-taja de que el amplificador trabaje siempre con unaimpedancia inalterable.

Muchos delos recintosque aparecencon la deno-minación de“líneas detransmisión”no son otracosa que ver-siones muyelaboradas derecintos tipolaberintos so-noros, en loscuales la su-puesta línea

Figura 49

Figura 50

Figura 51



de transmisión sirve para absorber sonido, en lugarde transmitirlo.

Tal vez, cuando se consiga fabricar los materialesapropiados, el parlante tipo línea de transmisión serámuy utilizado por su gran calidad y alto rendimien-to.

El radiador pasivoCuando en el bass reflex se coloca un parlante sin

excitación eléctrica o “radiador pasivo” tapando laventana, se consiguen algunas ventajas. Este parlan-te se coloca en lugar de la ventana y no es excitadopor la señal emitida por el amplificador sino por lasvariaciones de presión del aire encerrado en el inte-rior de la caja.

La frecuencia de resonancia del parlante pasivo(que suele ser sólo un diafragma con masa) está cer-ca de la frecuencia de resonancia del parlante princi-pal para que pueda reforzar los frentes de onda emi-tidos por este último.

La ventaja principal de este sistema sobre el deventana o tubo de sintonía es que su funcionamiento,semejante al del baffle infinito pero con dimensionesinferiores, puede responder a frecuencias más bajasy con menores dimensiones.

En el bass reflex, si la ventana no está bien cali-brada, las ondas acústicas que salen por ella no esta-rán en “fase” con la onda frontal emitida por el par-lante y esta diferencia de fase dependerá de las fre-cuencias de las componentes que la forman. De estamanera las componentes de los frentes de onda pos-terior y trasero (este último sale por la ventana) sesumarán algunos y restarán otros, provocando distor-siones en la señal reproducida, lo que obliga a reali-zar la calibración con instrumental. En la caja queposee pasivo esto no ocurre (figura 53). Una varian-te de este sistema es el gabinete de “suspensión acús-tica”, el cual se construye con un baffle infinito pe-queño pero con un parlante cuya suspensión del sis-

tema Cono-Bobina Móvil se hace muy débil, paracompensar el aumento de la frecuencia de resonanciaque provoca el hecho de utilizar una caja cerrada. Deesta manera, el parlante sin su caja está muy blando,pero el aire encerrado en la caja le devolverá la sus-pensión adecuada.

Una ventaja del baffle con suspensión acústica esque para pequeñas excursiones de la bobina móvil nose producen distorsiones por la vibración del cono,pues el aire interior de la caja actúa como suspensiónque oficia de fuerza restauradora en la totalidad de lasuperficie del cono.

Construcción de bafflesEn la actualidad, la tendencia es la construcción

de cajas acústicas que incorporan dos, tres o más par-lantes que reproducen una gama de frecuencias de-terminadas, separadas por los correspondientes divi-sores. Es muy difícil construir un parlante que puedaresponder a todas las frecuencias desde 20Hz hasta20kHz según lo hemos visto en la lección anterior.

Hagamos memoria: un parlante de 10 pulgadasde diámetro (25 cm aproximadamente) que poseegran masa se comporta bien a bajas frecuencias por-que la bobina móvil no tiene inconvenientes en des-plazar el cono alternativamente hacia adelante y ha-cia atrás. En la medida en que aumenta la frecuenciala inercia que presenta la masa de la membrana im-pide su movimiento. Es muy raro que un parlante de25 cm de diámetro reproduzca señales por encima delos 3kHz. En contraposición, un parlante de 3 pulga-das (7,6 cm de diámetro) reproduce señales de altasfrecuencias porque el cono se puede desplazar conmayor rapidez, pero como el cono es de pequeño diá-metro, el parlante no puede imprimir la suficienteenergía al aire para reproducir notas de tonos bajos.

De los párrafos expuestos se deduce que los par-

Figura 52

Figura 53



lantes de distinto diámetro se complementan, razónpor la cual una caja acústica debe poseer más de unaltavoz para su correcto funcionamiento.

La construcción de una pantalla acústica puedeser muy complicada si no se conoce el tema, puesdebe poseer un cuidadoso diseño, el cual debe respe-tarse si se desea obtener un buen rendimiento de lamisma. Cuando no se está en tema, es aconsejablecomprar cajas prefabricadas por empresas de reco-nocida solvencia en la materia.

Como norma, debe tenerse en cuenta la rigidezde la caja; ésta debe ser lo suficientemente compac-ta como para que las ondas de presión que se ejercencontra las paredes de la caja no las hagan vibrar.

Para obtener una buena rigidez debe emplearseuna madera de 2 centímetros de espesor o más; lasuniones deben ser perfectas, de modo que no puedahaber escape de aire; incluso debe aislarse el cablede unión de los parlantes. Para aumentar la rigidezpueden colocarse listones unidos a las paredes de lacaja. Interiormente debe poseer una capa de por lomenos 3 cm de espesor de lana de vidrio o algún otromaterial amortiguador. Las caras externas de la cajadeben pintarse para que las torne a la vez impermea-bles y no se deformen con el tiempo.

BocinasSe ha visto, al estudiar los TWEETER, que una

bocina es un adaptador o transformador acústico quepermite incrementar el rendimiento de los parlantes.Veamos en la figura 54 el esquema general de unabocina.

La masa de aire encerrada en la garganta va des-plazándose y expandiéndose gradualmente, de modotal que la poca masa de aire excitada con energía re-cibe una gran presión, la cual al llegar a la boca de labocina, disminuye, ya que hubo un aumento consi-derable de la superficie (aumentó la masa de aire quedebe ser excitada). En un parlante común se consi-guen rendimientos del orden del 5% mientras quecon una bocina se consiguen rendimientos de hastael 50%.

La curva de respuesta en frecuencia depende desu forma constructiva (figura 55) y por tal motivo selas fabrica a partir de tres formas básicas:

a) Bocina de Perfil Cónico.b) Bocina de Perfil Exponencial.c) Bocina de Perfil Hiperbólico.En las cajas acústicas suelen utilizarse bocinas de

sección transversal rectangular y no circular como selas construía en un principio. Se las usa como repro-ductor de tonos altos y además en estadios o localespúblicos (figura 56).

El problema principal que presentan las bocinases su gran tamaño que, aunque en parte se ha dismi-nuido, siguen presentando un gran volumen. *****

Figura 54

Figura 55

Figura 56


MEZCLADOR DE AUDIO EXPANSIBLE

Este mixer presenta características excelentes pa-ra trabajos de poco porte como ser la edición caserade programas de audio, fiestas o realización de pro-gramas grabados, etc. La respuesta es lineal en labanda audible, y los micrófonos son de baja impe-dancia, de 100Ω, que pueden usarse en forma direc-ta sin necesidad de preamplificadores, ya que el cir-cuito tiene una ganancia bastante buena, del orden de35dB. La salida posee un nivel de señal suficiente-mente alto para excitar a la mayoría de los amplifi-cadores comunes de potencia. La alimentación seefectúa a partir de una tensión de 12V, pero con con-sumo de corriente bastante bajo, lo que hace posibleaprovechar las fuentes de los amplificadores aunquepuede usarse una fuente independiente. Para mayorversatilidad de operación, describimos el montajecon potenciómetros deslizantes, pero en una versión

económica pueden usarse potenciómetros comunes.Otra característica importante en este proyecto es eluso de transistores, que facilita las cosas a los lecto-res con menos experiencia en integrados, si bien sudesempeño es similar al de los circuitos más elabo-rados. El circuito mostrado en la figura 1 tiene 3 ca-nales de mezclado que tienen una sola salida para laversión monofónica. Para una versión estéreo bastamontar dos unidades y alimentar con una sola fuen-te: tendremos entonces 3 canales de entrada para ca-da canal de salida.

Cada entrada lleva un transmisor amplificador deentrada en la configuración de emisor común, es de-cir, la señal se aplica en la base del transistor vía ca-pacitor y es retirada de su colector vía capacitor. Eltransistor tendrá una ganancia determinada básica-mente por la relación que existe entre el resistor debase, alterarse específicamente, para cambiar las ca-racterísticas del aparato.

MONTAJES

DE AUDIO

Figura 1

MONTAJES


Usamos el transistor BC549 en esta etapa de en-trada porque este tipo tiene bajo nivel de ruido y al-ta ganancia. Pueden usarse entonces fuentes de pe-queña intensidad, sin problemas, como micrófonosdinámicos, cápsulas cerámicas, etc.

Cada etapa de amplificación envía la señal al po-tenciómetro deslizante que controla la intensidad demezcla. Los potenciómetros regulan qué porción deseñal mezclan.

Las señales mezcladas se juntan en una sola des-pués de los potenciómetros y se llevan a un amplifi-cador con dos transistores, también en la configura-ción de emisor simple. La expansión para más cana-les, hasta 5 ó 6, no afecta la impedancia de entradade la última etapa del circuito, de manera que puede

efectuarse sin problemas. La fuente de alimentaciónde 12V puede ser cualquiera, mientras esté bien fil-trada y regulada.

Los potenciómetros son lineales deslizantes de100kΩ. Una posibilidad para la versión estéreo quehace dependientes los ajustes de entrada es el uso depotenciómetros dobles, pero en este caso la placa de-be volver a proyectarse.

Es muy importante que los cables de entrada ysalida de señal del "mixer" sean blindados para queno se capten zumbidos o realimentaciones que afec-ten la calidad del sonido.

Para la prueba del circuito, conecte las salidas del"mixer" a las entradas auxiliares de un amplificadorde potencia. En las entradas deben conectarse las

fuentes de señales que de-see.Coloque inicialmente lospotenciómetros todos paraabajo (mínimo) y conectelas alimentaciones de to-dos los aparatos. El ampli-ficador debe estar en volu-men no muy alto.Accione cada potenció-metro individualmente pa-ra verificar su acción en laentrada de señal corres-pondiente. Si lo desea,marque los puntos en queempieza a haber distor-sión por sobreexcitaciónde cada canal para no so-brepasarlos. Si hay distor-sión baje el valor de la re-sistencia de colector conel objeto de poder utilizartodo el recorrido del po-tenciómetro. En la figura2 mostramos nuestra ver-sión de circuito impreso.

AMPLIFICADOR DE

750W PMPOEl amplificador (con el in-tegrado con disipador),entrega una potencia cer-cana a los 50W con exce-lente fidelidad, alcanzan-do una temperatura deunos 60˚C, razón por lacual es recomendable em-plear un pequeño ventila-

Figura 2

Figura 2

MONTAJES


dor si se lo va a emplear a plena potencia. El inte-grado posee tres protecciones internas. La primeraprotección sirve para limitar la potencia máxima delos transistores de salida, la segunda protección “blo-quea” el funcionamiento del integrado cuando latemperatura de la carcasa supera los 70˚C y la terce-

ra protección impide que el integrado se inutilice encaso de que se cortocircuite la salida accidentalmen-te. Por otra parte posee un cicuito de “muting” quehace que el integrado funcione cuando todos loselectrolíticos estén cargados, esto evita ruidos moles-tos cuando se pone en marcha el equipo. La tensiónmáxima de alimentación es de ±30V, la corriente dereposo es de unos 70mA y la corriente a plena cargacon una impedancia de salida de 4Ω es de 1,3A. Ladistorsión total a media potencia es inferior a 0,15%.R1 provee al circuito la impedancia de entrada apro-piada, mientras que C2 es un filtro para las señalesde RF que pudieran estar presentes en el conector deentrada, de esta manera, la señal desde el preamplifi-cador se aplica a la pata 5 del circuito integrado. C3y R2 se utilizan para generar el efecto de “muting”que impide que se escuche el clásico “toc” cuando seenciende el amplificador. R4 y C6 cumplen la fun-ción de mejorar las características del amplificadorcon el objeto de obtener una mayor potencia de sali-da, menor disipación de calor y mayor ganancia. Enlas figuras 3 y 4 vemos el circuito eléctrico delamplificador y su respectivo circuito impreso.

Figura 4

Figura 3

MONTAJES


AMPLIFICADOR DE BAJO RUIDO

Y VÚMETRO A LEDS

En varias oportunidades he comentado que másque un diseñador de equipos electrónicos me consi-dero un aceptable intérprete de los manuales de com-ponentes suministrados por las empresas, dado quesuelo utilizar los circuitos sugeridos en las hojas dedatos para comenzar con elproyecto de un circuito enparticular. También empleolos montajes que nos hacenllegar nuestros lectores, co-mo “ideas” que me permitenobtener circuitos de mejordesempeño.

El proyecto que presenta-mos surge como una modifi-cación de un circuito enviadopor el lector Victor Húmeda,quien armó un montaje simi-lar para obtener una salida depotencia para su guitarraeléctrica. Al consultar las ho-jas de datos del LM382, mesorprendió el excelente “re-chazo” que puede presentar aseñales de baja frecuencia, locual me dió la idea de modi-ficar el filtro de entrada conel objeto de obtener una uni-dad que presente muy bajoruido a las señales de la redeléctrica, ya que éste es unproblema al que suelen en-frentarse los músicos que in-terpretan este instrumento.

El circuito de la figura 6consiste en un amplificadorpara guitarra eléctrica deunos 5W de potencia de sali-da (más de 70W PMPO) queemplea uno de los dos ampli-ficadores, operaciones demuy bajo ruido que trae elcircuito integrado LM382 yposee un vúmetro a leds co-mandado por un LM3915que, de alguna manera, es unindicador de la potencia desalida.

La señal procedente delcaptor de la guitarra eléctrica

se aplica a la pata no inversora del amplificador ope-racional, teniendo la precaución “de no conectar lapata inversora”, ésta queda flotante debido a que, po-siblemente, el operacional tenga una referencia demasa internamente. Nosotros hemos probado con lacolocación de un resistor de 1MΩ conectado a masay el desempeño no varió mucho, las característicasrecién comenzaron a alterarse cuando el valor de di-cho resistor era inferior a los 470kΩ.

Figura 5


El circuito no reviste consideraciones especiales,sólo debe tener la precaución de no modificar en de-masía el circuito impreso mostrado en la figura dadoque, por ser un circuito experimental, no aseguro losresultados si se emplea otra configuración. Con rela-ción al vúmetro a leds, he tenido algún problema pa-ra encontrar una calibración conveniente pero, conlos valores dados en el diagrama los resultados fue-ron aceptables. Cabe aclarar que más que un vúme-tro es un medidor de la potencia de salida de nuestroamplificador dado que la cantidad de leds que se en-cenderán dependerá del volumen del amplificador, elcual se puede regular por medio del resistor R2. SiUd. prefiere, puede colocar un potenciómetro comoR2 ya que con él podrá regular el volumen del equi-po. En la figura 5 damos nuestra versión de circuitoimpreso.

PREAMPLIFICADOR UNIVERSAL

En la figura de 7 puede observarse el esquemaeléctrico de este proyecto. La ganancia de la etapa de

entrada, diseñada alrededor de A1, puede variarseentre 10 y 20 mediante el potenciómetro de ajusteP1. El nivel de 0dB a la entrada es de 50mV. La im-pedancia y capacidad de entrada son 56kΩ y 47pF,respectivamente, para permitir la conexión directa dela mayoría de los reproductores de CDs y casetes. Lasección de control de tonos es una de tipo Baxandallestándar. Los potenciómetros P3 y P4 tienen comofinalidad el control de bajos y agudos, respectiva-mente.

En la figura 8 damos nuestra versión de circuitoimpreso.

El consumo de corriente del preamplificador esreducido; sólo unos 10mA. Cuando el circuito estécorrectamente balanceado, los puntos de medida de-ben estar a una tensión cercana a la de masa. En elcaso de que se quiera obtener un preamplificador es-téreo, habrá que duplicar el circuito.

Si bien el TCL272 es fácil de conseguir, puedeemplear dos integrados independientes con entradafet, como el LF356, para lo cual deberá cambiar ellay-out del impreso.

Figura 6

MONTAJES

MONTAJES


Figura 7

Figura 8

MONTAJES


Ecualizador de 3 Bandas

Los recursos electrónicos que modifican la curvade respuesta de un sistema de sonido pueden ser úti-les en diversos ca-sos, como por ejem-plo cuando se deseael realce de un ins-trumento, el trabajocon la voz humanao, incluso, la obten-ción de efectos es-peciales en un am-biente de ciertaspropiedades acústi-cas. Los boosters ylos ecualizadoresgráficos son dosejemplos.

Antes de descri-bir nuestro sistemay hablar de sus ven-tajas, debemos decirqué es un ecualiza-dor paramétrico.

Un ecualizadorpermite alterar elancho de la bandapasante de audio,

que es aplicada a la entrada de un amplificador y lue-go reproducida. Centralizando esta banda en los me-dios podemos tener un realce especial para la voz hu-mana y modificar completamente el timbre de cier-

Figura 9

Figura 10

MONTAJES


tos instrumentos. Esto significa que, intercalando unecualizador entre una fuente de señal y un amplifica-dor, podemos modificar sensiblemente el timbre y lapredominancia de ciertos instrumentos.

Una señal de audio está compuesta por la sumade señales senoidales de frecuencias múltiples (Fou-rier). La proporción en que estas frecuencias apare-cen determina la forma de onda de la señal y, por lotanto, la característica conocida por timbre.

Modificando la forma de onda de esta señal, porel bloqueo de ciertas armónicas de frecuencias másbajas y más elevadas que un cierto valor, modifica-mos también el timbre.

En la figura 10 tenemos un filtro activo con am-plificadores operacionales (3), cuyo factor de calidad(Q) que determina su selectividad, puede ser altera-do por la acción sobre potenciómetros. Los filtrosposeen dos valores de capacitores que permiten cen-tralizar la frecuencia de acción máxima (frecuenciacentral) en 1000 y 3000Hz aproximadamente. Claroque si desea utilizar más capacitores podrá emplearuna llave selectora de 2 polos y tantas posiciones co-mo capacitores tenga, y con esto obtener mayor ver-satilidad para su ecualizador.

El cuarto integrado (CI-4) es empleado como unbuffer para la señal.

La fuente de alimentación deberá ser simétrica de12 a 15V con excelente regulación y filtrado paraque no aparezcan ronquidos en la señal reproducida.

La impedancia de entrada del circuito es del or-

den de 10kΩ y la sensibilidad al-rededor de 100mV. En la salidaobtenemos una señal de aproxi-madamente 500mV con baja im-pedancia (150Ω), que permiteexcitar fácilmente la entrada dela mayoría de los amplificado-res, sin problemas.Para la fuente de alimentación,los reguladores pueden ser dota-dos de pequeños disipadores, yaque la corriente provista es baja.El ecualizador propuesto puedeconstruirse y comenzar a operaren tan sólo una hora. El circuitousa un amplificador operacionalde entrada JFET de bajo ruido,LF347 y algunos componentesexternos, como vemos en lafigura 9. Y en la figura 11 publi-camos el respectivo circuitoimpreso.La señal de audio se amplifica

en el primer operacional del circuito integrado y seenvía a las tres redes de separación de tono. Poten-ciómetros separados controlan las respuestas de gra-ves, del rango medio y de agudos. Luego las señalesde audio son mezcladas nuevamente por un segundooperacional y aplicadas al preamplificador externo.

Con agregar más bandas de control incluirá másredes. El circuito, tal como se muestra, está destina-do a una operación monoaural.

En la operación estéreo, para duplicar el circuito,simplemente use los dos operacionales restantes delIC1 (que no aparecen en la figura) y un potencióme-tro estéreo para controlar cada banda de frecuencia.

Medidor de Potencia de Audio

Proponemos el armado de un simple y reducidoindicador de potencia para salida de parlantes. Su pe-queño tamaño y su versatilidad de uso para diferen-tes potencias de salida hacen que sus posibilidadesde uso sean múltiples. Se lo puede instalar tanto enel gabinete del amplificador como en el baffle, conlo cual dispondremos en cada instante de una refe-rencia bastante aceptable de la potencia de salida denuestro equipo.

El circuito posee siete leds indicadores para la re-presentación de nivel de potencia que desarrolla ca-da módulo, con la posibilidad de "cambiar de escalade indicación" en función de nuestras necesidades.

Figura 11

MONTAJES


Para ellos se debe "configurar" una serie de puen-tes internos en función de la impedancia de salida denuestro amplificador y su potencia máxima. No ne-cesita alimentación externa ni interna, es decir, elequipo se alimenta de las señales de audio de nues-tro equipo de sonido. Esto permite reducir considera-blemene su tamaño y le permite al instalador, dispo-ner de una libertad que en mu-chos otros medidores no es posi-ble.

El prototipo está pensado pa-ra trabajar con impedancias deentrada, tanto de 4 como de 8Ω ycon potencias de salida que vandesde los 5W hasta los 200W.

El proyecto se ve en la figura12 y en la figura 13 vemos el cir-cuito impreso. No dispone deuna fuente de alimentación inter-na, tradicional en cualquier mon-taje, ni de conectores de entradaespecíficos para usos determina-dos (como ocurre con los pream-plificadores que poseen entradaspara diferentes prestadores de se-ñales, ya sea reproductor de CD,cinta, auxiliar, etc.), por lo quenos queda, como única fuente deenergía, la entrada de señal deaudio, como toma de tensión dealimentación.

R1 fija una impedancia deentrada similar a la de los parlan-

tes que podemos disponer en un equipo de música,realizando de esta manera, la adaptación de impe-dancias entre la salida de parlantes de amplificador yla entrada de nuestro medidor de potencia de audio.Posteriormente se hallan los puentes J1 y J2 que sonlos encargados de configurar nuestro medidor de po-tencia para cada una de las potencias de entrada y las

Figura 12

Figura 13

MONTAJES


diferentes impedancias de los parlantes, para lo cualpodemos recurrir a lo dado en la tabla 1. El montajede los diferentes puentes (J1 y J2) determinará lasensibilidad de equipo a las señales de entrada.

Así cuando tenemos montado J1, la señal del par-lante es rectificada por los diodos D1 a D4 y conver-tida a continua constante a través de los capacitoresC1 y C2. La función de dichos capacitores, aparte defijar la tensión, es la de evitar posibles "rebotes" enlos cambios de fase de la señal alterna que nos llegaa la entrada. De esta manera tenemos una tensióncontinua constante para la alimentación del circuito.El circuito integrado CI1 es un U247B, que está pen-sado para realizar el control de leds dentro de una de-terminada escala lineal. Así, este circuito es capaz decontrolar hasta un total de cinco leds colocados enserie, con lo cual se puede conseguir una corriente deexcitación de los diodos bastante reducida, ya que esla misma para todos, lo único que varía es la tensiónde control de dichos diodos. Los diodos leds L2 a L6no se iluminarán hasta que en la pata 7 de IC1 no sevayan superando, respectivamente, las tensiones de0,1V; 0,3V; 0,5V; 0,7V y 0,9V.

ZD2 es el encargado de fijar la tensión de refe-rencia, a partir de la cual comienzan a encenderse losleds. Así, el primer diodo led controlado por IC1 nose encenderá hasta que obtengamos una tensión dealimentación general del circuito de 6V, aproximada-mente. R2 y ZD1, por su parte, nos proporcionan latensión de alimentación de IC1 y fija un máximo de20V, que es la tensión del diodo zener. Así, cuando latensión rectificada por los diodos D1 a D4 supera los20V, DZ1 comienza a conducir y fija la tensión dealimentación en 20V. La resistencia R2 es la encar-gada de limitar la tensión que tenemos a la salida delos diodos rectificadores.

Tenemos siete diodos leds y el circuito IC1 sólocontrola cinco, por lo que necesitamos circuitos adi-cionales para controlar los dos leds que nos faltan.De esto se encargan T1, T3 y sus componentes aso-ciados, por una parte, y por otra, T2 con R8, ZD3 yZD4. Los dos primeros transistores, junto con D5 yD6, D7 y D8, R5, R6 y R7, forman dos fuentes decorriente constante de8mA, cada una, que nosdan los 16mA que se hanelegido como la corrien-te de activación del L1.T2 y sus componentesasociados son los encar-gados de la activaciónde L7 que no se produci-rá hasta que la tensión

de alimentación no haya alcanzado los 24V. Lostransistores T1, T2 y T3 tienen entre base y masa,dos diodos colocados en serie. Con ello, la tensiónentre dichos puntos va a ser constante cuando losdiodos estén en conducción. Si tomamos el ejemplode T1 o T2, la tensión entre base y masa deber ser de1,2V, aproximadamente. Al conducir los transistores,la caída de tensión entre base y masa se reparte entrela base y emisor del transistor y la resistencia R7 (oR8), es decir (Vbase-masa = Vb-e + VR7)

Como la tensión entre base y emisor es tambiénde aproximadamente 0,6V, nos queda que en R7 (oR8) tenemos una tensión fija de 0,6V, para poderigualar las tensiones de la otra rama. Con ello, la co-rriente de emisor queda fijada en 8mA, aproximada-mente. Una vez que hemos visto lo que sucede en elcircuito con el puente J1 colocado, veamos qué suce-de cuando montamos J2. En este caso, los capacito-res C1 y C2, así como los diodos D1 y D4, trabajancomo dobladores de tensión, con lo cual alcanzanmucho más rápidamente las tensiones de funciona-miento que veíamos con J1 colocado. Esto quiere de-cir que los diodos leds se activarán antes, o lo que esigual, hemos aumentado la sensibilidad de nuestromedidor de potencias (medirá una potencia máximamás baja, tal como vemos en la tabla 1).

El doblador de tensión opera de la siguiente ma-nera: los capacitores se cargan al máximo de la señalde entrada dando una tensión continua sobre la quese vuelve a superponer la tensión rectificada por losdiodos. Esto quiere decir que con una señal alternade, por ejemplo, 2V se puede obtener una tensióncontinua de 4V. En nuestro caso se traduce en unamanera más fácil de obtener la tensión de funciona-miento del circuito aumentando la sensibilidad delmismo, ya que el circuito responde a la excitacióncon menores señales de entrada.

Esta posibilidad nos permite obtener una segun-da escala de medidas de la potencia de audio de en-trada que junto a la posibilidad de trabajar con lasdos impedancias de entrada de 4 y 8Ω, nos aumentalas prestaciones del equipo con muy pocas variacio-nes del circuito. ****************

IMPEDANCIA POTENCIA MAX. J 1 J 2 ESCALADEL PARLANTE DEL AMPLIFICADOR4 250W SI NO 12 a 200W8 125W SI NO 6 a 100W4 100W NO SI 5 a 80W8 50W No SI 5 a 40W

Tabla 1

64086846 Curso Practico de Audio

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