Amplificador.de.Audio

Ing. Jordan Israel Meraz Rojo, Código; 301339737, [email protected] Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada.

Página 1

AMPLIFICADOR DE AUDIO H-F

Jordán Israel Meraz Rojo [email protected]

ÍNDICE 1).-SÍNTESIS……………………………………………………………………………….…..2 2).-CIRCUITOS INTEGRADOS USADOS…………………………………….………….......2 2.1).-CIRCUITO INTEGRADO MONOLÍTICO LM3914………………………..……….2 2.2).- CIRCUITO INTEGRADO LM386 AMPLIFICADOR DE ENERGÍA LM386……..3 2.3).- CIRCUITO INTEGRADO MONO AMPLIFICADOR DE AUDIO TDA7056B.…..4 2.4).- AMPLIFICADOR OPERACIONAL TL084………………………………….……..4 3).- DIAGRAMA A BLOQUES DEL AMPLIFICADOR……………………..….…………...5 3.1).-ATENUADOR……………….………………………………….……………...……6 3.2).-PREAMPLIFICADOR………………………………………………….……..……..6 3.3).- DETECTOR DE PICOS……………………………….………………..…..............7 3.4).- PUERTA DE RUIDO…………..…….……………………….………………...…...8 3.5).-COMPRESOR………………………………………………………………...………8 3.6).-ECUALIZADOR…………………………………………………………….…..…...9 3.7).-MEZCLADOR…………...……………………….…………………..……..………11 3.8).-GENERADOR DE EFECTO DE ECO………………..……...................................11 3.9).-AMPLIFICADOR DE AUDIO………………………………….............................12 3.10).-DETECTOR DE NIVEL…………………………………………..……..………...13 3.11).-CIRCUITO CROSSOVER……………….….…………………………………….14 4).-AMPLIFICADOR DE AUDIO H-F…………………………………….…………………15 5).-RECOMENDACIONES………………………………………………….……………….16 6).-CONCLUSIONES………………………………………………………….……………...16 7).-REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ………………………………….………………...16


Página 2

1).-SÍNTESIS

De forma general, un amplificador es un dispositivo que, mediante la utilización de energía externa, magnifica la amplitud o intensidad de un fenómeno físico. Aunque el término amplificador tiene amplia utilización en el campo de la electrónica. Un amplificador electrónico es un dispositivo para incrementar la corriente, el voltaje o la potencia de una señal. El amplificador realizar esta función variando la relación entre la corriente y el voltaje sin variar la potencia (amplificador pasivo), como es el caso de un transformador. Otros tipos de amplificadores llamados amplificadores activos toman potencia de una fuente de alimentación y controlan la salida para hacer coincidir la forma de onda de la señal de entrada con la de salida, pero con una amplitud mayor. [1] El funcionamiento de este amplificador de audio procesar una señal de audio para que la señal de salida este limpia y de mayor amplitud, mediante 2 etapas de amplificación y otra etapa de puerta de ruido ó de purificación de ruido. La última etapa de este sistema es un crossover, en este la salida que requiere, para tener la señal transformada, separando sus altas, bajas y medias frecuencias. Lo difícil de este proyecto es encontrar un buen acoplamiento de impedancias entre las etapas; es necesario tomar en cuenta el nivel máximo de salida de la etapa anterior y el nivel máximo y mínimo necesario para que la etapa siguiente funcione

2).- CIRCUITOS INTEGRADOS USADOS. (2.1) CIRCUITO INTEGRADO MONOLÍTICO LM3914 El LM3914 es un circuito integrado monolítico que los niveles voltaicos análogos de los sentidos y conducen 10 LED, proporciona una exhibición análoga lineal. Un solo perno cambia la exhibición de un punto móvil a un gráfico de barras. La impulsión actual a los LED es controlada y programable, elimina la necesidad de resistores. Esta característica realiza la operación del sistema entero de menos que 3V. El circuito contiene su propia referencia ajustable y divisor exacto del voltaje de 10 pasos. El almacenador intermediario conduce 10 comparadores individuales referidos al divisor de la precisión. La flexibilidad fue diseñada en el LM3914 para agregar regulador, alarmar visual, y funciones amplia la escala encendido al sistema de visualización. El circuito conduce los LED de muchos colores, o las lámparas incandescentes de poca intensidad. Muchos LM3914 se pueden “encadenar” para formar exhibiciones de 20 sobre a 100 segmentos. Ambos extremos del divisor del voltaje están externamente disponibles para poder hacer 2 conductores en un metro. [2]


Página 3

Figura 1 Circuito Integrado LM3914

2.2).- CIRCUITO INTEGRADO LM386 AMPLIFICADOR DE ENERGÍA El LM386 es un amplificador de energía de fabricación para el uso del consumidor de la baja tensión. El incremento interno se fija a 20 para mantener cuenta externa de la parte baja, pero la adición de un resistor y de un condensador externos entre los pernos 1 y 8 aumentará el aumento a cualquier valor a partir del 20 a 200.Las entradas son de tierra establecidas mientras que los diagonales de la salida automáticamente a una mitad del voltaje de fuente. La tierra física tiene 24 mili vatios de energía, al funcionar desde una fuente de 6 voltios, haciendo el LM386 ideal para el funcionamiento por batería.[3]

Figura 2 Circuito Integrado LM386 Amplificador de Energía


Página 4

2.3).- CIRCUITO INTEGRADO MONO AMPLIFICADOR DE AUDIO TDA7056B El TDA7056B es un mono amplificador hecho salir Puente-Atado de la carga BTL (Bridge-atado de carga) con control de volumen de la C.C. Se diseña para el uso en la TV y monitores, pero es conveniente para batería de alimentación en los registradores y las radios portátiles. El dispositivo contiene en 9 pines. Un limitador de corriente actual que falta MCL (Falta el limitador de corriente) se construye adentro. Se activa el circuito de MCL (Falta el limitador de corriente) cuando la diferencia en corriente entre la terminal de salida de cada amplificador excede 100 mA (300 mA). Este nivel de 100 mA permite los usos del auricular. [4]

Figura 3 Circuito integrado mono amplificador de audio TDA7056B

2.4).-AMPLIFICADOR OPERACIONAL TL084 La familia del amplificador operacional de JFET-INPUT del TL08x es diseñado para ofrecer una selección ancha que predecesores. La familia operacional de desarrollo del amplificador. Cada uno de estos amplificadores operacionales de JFET-INPUT se incorpora a el transistor de efecto de campo de unión de voltaje, alto y los transistores bipolares en un circuito integrado monolítico. El offset y las opciones externas de compensación están disponibles dentro de la familia del TL08x. Los dispositivos de C-Suffix se caracterizan para la operación de 0 ° C para 70 ° C. Para la operación de – 40 ° C para 85 ° C. Los dispositivos de Q-Suffix se caracterizan para la operación de – 40 ° C para 125 ° C. Los dispositivos de M-Suffix se caracterizan para la operación sobre el rango completo de temperatura de – 55 ° C para 125 ° C. [5]


Página 5

Figura 4 Circuito amplificador operacional TL084

3).- DIAGRAMA A BLOQUES DEL AMPLIFICADOR

Figura 5 Diagrama a bloques del amplificador


Página 6

3.1).-ATENUADOR. Es la primer etapa del sistema, Vin ó señal de entrada pasa directamente por un capacitor de acoplo que sirve para impedir que la señal de CD proveniente de la fuente, saturé al LM386. El siguiente dispositivo eléctrico al paso de la señal es un potenciómetro, con el que se controla la magnitud de la corriente de la señal a la entrada del LM386, referencia [6]. El atenuador permite controlar la magnitud de la señal de entrada, evita una posible saturación del preamplificador y las etapas que le siguen. Aunque el LM386 tiene una ganancia de realimentación de lazo abierto de 50 V/V. Con la mínima atenuación de señal (máxima magnitud de corriente de señal), se produce una señal lo suficientemente fuerte como para excitar un altoparlante de 4 Ohms.

Figura 6 Atenuador

3.2).-PREAMPLIFICADOR.

Seguido del atenuador el preamplificador es la segunda etapa del sistema de audio; esta etapa asegura un nivel de señal óptimo para que procese por la siguiente etapa. [6] Puesto que se espera que el sistema funcione con señales verdaderamente pobres, de magnitudes del orden de los microvolts (como lo que esta a la salida de un micrófono), la función combinada del preamplificador y el atenuador (con mínima atenuación, significa, funcionando como otro preamplificador), se traducen en una ganancia de 2500 V/V. Suficiente ganancia para funcionar con otros tipos de transductores con señales de salidas aun menores que las de un micrófono común.

El funcionamiento del circuito es básico, opera con un LM386 con ganancia de 50 V/V, la falta de una resistencia de retroalimentación y la característica de este circuito permiten este funcionamiento.


Página 7

Figura 7 Preamplificador 3.3).-DETECTOR DE PICOS. Es un indicador luminoso, que advierte que la señal que esta en proceso, sobrepasa un límite de trabajo. Esto significa que el valor de la señal es grande a la salida del preamplificador y saturar la siguiente etapa ó que se pierde información [7]. La solución de este problema es disminuir la intensidad de la señal desde el atenuador hasta que el detector de picos deje de censar saturaciones a la salida del preamplificador. El circuito funciona con dos Amplificadores operacionales con ganancia de lazo abierto, es decir que el valor de su salida variara entre +Vcc y –Vcc, en este caso 5 a 0 volts. Los dos potenciómetros ofrecen una ventana de voltaje, en la que se compara la señal de entrada, y los operacionales deciden, según su configuración, si se ha alcanza un nivel mayor de lo ideal.

Figura 8 Detector de picos


Página 8

3.4).-PUERTA DE RUIDO La finalidad de una puerta de ruido pura es la de enmudecer las señales con poco volumen. La mayoría de las puertas permiten la posibilidad de cerrarse parcialmente, introducen cierta atenuación en vez de cerrarse del todo, referencia [6]. Existen diversas razones por las que puede hacerse necesario el uso de una puerta de ruido. En aplicaciones de grabación, se usan para eliminar el ruido de fondo en los momentos en que el instrumento o voz no produce señal (en los silencios, o bien antes de comenzar el tema y después de terminar éste). En aplicaciones de sonido en directo son menos necesarias desde el punto de vista del ruido de fondo, puesto que el siseo del sistema no es un problema cuando el sistema está en función. Para aplicaciones de refuerzo de sonido se tienden a usar con la finalidad de que no se cuelen el resto de los instrumentos en un micrófono que no se usa. Las aplicaciones sofisticadas de microfónica de una batería hacen uso de puertas de ruido para evitar que recoger el sonido de unas percusiones con el micrófono que no son del mismo. Las puertas de ruido no eliminan el ruido, lo "esconden", puesto que lo atenúan cuando es evidente (en los silencios), para pasar cuando está enmascarado por la señal.

Figura 9 Puerta de ruido 3.5).-COMPRESOR.

El compresor es un procesador al que indicamos a partir de que nivel queremos atenuar la señal, y además decirle en que porcentaje. El limitador no es más que un compresor que atenúa un 100%, o lo que es lo mismo, un "infinito:1", esto es, todo lo que pase del nivel que le indicamos nos lo reduce hasta ese nivel y no permite que nada lo supere, referencia [6].


Página 9

El compresor impide que el valor de la señal sobrepase de ciertos valores, es decir, que mantiene la señal a un límite de amplitud. Los diodos en la etapa de retroalimentación junto con la resistencia de 100K determinada este comportamiento. Cuando la señal en la etapa de salida adquiere tal magnitud tanto positiva como negativa como para polarizar en forma directa a cualquiera de los dos diodos el circuito se convierte en un seguidor de voltaje, y la señal en la etapa de entrada deja de ser amplificada.

Cuando la señal se acerca lo suficiente al voltaje de encendido del diodo (0.3V para diodos de germanio y aproximadamente 0.7V para diodos de silicio), este se empieza a comportar como un corto circuito, y el sistema se comporta como un seguidor de voltaje, es decir deja de amplificar la señal y la mantiene en un rango aproximado de 1.2V a -1.2V. Este rango se explica por la amplificación que alcanza a tener la señal pues la respuesta de los diodos de silicio es relativamente lenta.

Figura 10 Compresor

3.6).-ECUALIZADOR

Es un sistema relativamente sencillo, por medio de bobinas y capacitores, se logran separar señales de altas, medianas y bajas frecuencias. Cada una de estas frecuencias es amplificada o atenuada en forma independiente por medio de amplificadores operacionales. En este caso se uso el TL084. En la parte final del circuito, los altos, medios y bajos son mezclados y enviados a la siguiente etapa, referencia [6].

El filtro para separar las frecuencias es sencillo, consiste en colocar en serie un inductor para las frecuencias bajas; un inductor y un capacitor en seria para las frecuencias medias y un capacitor en serie para las frecuencias altas. Las fórmulas del cálculo son:


Página 10

12 f

ZLPASABAJOS π

= = 2.5mH (1)

22 f

ZLPASAMEDIOS π

= =0.25mH (2)

12

1Zf

CPASAMEDIOS π= =40 Fµ (3)

22

1Zf

CPASAALTOS π= =4 Fµ (4)

Las frecuencias de cruce se establecen en 500Hz y 5000Hz. La calidad de los filtro dependerá mucho del factor Q de los inductores, a mayor Q mayor respuesta en frecuencia.

Pasados los filtros, las tres señales pasan cada una por diferentes potenciómetros, que tienen como fin incrementar ó disminuir la intensidad de la frecuencias que pasan por el hacia el Amp. Op. Finalmente las tres señales (0-500Hz, 500Hz-5000Hz y 5000Hz hasta frecuencias audibles) bajos, medios y altos se suman en un mezclador.

Figura 11 Ecualizador


Página 11

3.7).-MEZCLADOR El mezclador es un dispositivo capaz de sumar dos ó más señales en un solo canal, como se aprecia en el diagrama, el circuito es un amplificador operacional configurado para trabajar como un sumador inversor con ganancia unitaria. El número de canales en este caso es de dos, pero si se requiere mezclar mas señales solo es necesario agregar un mayor número de resistencias en la entrada inversora, referencia [6].Las dos entradas de señal Vin CH1 y Vin CH2, están acopladas por medio de un capacitor de 10 microfaradios cada uno. Posteriormente por cada canal tenemos una resistencia de 10kohm, que delimitan la entrada de corriente al amplificador operacional que funciona como sumador.Es aconsejable que los valores de estas resistencias sean idénticos, pero una buena opción para manipular las señales a mezclar es usar potenciómetros en lugar de resistencias fijas; con esto se puede sobreponer una ó varias señales al resto.La resistencia de realimentación entre el pin de entrada (2) y el pin de salida (1) brinda el nivel de amplificación deseado.

Figura 12 Mezclador

3.8).-GENERADOR DE EFECTO DE ECO El generador de eco es un circuito RC y un sumador o mezclador de señales. El circuito RC es un retraso de señales, la señal se retrasa con respecto de la original por un factor RC, se puede incrementar el valor de retardo con mayores valores de condensador y/o de la resistencia, ó bien incrementando el numero de redes RC. El amplificador suma las dos señales, una proveniente de la red RC y la otra, la misma señal pero proveniente de la fuente, el efecto es que se agrega un eco a la señal original, referencia [6].La señal proveniente de la red de retraso y de la fuente original, se suman en el amplificador operacional TL084CN, idealmente la ganancia de amplificación es aproximadamente igual a 1.


Página 12

Se pueden conseguir distintos tiempos de retardos sustituyendo las resistencias fijas de 100Kohm por potenciómetros variables y/ó un capacitor variable. También se puede incrementar este efecto multiplicando el número de circuitos RC.

Figura 13 Generador de efecto de eco

3.9).-AMPLIFICADOR DE AUDIO Se considera la última etapa del sistema de audio, donde la señal es procesada por un dispositivo activo. La resistencia de 22 Kohms sirve como control de volumen. El TDA7056B es un mono amplificador de la salida de BTL con el control de volumen de la C.C., se usa en la TV y el monitor, los registradores y las radios portátiles. En la C.C. convencional el volumen circula el control o la etapa de la entrada es CA junta a la etapa de la salida vía los condensadores externos para mantener el voltaje compensado bajo. En el TDA7056B la etapa del control de volumen de la C.C. se integra en la etapa de la entrada para no requerir condensador de acoplador. Con esta configuración, un voltaje compensado bajo se mantiene y el punto bajo mínimo del restos del voltaje de fuente. El principio de BTL ofrece las ventajas siguientes: un valor máximo más bajo del · del · actual de la fuente la frecuencia de la ondulación en el voltaje de fuente es dos veces la frecuencia de la señal. Por lo tanto, una fuente de alimentación reducida con condensadores más pequeños puede ser utilizada que da lugar a reducciones de costes. Para los usos portátiles hay una tendencia de disminuir el voltaje de fuente, dando por resultado una reducción de la energía de la salida en las etapas convencionales de la salida. Usar el principio de BTL aumenta la energía de la salida. El aumento máximo del amplificador es fijo en DB 40.5. La etapa del control de volumen de la C.C. tiene una característica logarítmica del control. Por lo tanto, el aumento total puede ser controlado a partir de DB el 40.5 a DB -33. Si el voltaje del control de volumen de la C.C. baja debajo de 0.4 V, el dispositivo cambiará al modo mudo. El amplificador es prueba del cortocircuito a moler, VP y a través de la carga. También un circuito termal de la protección se pone en ejecución. Si se levanta la temperatura cristalina arriba el °C +150 el aumento será reducido, de tal modo reduciendo la energía de la salida. La atención especial se da a los


Página 13

tecleos switch-on y del interruptor-apagado, a la radiación baja del HF y a una buena estabilidad total. La disipación de la energía asume VP = 12 V; RL = 16 W. La disipación máxima de la onda del seno es = 1.8 W. El vj-a de Rth del paquete es 55 K/W. Por lo tanto Tamb (máximo) = 150 - °C 55 ' 1.8 = 51.

Figura 14 Amplificador de audio

3.10).-DETECTOR DE NIVEL Este circuito indica el nivel de amplitud que alcanza la señal en forma luminosa. Un nivel máximo de amplitud equivale a todos los leds encendidos. El funcionamiento del LM3914 se basa en un arreglo de amplificadores operacionales cada uno responde a diferentes magnitudes de amplitud de la señal [7]. Un convertidor análogo a digital es un circuito que tiene una línea de entrada análoga y n líneas de salida digitales. Genera el código binario que es proporcional a la entrada de voltaje análoga. Todos los ADCs requieren al menos un comparador análogo, un elemento que acepte dos entradas análogas de voltaje y produzca una salida digital. Diferentes tipos de convertidores análogos a digital con desarrollo a través del tiempo. Los populares son el de rampa o escalera y el de aproximaciones sucesivas. El ADC contador de rampa es el más lento y simple de los ADC secuenciales. El registro de resultados es un contador de n bits que se pone en cero al comenzar la conversión. Mientras la salida del convertidor DAC sea menor que la entrada analógica, al contador se le permite seguir contando. Cuando la salida del DAC sea mayor que la entrada analógica el contador se detiene, su valor almacenado es el resultado. Esta técnica requiere un máximo de 2n pasos para realizar la conversión de n bits. En esta las técnicas secuenciales el tiempo que toma cada paso mayor que el tiempo de estabilización del control digital, del DAC y del comparado.


Página 14

Figura 15 Detector de nivel

3.11).-CIRCUITO DE CROSSOVER

Este es un circuito pasivo. El capacitor C11 bloquea el paso de señales de frecuencia media y baja, admite frecuencias altas (filtro pasa altas). El inductor L1 bloquea el paso de señales de frecuencia media y alta, admite frecuencias bajas (filtro pasa bajas) [6]. El arreglo en serie del capacitor C10 y L2 bloquea el paso de señales de frecuencia altas y bajas, admite frecuencias medias (filtro pasa banda).El filtro para separar las frecuencias se basa en el mismo funcionamiento que el visto en el circuito ecualizador. Donde f1 es la frecuencia de cruce de bajos y medios, f2 es la frecuencia de cruce de medios y altos. Las frecuencias de cruce se establecen en 500Hz y 5000Hz. Las fórmulas del cálculo son las mismas ya mencionadas (1) (2) (3) (4)

Figura 16 Crossover


Página 15

4).-AMPLIFICADOR DE AUDIO H-F

GAIN-IN+INGND VOUT

VSSBYPASS

GAIN1

U1

LM386

5VVCC

50%1kOKey=A

R2

1kO

1uF

DIODE_VIRTUAL

50%1kOKey=A

1

2

3

OPAMP_3T_VIRTUAL

DIODE_VIRTUAL

SIGNAL OUTPUT VOLTAGE ( 0--VCC

SIGNAL INPUT

5VVCC

GAIN-IN+INGND VOUT

VSSBYPASS

GAIN1

U3

LM386

100kO

5V

VCC

100kO

100kO

1

2

3

U4

OPAMP_3T_VIRTUAL5V

VCC

1kO

10nF

50%

1uF

1uF

AJUSTE

3

2

114

1

TL084CD

5

6

114

7

TL084CD

10

9

114

8

TL084CD

12

13

114

14

TL084CD

50%

5VVCC

50%

5VVCC

50%10kOKey=A

Signal output

medios bajos altos

IN1

IN2

-VsOUT+Vs

U6

TDA2030

IN1

OUT1

U7

boci

5VVCC

1

2

VCC

0

0

0

3

2

40

52

0

6

VCC

17

8

VCC

11

12

13

14

15VCC

16

2

7

18

0

VCC

19

20

0

21

22

28

23

24

25

26

27

VCC

15

VCC

29

0

31

32


Página 16

5).-RECOMENDACIONES Con este proyecto, como se menciona en las etapas, procesa una señal para tener mayor eficiencia; lo desfavorable, es que no se obtiene a la salida de cada etapa la señal deseada, por lo cual al hacer este proyecto se le recomienda el de usar los valores de resistencias exactos, tolerancia 1% de error, los capacitores se recomienda usar de tantalium, que son los mas exactos del mercado. Tiene un manual para implementar este sistema de audio con la explicación de cada etapa y que ganancias y valores de voltaje se requieren para pasar de una etapa a otra, para obtener, lo mas cercano posible, el 100% de efectividad. 6).-CONCLUSIONES Este amplificador resulta ser útil en el área del sonido para un sistema de entretenimiento en casa ya que se tienen buenos efectos del mismo ya que se controla cada efecto. En general la implementación de este amplificador seria de gran utilidad ya que todos los sistemas que lo conforman se encuentran bien para que cada uno realice su función especifica para generar y amplificar una señal y a su vez reproducirla lo mas fiel posible 7).-REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Ligas de internet. http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador [2]Ligas de internet. http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/L/M/3/9/LM3914.shtml [3] Ligas de internet. http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/L/M/3/8/LM386.shtml [4] Ligas de internet. http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/T/D/A/7/TDA7056B.shtml [5] Ligas de internet. http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/T/L/0/8/TL084.shtml [6] Libro: Audiociclopedia I - H. M. Tremaine. H. W. Sams 1977 [7] Manual de diseño con electrónica integrada

Amplificador.de.Audio

Documents

amplificador de audio

trmino amplificador

amplificador electrnico

potencia amplificador

amplificador operacional

circuito crossover

nivel mximo de salida

etapa de puerta