51
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

MONOGRAFIA AMPLIFICADOR

Embed Size (px)

DESCRIPTION

CE II

Citation preview

CIRCUITO AMPLIFICADOR DE LA RADIO

CIRCUITO AMPLIFICADOR DE LA RADIOALUMNA: Camasca Tijero, Rosa Haydee (12190213)PROFESOR: Celso Gernimo Huamn

CIRCUITO AMPLIFICADOR DE LA RADIOALUMNA: Camasca Tijero, Rosa Haydee (12190213)PROFESOR: Celso Gernimo Huamn

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENERA ELECTRNICA Y ELCTRICA15CIRCUITO AMPLIFICADOR DE LA RADIOALUMNA: Camasca Tijero, Rosa Haydee (12190213)PROFESOR: Celso Gernimo Huamn

Dedicatoria:A mis padres que me dieron su apoyo en todo momento para culminar este trabajo.

INTRODUCCIN

Orcad es un software para automatizar el diseo de circuitos electrnicos, su principal mbito de aplicacin es el diseo de circuitos impresos y la simulacin de esquemticos.El siguiente trabajo realizado trata sobre el diseo e impresin de un circuito amplificador de radio en el programa Orcad, as como tambin la presentacin en fsico de dicho diseo.El diseo de circuito amplificador utilizado para este trabajo es un circuito que contiene el transistor 2N3055.

INDICE CAPTULO I EL ORCAD1. Historia del orcad.2. Versiones del orcad.3. Funcionamiento del orcad.

CAPTULO II AMPLIFICADOR DE LA RADIO Amplificador de audio Funcionamiento de amplificador de auidio Transistor 2N3055 CAPTULO III- PROYECTO: CIRCUITO AMPLIFICADOR DE AUDIO DE RADIO IMPERIAL CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFA

CAPTULO I

EL ORCAD1. HISTORIA DEL ORCADOrCAD es una suite de herramientas de software propio que se utiliza principalmente para la automatizacin de diseo electrnico. El software es utilizado principalmente por los ingenieros de diseo electrnico y tcnicos electrnicos para crear esquemas electrnicos y grabados electrnicos para la fabricacin de placas de circuitos impresos.El nombre OrCAD es un acrnimo, lo que refleja la empresa y los orgenes de su software: Oregon CAD.Fundada en 1985 por John Durbetaki, Ken y Keith Seymour como "OrCAD Systems Corporation" en Hillsboro, Oregon, la empresa se convirti en un proveedor de software de automatizacin de diseo electrnico de escritorio. En 1984 Durbetaki comenz a disear un chasis de expansin para el IBM PC. Durbetaki, que haba salido de Intel Corp., despus de cinco aos como gerente de ingeniera y proyectos, decidi, junto con los hermanos Keith y Ken Seymour, para iniciar su propia empresa para desarrollar add-on de instrumentacin para la PC. "Durbetaki comenz a crear su propio esquema herramienta para su uso en el proyecto chasis de expansin PC capturar; pero con el tiempo dej de lado el proyecto de hardware totalmente a favor del desarrollo de software de bajo costo, PC basado en CAD primer producto de la compaa fue SDT, que envi primero a finales de 1985.En 1986, contrat a Peter OrCAD LoCascio para desarrollar las ventas y co-fundador Ken Seymour dej la compaa. El producto insignia de SDT fue seguido con un simulador digital, VST y circuitos impresos herramientas de diseo de mesa. Con el tiempo, la lnea de productos de OrCAD ampliarse para incluir productos de software basados en Windows para ayudar a los diseadores de electrnica en el desarrollo de arreglos de compuertas programables en campo, incluyendo dispositivos lgicos programables complejos. Durbetaki, entonces consejero delegado y director de I D, dej la compaa en la dcada de 1990. Le sucedi como director ejecutivo de Michael Bosworth.En junio de 1995, OrCAD adquiri Massteck Ltd., una pequea empresa que ofrece una herramienta de diseo de la placa de circuito impreso y un trazador sofisticada, inteligente y Systems Japan, KK, distribuidor de OrCAD en Japn. En 1996, OrCAD hizo una oferta pblica. A finales de 1997 y principios de 1998, OrCAD e Irvine, CA basada MicroSim Corp. fusionaron, una combinacin de negocios que en ltima instancia result ser decepcionante. En 1999, la compaa y sus productos fueron adquiridos por uno de sus antiguos competidores, Cadence Design Systems.Desde el 16 de julio de 1999, la lnea de productos de OrCAD ha sido totalmente propiedad de Cadence Design Systems. OrCAD Layout ha sido descontinuado. La ltima versin del software de captura de OrCAD CIS esquemtica tiene la capacidad de mantener una base de datos de los circuitos integrados disponibles. Esta base de datos puede ser actualizada por el usuario mediante la descarga de paquetes de los fabricantes de componentes, tales como Analog Devices y otros. Otro anuncio fue que ST Microelectronics se ofrecen modelos de OrCAD PSpice de toda la potencia y semiconductores lgicos, ya que PSpice es el simulador de circuitos ms utilizados. Intel ofrece a los PCB de referencia diseados con las herramientas de PCB cadencia en el formato de OrCAD Capture para embebidos y ordenadores personales.

2. FUNCIONAMIENTO DEL ORCADCapture permite agrupar todos los recursos que se utilizan en el diseo de un circuito electrnico dentro de un proyecto (Project). El fichero que contiene el proyecto tiene extensin .opj. Dichos recursos pueden estar divididos en carpetas de esquemas, libreras de componentes, ficheros VHDL y ficheros de salida tales como lista de componentes, lista de conexiones, etc.

Existen cuatro tipos de proyectos:

Analog or mixed-signal circuit Wizard

PCB Wizard

Programmable Logic Wizard

Schematic

Por cada proyecto existe un solo diseo (Design). El fichero que contiene al diseo tiene extensin.dsn. El diseo puede contener varias pginas de esquemas y modelos VHDL.

El gestor de proyectos (Project Manager) nos permite visualizar los recursos del proyecto de dos formas diferentes:

File: permite la visualizacin de todas las carpetas del proyecto, carpetas de diseo, carpetas de esquemas, etc. Hierarchy: permite visualizar las relaciones jerrquicas que hay entre las diferentes carpetas de esquemas. Para la introduccin de un esquema elctrico se har uso del editor de esquemas (Schematic Page Editor).

Para la edicin grfica de los componentes que se utilizan en el diseo se har uso del editor de componentes (Part Editor).

Para la introduccin de cdigo VHDL se puede utilizar el editor denominado Programmers Editor.

Por cada proyecto existir una ventana donde aparecer la lista de todas las operaciones que se realizan en cada sesin de capture (se denomina Session Log).

La ventana de gestin de proyectos contiene las siguientes carpetas:

Design Resources: Contiene la carpeta del diseo donde estn incluidas las diferentes pginas de esquemas y la carpeta Design Cache, a la cual se van incorporando los componentes a medida que se introducen en el diseo. As mismo contiene una carpeta donde estarn incluidas las libreras que contienen a los componentes utilizados (Library).

Outputs: En esta carpeta estarn incluidos los ficheros de salida, lista de materiales, lista de conexiones, comprobacin de reglas de diseo, etc. Pspice Resources: En esta carpeta estn incluidos todos los ficheros relacionados con el programa de simulacin Pspice. Include Files: Estos ficheros son cargados por el simulador antes que el circuito e incluyen comandos de Pspice. Tienen extensin *.inc. Model Libraries: Libreras de modelos de simulacin de los diferentes componentes. Tienen extensin *.lib. Simulation Profiles: Contiene los diferentes perfiles de simulacin que haya generado el usuario. Tienen extensin *.sim. Stimulus Files: Ficheros de estmulos para simulacin de circuitos digitales. Tienen extensin *.stl.

CIS es una herramienta que est incluida en ORCAD y permite la gestin de los componentes que se utilizan en un diseo. Esta herramienta permite trabajar al diseador con bases de datos de componentes locales o remotas que contienen informacin para los circuitos que se utilizan en un diseo. Dicha informacin puede incluir cdigos de la compaa para los componentes, encapsulados, parmetros tcnicos (velocidad, tolerancias, valores mximos y mnimos, etc.) e informacin relacionada con la compra de dichos componentes (suministrador, fabricante, precio, etc.).

Simulacin de circuitos analgicos, digitales y mixtos (Pspice)

ORCAD 9 incluye cuatro aplicaciones independientes relacionadas con la simulacin de circuitos electrnicos analgicos y digitales. Dichas aplicaciones pueden ser ejecutadas desde el men de inicio, de forma independiente, o bien desde el gestor de proyectos:

Pspice AD: Permite ejecutar el simulador y visualizar los resultados.

Pspice Model Editor: Es la herramienta con la que se gestionan las libreras de modelos de simulacin.

Pspice Optimizer: Es un programa que permite la optimizacin de circuitos analgicos y digitales. Realiza varias iteraciones hasta ajustar los valores de los parmetros definidos por el usuario para que el conjunto funcione de acuerdo a las especificaciones definidas por el usuario. Pspice stimulus Editor: Editor de estmulos para la simulacin de circuitos digitales.

No se pueden utilizar los componentes de todas las libreras para realizar el proceso de simulacin. nicamente se pueden simular aquellos componentes que estn definidos en una librera de modelos *.lib y en una librera de smbolos *.olb.

Arranque del programa

En primer lugar, hay que arrancar el programa seleccionando Capture CIS en el grupo de programas OrCAD Release 9, apareciendo la ventana principal de OrCAD Capture

Creacin de un proyecto de simulacin en OrCAD Capture

Para obtener una hoja nueva y empezar un trabajo por primera vez, hay que crear un proyecto nuevo siguiendo la secuencia de comandos , abrindose la ventana de dilogo que se muestra a continuacin.

En esta ventana se indicar el nombre del proyecto, su localizacin y el tipo. En el tipo se elige el ayudante para la creacin del nuevo proyecto que se va a utilizar (en esta asignatura se deber eligir siempre Analog or Mixed-Signal Circuit Wizard). Posteriormente se abre una nueva ventana como la que se muestra a continuacin.

En esta ventana el programa pregunta qu bibliotecas se desean aadir al proyecto de simulacin. Normalmente las bibliotecas que se utilizarn en la asignatura de Laboratorio de Electrnica Digital son:

74ls.olb, source.olb y sourcestm.olb. Las bibliotecas source.olb y sourcestm.olb ya son seleccionadas por defecto, por lo que el alumno slo deber aadir al proyecto la biblioteca 74ls.olb.

Una vez seleccionadas las bibliotecas que se van a utilizar, ya est creado el proyecto y aparece el editor de esquemticos donde se debe introducir el circuito que se desea simular.

Edicin del esquema en OrCAD Capture

Aadir componentes

Lo primero que se debe hacer es colocar los componentes del circuito que se est diseando. PART (componente) son un conjunto de elementos electrnicos que estn distribuidos en las diferentes bibliotecas y que se pueden extraer uno a uno. La secuencia de captura y disposicin de un componente es la siguiente:

Una vez seleccionado el componente de su biblioteca se tiene que indicar su posicin en el circuito que se est diseando antes de fijarlo definitivamente. Para ello con el ratn se puede desplazar el componente por toda la pantalla. Haciendo clic en el botn izquierdo del ratn se puede colocar el componente en el esquema tantas veces como se desee. Para finalizar, se selecciona en el men emergente que aparece al hacer clic en el botn derecho del ratn.

Una vez seleccionado un componente y antes de colocarlo en el esquema, el dibujo del componente se puede rotar. Para ello hay que presionar CTRL+R o bien seleccionar en el men emergente que aparece al hacer clic en el botn derecho del ratn. Cada vez que se aplica el componente gira 90 en sentido contrario a las agujas del reloj.

Aadir y etiquetar conexiones (hilos)

Se denomina WIRE a los hilos de conexin o cableado entre los terminales (pines) de los componentes, entre los puntos de entrada y salida, etc.

Una vez que todos los componentes estn situados, se puede empezar a realizar las conexiones entre ellos. Para ello se realiza la secuencia y el puntero se transforma en una cruz, lo cual significa que el programa est preparado para dibujar un cable. Se hace clic en el punto donde se desea comenzar la conexin, y se va haciendo clic en cada lugar donde se desee situar un cambio de direccin del cable. Cada clic finaliza un segmento y comienza uno nuevo. La conexin se termina realizando un doble clic o cuando se hace clic en el terminal o pin extremo de la conexin. Una vez realizadas todas las conexiones deseadas, se selecciona en el men emergente que aparece al hacer clic en el botn derecho del ratn.Al trazar las conexiones hay que tener cuidado de no pasar el cable por encima de los terminales o pines ya que quedarn todos unidos.El etiquetado de las conexiones permite que queden conectados componentes y cables que no estn conectados fsicamente, simplemente adjudicndoles el mismo nombre o Alias. Esta caracterstica resulta muy til para unir componentes que se encuentran muy alejados en la pgina de esquema y permite conectar seales situadas en diferentes pginas de esquema dentro de una misma carpeta.Para etiquetar una conexin se selecciona con lo que se abre una ventana de dilogo en la que se introduce en la caja de texto Alias la etiqueta de la conexin (en esta ventana tambin se puede modificar el color de la fuente y rotar la etiqueta).

Al hacer clic en OK se vuelve a la pgina del esquema. Asociado al puntero aparece un rectngulo que contiene el texto introducido. Situando el cursor sobre cualquier punto de la conexin queda establecida la correspondiente etiqueta a dicha conexin.

Aadir y etiquetar buses

Se denomina BUS a un conjunto de hilos de conexin portadores de un dato determinado. Para dibujar un bus en el esquemtico, se realiza la secuencia y el puntero se transforma en una cruz, lo que significa que el programa est preparado para dibujar un bus. Se hace clic donde se desea que comience el bus y se mueve el ratn al lugar donde se quiere que finalice. Para finalizar, se selecciona en el men emergente.

Para hacer conexiones a un bus se etiqueta el bus y las seales que entran o salen del bus. Las seales que entran o salen del bus se conectaran utilizando conexiones del tipo entrada de bus (Bus Entry) que se introducen seleccionando . El nombre del bus debe tener el siguiente formato: NombredelBus[x:0], donde x es el bit o seal de mayor peso. Por ejemplo, si a un bus se le pone la etiqueta DB[3:0], quiere decir que es un bus de 4 hilos o bits, donde las seales que lo componen son DB3, DB2, DB1 y DB0, siendo DB3 la seal de mayor peso y DB0 la de menor.El etiquetado de los buses se realiza igual que en el caso de los cables, seleccionando e introduciendo en la caja de texto Alias la etiqueta bajo el formato especificado en el prrafo anterior. Situando el cursor sobre cualquier punto del bus queda establecida la correspondiente etiqueta.

Para conectar cables al bus en primer lugar se sitan las entradas del bus seleccionando apareciendo junto al puntero la entrada del bus a colocar y situndola haciendo clic con el ratn en el punto correspondiente del bus. Despus se traza el cable correspondiente que debe ser etiquetado con el nombre del bus seguido del peso de la seal dentro del bus (por ejemplo, DB2).

Aadir entrada digital fija a nivel alto o a nivel bajo

Los smbolos que identifican los niveles altos y niveles bajos de tensin correspondientes con los valores digitales lgicos 1 y 0, se colocan seleccionando o , y a continuacin seleccionando los componentes $D_HI (para nivel alto) y $D_LO (para nivel bajo). Aadir estmulos de entrada

Para introducir al diseo estmulos de entrada que varan en el tiempo se debe seleccionar la secuencia , donde el smbolo ? se corresponde con el nmero de hilos del estmulo. Por ejemplo, DigStim1 se utilizara para introducir un estmulo de un solo hilo, y DigStim8 se utilizara para introducir un estmulo a un bus compuesto por 8 hilos o seales.

Una vez seleccionado el estmulo correspondiente, se tiene que indicar su posicin en el circuito que se est diseando y se fija haciendo clic en el botn izquierdo del ratn. Hay que fijarse muy bien de que el estmulo queda conectado correctamente al hilo o bus al que se quiere asociar. Para ello se debe realizar la conexin trazando el correspondiente hilo o bus de unin entre el estmulo y el hilo o bus al que se desea asociar.

Despus de fijado en el esquema la posicin del estmulo, hay que proceder a introducir los datos que lo definen (cmo vara en el tiempo) mediante el programa editor de estmulos (Stimulus Editor). Para ello hay que seleccionar el estmulo digital y realizar la secuencia , abrindose una ventana de dilogo donde se tiene que dar nombre al estmulo, seleccionar el tipo de estmulo digital (Clock, Signal o Bus) y el valor inicial. En el caso de elegir un bus hay que indicar el nmero de hilos que lo forman (cuadro Width), que debe ser el mismo que el nmero del componente de estmulo utilizado (por ejemplo, 4 para un DigStim4) aunque luego se utilicen menos seales.

Una vez abierto el Editor de Estmulos, se debe realizar las siguientes operaciones:

Seleccionar el rango de tiempo de visualizacin en el editor

Para ello se debe realizar la secuencia , y a continuacin seleccionar en la ventana de dilogo que se abre el rango de tiempo a visualizar y la resolucin (cada cuanto tiempo se puede realizar una transicin en la seal).

Introducir cambios en el valor de la seal en los tiempos deseados

Para ello se debe realizar la secuencia , seleccionado a continuacin un nuevo valor de la seal en el recuadro superior derecho de la ventana (el formato por defecto del valor es hexadecimal, pudiendo cambiar dicha base en ). Se sita el puntero del ratn en el instante de tiempo donde se desea realizar el cambio y se hace clic en el botn izquierdo.

Una vez realizadas todas las transiciones deseadas, se cierra la ventana del Editor de Estmulos y se ordena guardar todos los cambios hechos en el proyecto.

Aadir seales de reloj

Para introducir en el diseo seales de reloj que tienen una frecuencia fija determinada, se debe seleccionar la secuencia . Una vez seleccionado el estmulo de reloj, se fija su posicin en el circuito igual que se hace con los estmulos de entrada explicados en el apartado anterior.Para seleccionar la frecuencia de la seal de reloj, hay que seleccionar el estmulo de reloj correspondiente y hacer doble clic en el botn izquierdo del ratn (o realizar la secuencia ) para as abrir la ventana de propiedades de dicha seal. En esta ventana se selecciona el campo OFFTIME y se introduce el valor del tiempo en que la seal de reloj tiene que estar a nivel bajo, y se selecciona el campo ONTIME y se introduce el valor del tiempo en que la seal tiene que estar a nivel alto. Por ejemplo, si se quiere obtener una seal de reloj de una frecuencia de 1 MHz (el periodo sera 1 s), habr que introducir en el campo OFFTIME el valor de la mitad del periodo (0.5 us) y en el campo ONTIME otra vez el mismo valor (0.5 us), resultando as una seal de reloj con un periodo de 0.5 us + 0.5 us = 1 us.

Identificacin de componentes de forma nica

El comando Annotate permite identificar los componentes de forma nica, asignndoles referencias. Cuando se est realizando el esquema, sobre cada componente que se coloca se puede ver una referencia indicando el integrado al que pertenece el componente y el elemento que se utiliza de dicho integrado. Por ejemplo, la referencia U3A quiere decir que se est utilizando el elemento A del integrado nmero 3. Esta referencia es el enlace entre el diseo del esquema y el diseo fsico que se realiza. En principio el programa utiliza un integrado diferente para cada componente, utilizando el primer elemento de dicho integrado (identificador A). El comando Annotate realizar un clculo de los componentes que se utilizan en el diseo y de cuantos integrados realmente hacen falta para su implementacin fsica, realizando un cambio de las referencias de todos los componentes indicando los elementos que se deben utilizar en el diseo fsico e identificando los pines o terminales del integrado que se corresponden con las entradas y salidas de cada componente.

Para realizar esta identificacin de componentes, en el Administrador de Proyectos hay que seleccionar el diseo que se quiere anotar. A continuacin se selecciona con lo que aparece una ventana de dilogo.

En esta ventana hay que seleccionar las opciones Unconditional reference update y Update ocurrences. Finalmente se hace clic en OK para iniciar la anotacin o asignacin de referencias.

Presentacin de los resultados de la simulacin

Seleccin de las seales que se quieren visualizar

La simulacin es realizada por el programa Pspice AD, que es adems el encargado de presentar en pantalla los resultados obtenidos.Para sealar los puntos del circuito en los que se desea visualizar la tensin o la corriente se utilizan unas herramientas del editor de esquemas llamadas markers. En el caso de circuitos digitales donde interesa visualizar el nivel lgico de las seales, hay que situar en los puntos deseados del esquema un smbolo de visualizacin del nivel de voltaje mediante los comandos .

Simulacin del circuito

El primer paso a la hora de simular el comportamiento del circuito es la creacin de un perfil de simulacin en el que se definen los parmetros de sta. Para ello se realiza la siguiente secuencia de comandos . En la ventana que se abre se debe seleccionar el tiempo de simulacin (en el recuadro Run to time) y la resolucin (en el recuadroMaximum Step Size).

En esta ventana hay que seleccionar las opciones Unconditional reference update y Update ocurrences. Finalmente se hace clic en OK para iniciar la anotacin o asignacin de referencias.

Presentacin de los resultados de la simulacin

Seleccin de las seales que se quieren visualizar

La simulacin es realizada por el programa Pspice AD, que es adems el encargado de presentar en pantalla los resultados obtenidos.

Para sealar los puntos del circuito en los que se desea visualizar la tensin o la corriente se utilizan unas herramientas del editor de esquemas llamadas markers. En el caso de circuitos digitales donde interesa visualizar el nivel lgico de las seales, hay que situar en los puntos deseados del esquema un smbolo de visualizacin del nivel de voltaje mediante los comandos .

Simulacin del circuito

El primer paso a la hora de simular el comportamiento del circuito es la creacin de un perfil de simulacin en el que se definen los parmetros de sta. Para ello se realiza la siguiente secuencia de comandos . En la ventana que se abre se debe seleccionar el tiempo de simulacin (en el recuadro Run to time) y la resolucin (en el recuadroMaximum Step Size).

En esta ventana tambin es interesante, sobre todo en circuitos secuenciales, seleccionar la carpeta Options. Aqu se debe seleccionar como categora la opcin Gate-level Simulation, para despus poder definir los tiempos de retardos utilizados en la simulacin (dejar por defecto la opcin Typical), y la inicializacin de los biestables (X para no inicializarlos, 0 para inicializacin a nivel bajo, 1 para inicializacin a nivel alto). La inicializacin de los biestables es muy importante para la simulacin de circuitos secuenciales, ya que si no se inicializan los biestables en esta pantalla y en el diseo del circuito tampoco se incluye ninguna seal para inicializar los biestables, entonces el resultado de la simulacin dar indeterminado (una barra de color rojo y con una X como valor) debido a que el programa es incapaz de calcular el nuevo estado del sistema si no conoce el estado de partida.

Despus de realizar todas las selecciones del perfil de simulacin indicadas anteriormente, se ejecuta el comando Aplicar y Aceptar

Una vez creado el perfil de simulacin, se puede proceder a la simulacin del circuito mediante la secuencia de comandos , o pulsando sobre el icono 4.

Iconos de acceso rpido

En la parte derecha del editor de esquemticos hay una regla que muestra una serie de iconos para el acceso rpido a las funciones ms utilizadas. En la siguiente figura se muestra dicha regla de iconos y la funcin de los que se van a utilizar en las prcticas de la asignatura.

Seleccin

Aadir componente ( )

Aadir hilo de conexin ( )

Etiquetar conexin ( )

Aadir bus ( )

Aadir unin ( )

Aadir entrada de bus ( )

Aadir nivel alto de tensin ( )

Aadir nivel bajo de tensin ( )

Aadir texto ( )

Siglas para las unidades

A la hora de expresar los tiempos de simulacin o la frecuencia de la seal de reloj, los mltiplos de las unidades (en este caso la unidad es el segundo) se expresan de acuerdo a la siguiente nomenclatura:

M: mega (106)

m: mili (10-3)

u: micro (10-6)

n: nano (10-9)

CAPTULO 2

AMPLIFICADOR DE RADIOUnamplificadores todo dispositivo que, mediante la utilizacin de energa, magnfica la amplitud de un fenmeno. Aunque el trmino se aplica principalmente al mbito de losamplificadores electrnicos, tambin existen otros tipos de amplificadores, como losmecnicos,neumticos, ehidrulicos, como losgatos mecnicosy losboostersusados en los frenos de potencia de losautomviles. Amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general sonido. Tambin podra ser luz o magnetismo, etc. En trminos particulares, "amplificador", es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la magnitud del volumen. En msica, se usan de manera obligada en lasguitarras elctricasy en los bajos, pues esas no tienen caja de resonancia, la seal se obtiene porque las cuerdas, metlicas y ferrosas, vibran sobre una cpsula electromagntica, y esa seal no es audible, pero amplificada por un amplificador (valga la redundancia) suena con su sonido caractersticos. Mediante su interfaz se le puede agregar distintos efectos, comotrmolo, distorsiones o reverb entre otros. Las radios y los televisores tienen un amplificador incorporado, que se maneja con la perilla o tele comando del volumen y permite que variara la intensidad sonora.

FUNCIONAMIENTO DE UN AMPLIFICADOR DE AUDIOQu es un parlante? Cules son sus requerimientos circuitales? Qu potencia tiene un amplificador? Qu sensibilidad tiene un amplificador? Cul es su distorsin y como se reduce? Son muchas preguntas y seguramente el lector tiene algunas respuestas difusas entre sus conocimientos.Los amplificadores de potencia suelen ser el primer equipo que encara un reparador. Y es muy lgico porque la gama de frecuencias en las que funciona un amplificador de audio es la ms baja de la electrnica (20 Hz a 20KHz) y eso permite encarar experiencias practicas con cables largos sin que se produzcan problemas con la inductancias y capacidades parsitas.Adems la gama de frecuencias involucradas nos permiten construir nuestros propios instrumentos de medicin y prueba sin mayores gastos de dinero y realizando una interesante prctica.

EL PARLANTEUn parlante est compuesto de una campana metlica, un imn (generalmente cermico) y un cono de papel o de plstico. El borde exterior del cono est sujeto a la campana con un montaje elstico de goma o con un ondulado del mismo material del cono que le confiere la posibilidad de moverse hacia adelante y hacia atrs alrededor de un punto de equilibrio mecnico.

Desde el punto de vista tcnico, un parlante es un transductor electroacstica. Recibe energa elctrica y la transforma en energa mecnica que mueve el cono generando energa acstica por compresin y expansin del aire.Ahora vamos a analizar cmo se realiza esa transferencia energtica primaria de elctrica en mecnica. Para entenderlo debemos introducirnos en el parlante y realizar un corte a nivel del imn.

El imn cermico anular tiene el polo sur en la cara superior y el norte en la inferior o viceversa. La pieza polar inferior es en realidad un disco de hierro con un cilindro de hierro soldado en el medio que penetra en el carretel de papel de la bobina mvil, de modo que esta tenga un huelgo para que pueda deslizarse verticalmente. La pieza polar interna, es una gran arandela de hierro que cierra el camino magntico de modo que solo quede un pequeo entrehierro que atraviesa la bobina mvil. La araa es una pieza elstica que completa la suspensin del cono de modo que pueda entrar y salir del ncleo cilndrico sin rozar en el mismo.En la figura 3 se puede observar un detalle de la interaccin entre el campo magntico de la bobina mvil y el del circuito magntico fijo.

El espacio existente entre el borde interno de la arandela que hace de pieza polar superior y el ncleo cilndrico se llama entrehierro. Es un lugar abierto donde existe un enorme campo magntico radial que va desde la arandela hasta el ncleo y por dentro este hacia abajo y luego hacia fuera hasta completar un circuito magntico cerrado alimentado por el imn. La bobina mvil esta recorrida por una corriente entregada por el amplificador de audio que genera otro campo magntico en el ncleo de hierro. Los dos campos magnticos paralelos dentro del ncleo interaccionan entre s generando una fuerza que mueve al cono en proporcin a la corriente circulante por la bobina.El rendimiento de un parlante se calcula como la potencia elctrica entregada al mismo dividida por la potencia mecnica que sale del parlante. Y la potencia elctrica entregada al parlante es igual a la tensin aplicada a la bobina mvil multiplicada por la corriente que circula por ella. Los parlantes tiene uniformada la resistencia de su bobina mvil en dos valores clsicos de 4 y de 8 Ohm (los parlantes muy antiguos pueden ser de 3,2 Ohm).Esto implica que los amplificadores se pueden comparar de acuerdo a su resistencia de carga y a su tensin de fuente y a continuacin vamos a realizar un anlisis de ese tipo, que no permitir desenmascarar a una gran cantidad de embaucadores que tiene esta especialidad de la electrnica que es el audio de potencia.

Potencias de los amplificadores de audio

Un amplificador de audio tiene que cumplir siempre con las leyes de la termodinmica. La potencia entregada al parlante no puede ser nunca mayor a la potencia que ingresa por la fuente. Y que quede claro que dije la potencia entregada al parlante y no la potencia entregada por el parlante, que depende del rendimiento del mismo y que no podemos medir fcilmente por tratarse de una unidad acstica (llamada presin sonora) muy difcil de medir.Antes que nada vamos a explicar que los parlantes se caracterizan por su Impedancia y no por su resistencia. Si Ud. toma un parlante de 8 Ohm y lo mide con el tester predispuesto como hmetro, encontrar que tiene alrededor de 6,5 Ohm. Esto suele desconcertar a los enconadores de parlante que terminan realizando un trabajo aproximado o muchas veces exacto pero sin saber el porqu.Si observa la construccin de un parlante puede ver que tiene una bobina mvil y no una resistencia mvil. En efecto si tomamos un alambre y los bobinamos sobre un ncleo de hierro debemos esperar un comportamiento inductivo. Pero el alambre utilizado tiene una resistencia considerable y por lo tanto el circuito equivalente de un parlante no es un componente puro sino un R L (en realidad debera ser un R L C pero el C se puede despreciar en prcticamente todos los casos).Algo que casi nadie tiene en cuenta es que si se dice impedancia de parlante se debe aclarar a que frecuencia. Como todos los fabricantes dan la impedancia a 1KHz se da por descontado el hecho y solo se dice Impedancia de 8 Ohm o Impedancia de 4 Ohm cuando realmente se debera decir Reactancia Inductiva de 8 Ohm a 1 KHz.

Amplificadores con una sola tensin de fuente (por ejemplo 12V)Debemos tener en cuenta que si la fuente es de 12V la tensin pico a pico de la salida ser de 12V tambin y por lo tanto la tensin eficaz ser de 6/1.41V como mximo es decir 4,25V y la potencia desarrollada sobre una carga de 4 Ohm ser de(4,25)2 /4 = 4,51 WY con 8 Ohm de carga de 2,25WPara los que gustan de las matemticas les decimos que la frmula de clculo para la potencia en funcin de la tensin de fuente esP=(V/2 x1,41)2/ ZEn donde V = tensin de fuente y Z = impedancia del parlante Amplificadores con tensin positivas y negativas (por ejemplo 24V)La tensin total aplicada es de 48V y el valor de pico es de 24, con lo cual el valor eficaz ser de24/1,41 = 15VEn este caso la potencia desarrollada sobre una carga de 8 Ohm ser de152 /8 = 28WY para una carga de 4 Ohm de 56W.Estos son valores mximos absolutos que nos garantizan que no sale ms potencia que la que entra, pero son imposibles de conseguir porque los componentes que se encargan de controlar la corriente que circular por el parlante no llegan a tener cero Ohm cuando estn conduciendo ni un valor infinito cuando estn abiertos.La frmula es la misma que en el caso anterior pero considerando queV = V1+V2En donde V1 es la tensin positiva y V2 la tensin negativa.

La etapa de salida de audio genricaUd. sabe de dnde proviene el nombre transistor? Segn su inventor es una conjuncin de trasmisin y resistor. El quera indicar que un transistor es un resistor variable conectado entre dos patas y que el valor de ese resistor depende de la corriente inyectada en la tercer pata del transistor.Una etapa de excitacin de un parlante en su modo ms sencillo puede ser la representada en la figura 5 en donde colocamos un potencimetro (asimlelo a dos resistores en serie de valor variable) y una fuente de tensin continua.

Si llevamos el potencimetro al mximo el cono se mueve y se va a su posicin extrema hacia fuera o hacia adentro y si lo lleva a la posicin mnima se va a la posicin de reposo.Nota: esto es algo simblico para aclarar el tema pero no debe ser realizado en la realidad; porque la bobina mvil est recibiendo una energa elctrica que no puede transformar en energa mecnica, ya que luego del cambio inicial de posicin del cono, el aire se desplaza permanentemente y no hay presin sonora. Esto significa que entra energa pero no sale y esto implica la generacin de calor que calienta la bobina mvil.Ahora imagnese que Ud. realiza el movimiento del potencimetro a tal velocidad que genera una seal de 1 Jhs. Ahora si el cono presiona el aire 1.000 veces por segundo y Ud. escucha un sonido. Y si mueve el potencimetro siguiendo una ley sinusoidal se escucha una sinusoide? No, porque la sinusoide tiene un ciclo negativo y otro positivo y en nuestro caso solo podemos mover el cono en una sola direccin. A lo sumo generaramos un semiciclo de una sinusoide.El problema se puede resolver de dos modos diferentes. El primero es usando un capacitor electroltico tal como lo indicamos en la figura 6.

Fig.6 Etapa de salida genrica con capacitor de acoplamientoComencemos el ejercicio con el potencimetro en la mitad de su recorrido. Como se puede observar, all la tensin es igual a 6V. Del otro lado del capacitor la tensin es nula porque el parlante est conectado a masa. Es decir que el capacitor est cargado con 6V. La capacidad del mismo tiene que ser suficientemente alta como para que siempre conserve ese valor de tensin aproximadamente; aunque como vamos a ver esta recorrido por una CA.Cuando Ud. lleva el potencimetro hacia arriba el parlante tiene aplicados 12 V de la fuente menos 6 V del capacitor es decir 6 V positivos. Cuando lo lleva a masa tiene aplicada la carga del capacitor solamente es decir -6V. Como vemos ahora tenemos la posibilidad de que el parlante tenga aplicados los dos semiciclos de la sinusoide. Cuando el potencimetro est arriba el capacitor se carga, cuando esta abajo se descarga. Si es suficientemente grande su tensin no va a variar ni aun a la menor frecuencia que puede salir del amplificador que por lo general se estima en 25 Hz con lo cual el capacitor debe conservar la carga por 1/25 = 40 mS. Para comenzar hacemos un clculo aproximado por constante de tiempo, es decir que hacemos una constante de tiempo con la resistencia del parlante y el capacitor incgnita. Por ejemplo 50 mS o 0,05S para hacer nmero redondos. Es decir que RC = 50 mS de donde se deduce que con R de 8 Ohm C = 0,05/8 = 0,0062 F o 6,2 mF o 6.000 uF es decir un valor bastante elevado que por lo general se reemplaza por 4700 uF.En lugar de hacer un clculo aproximado es mejor utilizar el Workbench Multisim para hacer un clculo exacto mediante el analizador de Bode. En la figura 7 se puede observar el circuito de un generador y un parlante representado por un resistor de 8 Ohm.

La respuesta en frecuencia se mide moviendo el cursor del analizador de Bode hasta que la seal caiga 3 dB aproximadamente. En nuestro caso eso ocurre cuando la frecuencia es de 4 Hz lo cual significa que se puede usar un capacitor ms chico por ejemplo de 470 uF y volver a probar con lo que se obtiene un corte de baja frecuencia de 40 Hz totalmente aceptable para nuestros requerimientos.Ahora que desarrollado nuestro circuito de salida podemos prepararlo como para hacer todas las mediciones posibles con osciloscopio, vatmetro y tester para observar las caractersticas completas de nuestro circuito con una fuente de 12V y una carga de 8 Ohm.

Mediciones sobre el circuito de salida

En la figura se puede observar nuestro circuito de salida con los agregados de un osciloscopio, un tester y un vatmetro.

Primero vamos a analizar los puntos donde se realizan las mediciones.1. Elosciloscopiolo conectamos sobre la salida de seal del amplificador, que en este caso est reemplazado con un generador de funciones.2. Como estamos imitando un amplificador con una fuente de 12V de CC, la seal (de color naranja o gris claro en blanco y negro) la ajustamos para que cubra una tensin de 0V a 12V como se observa con los cursores azul y rojo adecuadamente ubicados.3. Para lograrlo el generador de funciones debe ajustarse en 6Vpp (ya sabemos que el WB tiene un modo extrao de indicar la amplitud pico a pico).4. El offset debe ajustarse para que la tensin de salida flucte entre 0V y 12V y esto ocurre con una tensin offset de 6V.5. La frecuencia de medicin se elige en 1 KHz que es el valor estndar utilizado en audio.6. El tester est midiendo la salida del amplificador y si lo abriramos indicara una CA de 4,24V que es el valor eficaz de una seal senoidal con un valor de pico de 6V.

Circuitos con doble fuenteComo vimos en el punto anterior, cuando se alimenta un amplificador con una fuente nica, la salida en reposo (sin seal de audio en la entrada) queda en la mitad de la tensin de fuente (por ejemplo 6V en los amplificadores para automviles con batera de 12V). Esto implica el uso de un capacitor electroltico relativamente grande y caro o una importante prdida de seal en bajas frecuencias. La solucin es una complejidad mayor de la fuente pero una simplificacin de la etapa de salida: el uso de una doble fuente positiva y negativa para que la corriente por el parlante tenga posibilidad de invertirse.En la figura 10 se puede observar un circuito elemental con un potencimetro que cumple con este criterio.

En este caso la condicin de reposo de salida es con tensin nula (potencimetro en el medio) y esto significa que el parlante no necesita tener un capacitor de acoplamiento; puede estar conectado directamente a la salida, mientras la salida garantice que va a estar en cero. Por lo general dada la peligrosidad de esta disposicin los amplificadores siempre tienen una proteccin contra el desbalance de la salida.En este circuito cuando el potencimetro est en el extremo superior la corriente circula hacia abajo por la resistencia de carga y cuando est en el extremo inferior circula para arriba ya que se adopta el sentido convencional de la circulacin de corriente como del positivo al negativo.En la figura 11 mostramos los oscilogramas correspondientes a esta disposicin considerando que las fuentes son de 12V y que la resistencia de carga es de 8 Ohm.Nota: no conectamos el medidor de Bode porque la respuesta se extiende hasta 0 Hz es decir CC.

Ahora podemos observar que la seal de salida tiene una posibilidad de excursionar desde -12V hasta +12V es decir una tensin pico a pico de 24V. Esto implica un valor de pico de 12V y un valor eficaz de 8,48V tal como lo indica el tester.La potencia no es el doble, sino cuatro veces la original ya que en la formula de la potencia la tensin esta elevada al cuadrado. Intuitivamente podemos decir que al aumentar la tensin al doble sin cambiar la resistencia de carga se duplican en ella tanto la tensin como la corriente y esto implica un incremento doble de la potencia que para nuestro ejemplo llega a 8,96W aprox. 9W.

TRANSISTOR 2N3055El2N3055es un transistorNPNde potencia diseado para aplicaciones de propsito general. Fue introducido en la dcada de 1960 por la firma estadounidense RCA usando el procesohometaxialpara transistores de potencia, que luego pas a una baseepitaxialen la dcada de 1970.1Su numeracin sigue el estndarJEDEC.2Es un transistor de potencia muy utilizado en una gran variedad de aplicaciones.

CAPTULO III

PROYECTO: CIRCUITO AMPLIFICADOR DE AUDIO DE RADIO IMPERIAL O NOVA

OBJETIVO:Diseo e impresin en OrCAD del circuito del amplificador de la radio nova o imperial. MATERIALES: Condensadores : 22uF, 100uF, 330uF, 2200uF, 10uF, 4,2uF 82pF, 22pF, 10uF, 100nF. Resistencias: (2 de cada una), 68K, 15K, 2,2K,, 3,9K, 1K, 2,2K, 100, 220, 1.8K, 3.9K. Diodo 1N4148. Transistores BC547, BD137, BC557B, BC548, BD138 Transistores 2N3055. Disipador de calor. Fuente de poder. Cables conectores- Parlante de 15 W Resistencia variable. Software de OrCAD.

PROCEDIMIENTO: Al tener el circuito del amplificador de la radio imperial, lo diseamos en el programa OrCAD siguiendo los pasos anteriormente vistos para utilizar este programa, con el que tendremos nuestro diseo en PCB el cual mandaremos imprimir nuestra placa en fibra de vidrio. Teniendo nuestro diseo del circuito en la placa de fibra de vidrio pasaremos a soldar todos los componentes requeridos para este circuito. Nuestro circuito nos quedara as:

Colocando el parlante conectado al circuito nuestro diseo debe funcionar segn lo indicado.

CONCLUSIONESEn esta experiencia nos introducimos en el mundo de los amplificadores de audio. Utilizando el software OrCAD y aprendiendo un poco su funcionamiento diseamos e imprimimos el circuito de amplificador de audio de una radio antigua como lo es la imperial, as con este proyecto ha sido de vital importancia el estudio de los componentes de un circuito amplificador como el funcionamiento de este.

RECOMENDACIONES Al disear el circuito en OrCAD debemos de asegurarnos que este funcione antes de imprimirlo en la placa de fibra de vidrio. Al momento de soldar los componentes debemos tener mucho cuidado porque si soldamos mal puede que nuestro circuito no funcione. Verificar el valor de cada componente antes de colocarlo en la placa.

BIBLIOGRAFIAEnlaces:http://www.futureworkss.com/tecnologicos/electronica/manuales/Como%20disenar%20una%20PCB%20con%20el%20Orcad.pdfhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificadorhttp://electronicacompleta.com/lecciones/amplificador-de-potencia-de-audio/

FACULTAD DE INGENERA ELECTRNICA Y ELCTRICA10

FACULTAD DE INGENERA ELECTRNICA Y ELCTRICA11