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UniversidadNacionalMayor deSan MarcosDecana de AméricaLima Perú,2019Monografía “Amplificador de audio con salidadual”TÍTULO : Monografía “Amplificador conb salida dual”ALUMNO : Valeriano Muñoz, Erick HebertDOCENTE : Dr. Ing. Celso Ysidro Gerónimov HuamánAMPLIFICADOR DEAUDIO CON SALIDADOBLEAGRADECIMI...

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Decana de América Monografía “Amplificador de audio con salida dual” TÍTULO

:

b

Monografía “Amplificador con salida dual”

ALUMNO

:

Valeriano Muñoz, Erick Hebert

DOCENTE

:

Dr. Ing. Celso Ysidro Gerónimo

v

Huamán

Lima Perú, 2019

AMPLIFICADOR DE AUDIO CON SALIDA DOBLE

DEDICATORIA: Este trabajo se lo dedicó a mis padres con todo amor, ellos que siempre me alentaron a cumplir mis sueños y nunca rendirme, por el gran esfuerzo que pusieron en ayudarme a conseguir una educación de calidad.

AGRADECIMIENTO Gracias a mi facultad, por haberme permitido obtener los conocimientos para poder realizar el presente proyecto. Agradezco a mis profesores que fueron participes ya sea de manera directa o indirecta, fueron ustedes los responsables de poder haber obtenido saberes necesarios y fundamentales de electrónica para este proyecto.

INTRODUCCION La presente monografía se llevó a cabo a través de un plan de trabajo y diagnóstico, el cual nos proporcionó información para su desarrollo. En la vida diaria los amplificadores son usadores en diversos aparatos, el invento de los transistores reemplazo a los tubos de vacío, mejorando la amplificación, nuestra monografía está desarrollada en función de los amplificadores, pero aplicado al sonido. Actualmente existen diferentes clases de amplificadores, nuestra monografía se desarrollará en función del integrado LM7812 y los operacionales LM358 y TDA2003, estos son de características comerciales y de gran utilidad para amplificar el sonido adecuadamente. La presente monografía nos incluirá el análisis de los circuitos a usar como también las características de los componentes que se usarán. Se planteará diversos problemas que se presentaron en la realización del amplificador con salida doble.

ÍNDICE GENERAL Pág. DEDICATORIA

2

AGRADECIMIENTO INTRODUCCIÓN

3 4

CAPÍTULO I 8 MARCO TEÓRICO

8

FUENTE DE ALIMENTACIÓN ETAPA AMPLIFICADORA CAPÍTULO II

9

13

16

PLANTEAMINETO DEL PROBLEMA 16 PROBLEMA GENERAL

16

PROBLEMAS ESPECÍFICOS CAPÍTULO III

16

18

SOLUCIÓN DEL PROBLEMA 18 MATERIALES 18 ESQUEMA DEL CIRCUITO EMPLEADO 20 CAPÍTULO IV

21

PRESENTACIÓN DE LA SOLUCIÓN 21 ANÁLISIS DE DATOS 21 CAPÍTULO V

25

CONCLUSIONES CAPÍTULO VI

25

26

RECOMENDACIONES 26 BIBLIOGRAFÍA APÉNDICE 28

27

ÍNDICE DE FIGURA Pág. CAPÍTULO I 8 Figura 1.1: Comportamiento del voltaje

9

Figura 1.2: Transformador de núcleo de hierro

10

Figura 1.3: Circuito rectificador de onda completa 11 Figura 1.4: Circuito rectificador de media onda

11

Figura 1.5: Filtración de voltaje 12 Figura 1.6: Uso del diodo zener como regulador de voltaje

12

Figura 1.7: Uso de circuito integrado como regulador de voltaje 13 Figura 1.8: Funcionamiento de un amplificador CAPÍTULO II

15

16

Sin imágenes CAPÍTULO III

18

Figura 3.9: Transformador

18

Figura 3.10: Resistencias

18

Figura 3.11: Condensadores

18

Figura 3.12: Puente de diodos 19 Figura 3.13: Integrado LM7812 19 Figura 3.14 Amplificador operacional TDA1552Q

19

Figura 3.15: Parlante de 4 ohm20 Figura 3.16: Fuente de alimentación implementada en ORCAD 20 Figura 3.17: Etapa de amplificación implementada en ORCAD CAPÍTULO IV

21

Figura 4.18: Fuente de alimentación 21 Figura 4.19: Fuente de alimentación reducida

21

Figura 4.20: Voltaje de entrada 22 Figura 4.21: Voltaje de salida del transformador

23

20

Figura 4.22: Voltaje rectificado 23 Figura 4.23: Voltaje regulado

23

Figura 4.24: Circuito amplificador con el integrado TDA1552Q CAPÍTULO V

24

25

Sin imágenes CAPÍTULO VI

26

Sin imágenes BIBLIOGRAFÍA

27

Sin imágenes APÉNDICE 28 Figura 8.25: Diagrama de bloques del integrado LM7812 28 Figura 8.26: Características eléctricas del integrado LM7812

28

Figura 8.27: Características en corriente continua del integrado TDA1552Q 29 Figura 8.28: Características en corriente alterna del integrado TDA1552Q 29

CAPITULO I MARCO TEÓRICO: 1. Fuente de alimentación: Una fuente de alimentación es un dispositivo electrónico que convierte la corriente alterna (AC) en una o varias corrientes continuas (DC) que alimentan los distintos aparatos electrónicos al cual se conectan. Este dispositivo es el que se encarga de reducir el voltaje (mediante un transformador), posteriormente rectificando la corriente alterna en continua mediante un puente de diodos, para luego filtrarla con el usa de los condensadores electrónicos y finalmente regularla obteniendo así una salida de corriente continua.

Transformado

Rectificación

Filtración

AC Regulador de voltaje

DC

9

Figura 1.1 Comportamiento del voltaje Estas etapas se definirán a continuación: i.

Transformación: El transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferro magnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas

10

apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. En un transformador ideal se cumple las siguientes relaciones: Vp Np = Vs Ns Vp . Ip=Vs . Is

Figura 1.2 Transformador de núcleo de hierro ii.

Rectificación:

11

Un circuito rectificación es empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada en corriente de salida pulsante. Esta etapa normalmente está conformada por diodos, que se encargan de rectificar la señal sinusoidal de las tomas de corriente de uso convencional y suelen existir dos configuraciones, media onda y onda completa. El diodo, al conducir corriente en un sentido, permite tomar parte de la señal de entrada, en el caso del rectificador de media onda, solo se tomaría un semiciclo de la señal; el rectificador de onda completa toma ambos semiciclos.

Figura 1.3: Circuito rectificador de onda completa

Figura 1. 4: Circuito rectificador de media onda iii.

Filtración:

12

Esta etapa se usa para “alisar” las ondulaciones que nos deja la etapa anterior, con el fin de obtener una tensión más parecida a una constante (corriente continua). El método más usado para esta etapa es conectar un condensador en paralelo al puente de diodos. Para saber que condensador usar se usa la siguiente formula: C = (5 * I) / (f * Vmax) donde: 

C: Capacidad del condensador del filtro en faradios



I: Corriente que suministrará la fuente



f: frecuencia de la red



Vmax: tensión de pico de salida del puente (aproximadamente Vo)

Figura 1.5

Filtración del voltaje

iv.

Regulación: Esta etapa se encarga de reducir el rizado para obtener una tensión de salida exacta de la que queremos, la regulación se puede hacer con:

13



Diodo Zener: Es el regulador de tensión más sencillo. Consiste en una resistencia serie de entrada y el diodo zener en paralelo con la carga. La resistencia se encarga de absorber el voltaje que el zener no deja pasar.

Figura 1.6 Uso del diodo zener como regulador de voltaje 

Circuito integrado: Estos son reguladores lineales de baja potencia y eficiencia que permiten la regulación de voltaje ajustando la caída de tensión en un transistor entre la entrada y la salida. Esto implica que la tensión de entrada siempre ha de ser mayor o a lo sumo igual que la tensión deseada, además de disipar en forma de calor la energía que no es utilizada. Estos dispositivos suelen consumir energía aún sino existe carga a la salida.

Una

ventaja

es

la

poca

cantidad

de

componentes que necesitan para funcionar, siendo una solución económica respecto a los materiales. Uno de los circuitos integrados más comunes usados es el LM317.

14

Figura 1.7 Uso de circuito integrado como regulador de voltaje 2. Etapa amplificadora: Esta etapa se usa a la distorsión provocada por la anterior etapa, en esta la señal se amplifica disminuyendo en gran medida la distorsión, esta es controlada a través de un potenciómetro. Esta etapa también es llamada como etapa de potencia, debido a que se incrementa la amplitud de la señal de entrada mediante corriente de polarización. Debido a su gran diversidad, se mencionarán algunos tipos de ellos:  Amplificador de clase A: La corriente de polarización de salida del transistor es alta y constante, en bajas señales la distorsión es baja y su rendimiento es bajo.  Amplificador de clase B: Si no hay señal de audio, la corriente no circula, estos tipos de amplificadores son los más usados debido a su calidad de sonido potente.  Amplificador de clase AB:

15

Tiene una corriente de polarización constante, pero baja. Entre sus características más importantes es que presentan una distorsión menor a 0.01%  Amplificador de clase C: Trabaja para un ancho de banda estrecho, este tipo de amplificador es más usado para dispositivos de radiofrecuencia.  Amplificador de clase D: Estos tipos de amplificadores se usan para frecuencias bajas o menores de 10kHz.  Amplificador de clase G: Comparten características con los amplificadores de clase AB, pero su potencia es de menor tamaño. .

Figura 1.8 Funcionamiento de un amplificador

CAPÍTULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: En el quinto ciclo de la carrera de ingeniería electrónica, los estudiantes deben de tener conocimientos previos, en temas como amplificación, transistores y operacionales. En ese contexto, el doctor ingeniero Celso Ysidro Gerónimo Huamán indicó que en este ciclo debemos de realizar un amplificador con salida doble para poner en práctica nuestros conocimientos previos, indicando las principales características de este y el modelo de presentación de una monografía del trabajo a realizar. 1. Problema general: Un amplificador consta de 2 etapas: etapa de la fuente de alimentación y etapa amplificadora, estas etapas presentan diversos problemas para su acoplo. El doctor ingeniero Celso Ysidro Gerónimo Huamán dejó un modelo de circuito, en este se pueden hacer diferentes cambios según lo requiera el alumno. 2. Problemas específicos: i.

Es probable que la fuente de alimentación nos dé el voltaje deseado pero que no pueda suministrar corrientes mayores a 500mA.

17

ii.

La determinación del tipo de preamplificador y amplificador definirá la calidad de la señal a amplificar.

iii.

Un amplificador es medido por la potencia que suministra y calidad con la que suministra, la determinación de las resistencias y condensadores modificarán el circuito.

CAPÍTULO III SOLUCIÓN DEL PROBLEMA: Para solucionar el problema general y los problemas específicos se implementó el circuito de la figura 3.10 y 3.11 1. Materiales:  Transformador 30V y 2A:

Figura 3.9 Transformador  Resistencias de ¼ w (distintos valores):

Figura 3.10 Resistencias  Capacitores (distintos valores)

19

 Puente de diodos:

Figura 3.12 Puente de diodos  LM7812::

Figura 3.13 Integrado LM7812  TDA1552Q:

Figura 3.14 Amplificador operacional TDA2003

20

 Parlante de 4 ohm:

Figura 3.15 Parlante de 4 ohm 2. Esquema del circuito empleado: i.

Etapa de fuente de alimentación:

Figura 3.16 Fuente de alimentación implementada en ORCAD ii.

Etapa de preamplificación y amplificación:

21

Figura 3.17 Etapa de amplificación implementada en ORCAD

CAPÍTULO IV PRESENTACIÓN DE LA SOLUCIÓN: 1. Análisis de datos: i.

Fuente de alimentación:

Figura 4.18 Fuente de alimentación Debido a que son circuitos espejo se analizará solo un circuito:

Figura 4.19 Fuente de alimentación reducid

22

a) Teórico: 

Análisis de voltaje: Voltaje de entrada: V 1 rms=

220 V 220V =155.58 V = √ 2 1.414

Transformador V 2rms=

V1 = A=5 V2

155.58 V =31.116 V 5

Puente de diodo: V 3=V 2−0.7 V −0.7 V =31.116 V −0.7 V −0.7 V =29.716 V

Circuito integrado LM7812: Usando la configuración típica para el integrado obtenemos Vo=12 V ; Io=

12V =12 mA ;Po=12 mA ( 12 V )=0.144 1 KΩ

∴ Resistencia de salida 1 / 2 W b) Simulado: 

Voltaje de entrada:

23

Figura 4.20 Voltaje de entrada 

Transformador:

Figura 4.21 Voltaje de salida del transformador 

Rectificación:

Figura 4.22 Voltaje rectificado

24



Regulación:

Figura 4.23 Voltaje regulado ii.

Etapa de amplificación: a) Teórico:

Figura 4.24 Circuito amplificador con el integrado TDA1552Q Se usó un circuito equivalente para el integrado TDA1552Q.

CAPÍTULO V CONCLUSIÓNES: 1. Del capítulo 1 se concluye que los amplificadores de válvula en la industria musical son los más usados, pero no los otros tipos de amplificadores ofrecen otras alternativas. 2. Se creía conveniente usar un Darlington en la fuente de alimentación para así poder suministrar la suficiente corriente para los amplificadores, pero este dispositivo se obvio debido al uso del circuito integrado LM7812 y LM7812T. 3. Se concluye que el programa simulador “ORCAD” es de gran ayuda para estos circuitos, además nos ofrece otras herramientas. 4. El correcto uso de la datasheet de cualquier dispositivo generará facilidad en el cálculo de varias mediciones. 5. De la figura 4.10 se puede concluir que el operacional LM358 está en función de su resistencia de entrada en la entrada inversora y su resistencia de retroalimentación.

CAPÍTULO VI RECOMENDACIONES: 1. Se recomienda encarecidamente aprender el correcto manejo y funcionamiento de los diferentes dispositivos electrónicos (ya sea de medida o usados en experiencias). 2. Se recomienda verificar el estado de cada dispositivo, tanto, así como de los conectores para no tener inconvenientes en el armado del circuito. 3. El uso del simulador “ORCAD” es de gran ayuda para diversos circuitos y circuitos en PCB. Su uso es recomendado por el presente autor de esta monografía. 4. El organizarse antes de resolver un problema es la clave para resolverlo, para la realización de los cálculos teóricos en esta monografía el primer paso usado fue analizar las posibles soluciones, y elegir la más cerca de una posible respuesta. 5. Se recomienda conocer los pines de cualquier integrado y/u operacional antes de su uso para evitar confusión en el momento del armado y/o simulación.

BIBLIOGRAFÍA [1] Boylestad, R. (2010). Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. 10th ed. Rodolfo Navarro Salas

[2]

Floyd. (2008). Dispositivos electrónicos. 8va ed. Luis Miguel

Cruz Castillo

[3]

https://www.unioviedo.es/ate/alberto/TEMA_3_Amplificacion_Te

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https://cdn.rohdeschwarz.com/magazine/pdfs_1/article/219/spa

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[5]

http://www.claveaudio.com/el-mejor-amplificador-de-estado-

solido-jamas-creado-416.html

[6]

https://nmas1.org/news/2017/02/11/valvulas-transistores

[7]

http://blog.7notasestudio.com/preamplificadores-un-resumen/

[8]

https://www.proyectoelectronico.com/amplificadores-

audio/preamplificadores.html

[9]

https://www.ecured.cu/Etapas_Amplificadoras

Apéndice Apéndice A Datasheet del integrado LM7812:

Figura 8.25 Diagrama de bloques del integrado LM7812

Figura 8.26 Características eléctricas del integrado LM7812

29

Apéndice B Datasheet del integrado TDA1552Q

Figura 8.27 Características en corriente continua del integrado TDA1552Q

30

Figura 8.28 Características en corriente alterna del integrado TDA1552Q...