Amplificador Cuaderno Audio

INTRODUCCION

Quienes sigan el curso de Re-productores de CD que publicamosen esta revista se preguntarn si elviejo amplificador de audio ya pue-de ser digitalizado; aunque es muytemprano an para hablar con de-talle del tema, ya trascendieron al-gunas particularidades que puedenrevolucionar la industria del audio.

En el momento actual, la tcni-ca de la reproduccin de CD pasapor una etapa realmente extraa.Por fin el hombre cuenta con un sis-

tema excelente para guardar msi-ca (y datos por extensin) de alta fi-delidad y a un costo muy reducido.En efecto, el disco CD tiene prcti-camente un costo que se corres-ponde con los derechos de autor,de interpretacin, de distribucin, laganancia de la casa de msicadonde se vende y la ganancia delsello grabador.

El costo de fabricacin y de ma-teriales, es prcticamente inexis-tente, comparados con estos valo-res ya que es del orden de 1 dlarpara una sola copia y de 30 centa-

vos para fabricacin en gran esca-la. La distorsin y el ruido, desde eldisco hasta el conversor D/A, esprcticamente despreciable. Pero apartir de all la cadena digital setransforma en analgica y los cir-cuitos agregados generan tanto rui-do y distorsin como siempre. Yadems, esa seccin (nos referi-mos al amplificador de potencia y alos parlantes) es la ms cara de to-do el equipo. Tan es as, que allsuele estar el taln de Aquiles delsistema porque las empresas quedominan este mercado (Coreanas

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Montaje Especial -Amplificador de Audio de 60W Reales - Montaje Especial

Artculo de Tapa

Cuaderno Especial de AudioPresentamos el Nuevo KitPOWER60W:Amplificador de Potenciade Audio de Nueva Generacin de 60Watt Reales por Canal

En esta nota especial vamos a explicar el funcionamiento de los amplificadoresde audio de potencia, desde los hist ricos con salida a transformador hasta la l-tima generaci n de equipos . La novedad, que probablemente revolucione la in-dustria de los pr ximos 5 a os son los Amplificadores Digitales y los Semidigita-les, y de stos tambi n hablaremos. El objeto de esta nota es que, adem s de ad-quirir conocimientos, pueda armar un amplificador de audio de nueva generaci nde excelentes caracter sticas.

AUTOR: ING. ALBERTO H. PICERNO [email protected]

Los archivos e inform

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clave: kit60w

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y Japonesas) no dudan en construirbafles que por lo menos trabajan alborde de la falla.

El usuario se suele quedar gra-tamente sorprendido cuando escu-cha unos bonitos bajos saliendopor los bafles de su equipo, que tie-ne parlantes de solo 6 o a lo sumode 8. El acoplamiento mecnicoentre el cono de ese parlante y eltmpano del usuario se realiza a tra-vs del aire y se requiere una ade-cuada compresin del mismo paratransportar importantes potenciasacsticas. Con esos diminutos par-lantes el rendimiento acstico delbafle es muy bajo.

Para aumentar la potenciaacstica hay dos caminos posibles.Aumentar el rendimiento del bafleusando parlantes de mayor tama-o, lo cual significa gastar muchodinero; o aumentar la potencia elc-trica que entrega el amplificador yseguir utilizando los mismos pe-queos bafles con bajo rendimien-to. Aunque parezca extrao el crite-rio adoptado universalmente es elsegundo y el hombre vuelve a equi-vocarse una vez ms a la hora deutilizar los recursos energticos denuestro vapuleado planeta. Tal vezsi la industria estuviera dominadapor el mercado comn europeo lahistoria sera otra. Por lo general lospueblos europeos son respetuososdel medio ambiente, pero la indus-tria electrnica se cocina en orientey all parece que slo interesa elbeneficio econmico. Si es ms ba-rato usar un amplificador de150+150 watt RMS en lugar de uti-lizar un parlante de 15, se lo usa.

Esto significa que cuando elusuario levanta el volumen de suequipo consume recursos energti-cos, renovables o no renovables,pero que paga de su bolsillo cadavez que viene la cuenta de energaelctrica.

Lo peor es que nadie le diceque ese equipo que suena tan lindoest consumiendo bosques ente-ros. Y todo por la desidia o la ambi-

cin de los fabricantes de produc-tos de electrnica de entreteni-miento. Para qu? solo para queel reproductor cueste algunos dla-res menos y pueda entrar en com-petencia con productos similaresdesarrollados sin pensar en la eco-noma de recursos energticos.Yo me pregunto?, si a los fabri-cantes de cigarrillos los obligan aponer una leyenda en el atado queindique que contiene productos queproducen cncer; por qu no obli-gan a los fabricantes de productoselectrnicos de audio a poner uncartel en la caja que indique queese producto deteriora el medioambiente con su bajo rendimiento.

Comenzaremos dando una pre-sentacin histrica del tema, apo-yados por circuitos reales debida-mente virtualizados en el Work-bench. Observaremos cmo fueroncambiando los amplificadores deaudio en funcin del tiempo y de loscomponentes que se conseguanen cada poca. Aconsejamos allector que no se quede slo con lalectura pasiva del artculo. Si Ud. notiene instalado un laboratorio virtualen su computadora est totalmentedetenido en el tiempo. Todos los cir-cuitos de este artculo son funcio-nales y slo se requiere un Work-bench 5.1 o un Multisim para poderobservar su funcionamiento con losinstrumentos virtuales.

Si an no tiene instalado unWorkbench en su PC escrbale une-mail al autor plantendole sus du-das. Los archivos de circuitos pue-de bajarlos de nuestra web (www-.webelectronica.com.ar).

AMPLIFICADORES A VALVULAS

Es evidente que el primer com-ponente amplificador, utilizado parafabricar amplificadores de potenciade audio fue la vlvula termoinica.Para los ms jvenes recordemosque la vlvula termoinica es un

dispositivo que genera una corrien-te de placa que es funcin de latensin aplicada a su grilla de con-trol. La caracterstica que relacionaa ambas variables se llama trans-conductancia, se representa conlas letras gm y se mide mho (enun dechado de sagacidad la unidadelegida es la unidad de resistenciaohm leda al revs).

Como sea, las vlvulas prcti-cas tenan una impedancia de pla-ca del orden de los varios kilohms ylos parlantes, como todos sabe-mos, pueden llegar a tener una im-pedancia mxima del orden de los100 ohms en construcciones muyespeciales (lo tpico son de 4 a 8Ohm en la actualidad y de 3,2 Ohmen aquella remota poca). Ergo, seimpone un dispositivo adaptador deimpedancias entre la vlvula y elparlante que como el lector imaginase trata de un transformador.

Construir un transformador parafrecuencia de red (50 o 60Hz) esmuy fcil; pero cuando el mismodebe cubrir una banda de 20 a20.000Hz el diseo es muy compli-cado y caro, porque requiere lami-naciones especiales de bajas pr-didas (recuerde que la prdidas enel hierro crecen con el cuadrado dela frecuencia). Adems, para obte-ner buenas potencias, el transfor-mador se somete a tensiones altassobre la placa y eso trae aparejadouna construccin especial para altatensin.

Las vlvulas utilizadas como sa-lida de audio fueron cambiando conel tiempo. Primero se usaban trio-dos (ctodo, reja y placa), luego seutilizaron tetrodos (ctodo, reja decontrol, reja pantalla y placa) y porultimo pentodos (ctodo, reja decontrol, reja pantalla, reja supreso-ra y placa). En la figura 1 podemosobservar un circuito caractersticode salida a transformador con untriodo.

Los transformadores son dispo-sitivos que se caracterizan porquegeneran distorsin de las seales

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que acoplan. Esta distorsin sepuede reducir, pero jams se pue-de eliminar porque es una caracte-rstica propia del hierro utilizado pa-ra la laminacin. Sin embargo, utili-zando disposiciones en push pull,se pueden anular las componentesimpares de las seales distorsiona-das, simplemente porque se anulanentre s en las dos mitades deltransformador. Esto invit a los di-

seadores a realizar etapas de sa-lida en push pull a transformadorcon vlvulas triodo primero y pento-do despus, uno de cuyos circuitosse puede observar en la figura 2.

Actualmente, existe una co-rriente de usuarios que defiende alos amplificadores a vlvulas, indi-cando que el sonido de un amplifi-cador de este tipo es mejor que elde cualquier equipo a transistores.

La realidad es que la combinacinde amplificador con bafle puedeconsiderarse como un instrumentomusical y es muy probable que lasdistorsiones de frecuencia y ampli-tud de ambos componentes se su-men o se cancelen para dar un so-nido ms dulce con un contenidoarmnico que suena mejor. Lasmediciones de distorsin, ruido,respuesta en frecuencia y potenciaRMS y de pico son, sin embargo,ampliamente favorables a los am-plificadores a transistores. Ni qudecir tiene, que el rendimiento delos amplificadores a vlvulas esmuy inferior a los de transistoreshabida cuenta de la potencia de ca-lefaccin del filamento.

AMPLIFICADORES A TRANSISTORES

Los primeros amplificadores atransistores integraban las autora-dios, en donde el factor consumoera dejado de lado. Por esa razn,esos equipos optaban por utilizaruna simple etapa de un transistorde potencia acoplado a transforma-dor a un parlante de 3,2 o 8 Ohm.El circuito no presenta diferenciasfundamentales con respecto al deun pentodo salvo por la excitacin,ya que el transistor a diferencia deuna vlvula puede considerarse co-mo un generador de corriente soloque en este caso tambin debe serexcitado a corriente. Los transisto-res bipolares tienen como parme-tro fundamental al coeficiente deamplificacin de corriente que serepresenta con la letra griega BE-TA. En la figura 3 se puede obser-var un circuito tpico de la salida deun autoradio.

Este circuito tiene dos proble-mas fundamentales. El primero esque la etapa consume tanto con se-al como sin ella. Por esa razn surendimiento es peor a medida quese reduce la seal de salida. El otroproblema es que dado que posee

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Figura 1Figura 1

Figura 2Figura 2

Figura 3Figura 3

un solo transistor de salida el mis-mo debe trabajar todo el tiempo.Desde esta poca existe un siste-ma de clasificacin de los amplifi-cadores de acuerdo al ngulo deconduccin de los transistores. Eneste caso, es evidente que si el am-plificador reproduce una seal sinu-soidal el nico transistor que poseetrabaja todo el tiempo o lo que es lomismo los 360 sexagecimales quegira el generador de esa seal.

Los mismos circuitos push pullque se utilizaron para las vlvulasse emplearon tambin con transis-tores, solo que en estos casos laexcitacin era tambin a transfor-mador. En la figura 4 se puede ob-servar un tpico circuito.

El uso de transformadores fuedejado de lado con circuitos llama-

dos de salida complementaria ocuasicomplementaria con transisto-res bipolares. El problema de reali-zar etapas de salida complementa-rias, es lograr transistores de salidaNPN y PNP con las mismas carac-tersticas. En un principio, la fabri-cacin de los NPN de germanioeran muy compleja y cara. Por esarazn los diseadores encontraronuna salida ms econmica utilizan-do etapas llamadas de simetracuasicomplementaria. En estos cir-cuitos se utilizan dos transistoresPNP de potencia y dos transistorescomplementarios de media poten-cia. Con el tiempo se obtuvierontransistores aptos para produccinde las dos polaridades, a un precioaccesible y los amplificadores com-plementarios se hicieron populares

a potencias del orden de 30W porcanal, que en esa poca se consi-deraban como lo mximo en audio(utilizados con buenos bafles demadera de buen rendimiento del ti-po bass reflex aunque tambin seutilizaron los del tipo infinito que te-nan un rendimiento menor peroms fidelidad). Cuando se comen-zaron a utilizar los transistores desilicio el problema se invirti; ahoralos transistores caros eran los PNP.Por ese motivo los circuitos de si-metra cuasicomplementaria siguie-ron vigentes por mucho tiempo (veala figura 5).

Si el lector desea ampliar susconocimientos sobre este tipo deamplificadores (que se siguen utili-zando an hoy en da por sus ini-gualables prestaciones) puede con-sultar la serie de Worbench Multi-sim del mismo autor que se publicaen esta revista.

All no solo puede encontrar in-formacin de texto y circuitos prc-ticos, sino circuitos simulados quepermiten levantar las caractersti-cas de estos amplificadores conuna PC. Comunquese con el autorsi no tiene instalado el WorkbenchMultisim en su mquina.

Si Ud. desea llegar ms all dela simulacin, tiene la oportunidadde armar un amplificador de poten-cia de ltima generacin, al precioms bajo de plaza y con la posibili-dad de instalarlo en un bafle espe-cial para el que se vender armadoo en forma de kit para armar con to-das las indicaciones. El parlante deeste bafle fue diseado especfica-mente para el amplificador y el ba-fle y es un diseo especial paranuestros lectores completamentefabricado en la Argentina.

Este kit es la respuesta para to-dos aquellos que piensan que ennuestro pas no se puede fabricarnada. Se puede, y nosotros quere-mos ayudar a que se recupere la in-dustria nacional con este pequeoaporte que esperamos sea la si-miente de grandes proyectos nacio-nales.


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Figura 4Figura 4

Figura 5Figura 5

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AMPLIFICADORES A MOSFET

Un MOSFET es el equivalente auna vlvula; en efecto se lo puedeasimilar a un generador de corrien-te controlado por tensin. Mas anse puede considerar que la com-puerta aislada prcticamente noconsume energa simplificndosede este modo en grado sumo el cir-cuito de excitacin. El uso de MOS-FET como componentes de poten-cia, se puso de moda hace un parde aos, pero pronto se dejaron deutilizar por su costo y por su confia-bilidad. Con dos MOSFET en dis-posicin simtrica se puede conse-guir una bajsima distorsin intrn-seca ya que son dispositivos linea-les por naturaleza. Pero con bipola-res y una fuerte realimentacin sepuede conseguir el mismo resulta-do a menor precio. De cualquiermodo, an con MOSFET se debeutilizar una fuerte realimentacinpara reducir la impedancia de sali-da del amplificador. Ya que los par-lantes debe alimentarse con gene-radores de tensin pura para queno provoquen distorsiones propias.No ponemos un ejemplo circuital yaque el mismo sera una copia delde transistores bipolares pero condispositivos MOSFET.

Todos los MOSFET sirvencomo amplificadores de audio?

No, slo sirven aquellos que sedisearon especialmente para eluso en audio de potencia. Porejemplo si usramos un MOSFETdiseado como llave de una fuentepulsada, servira, pero generaradistorsiones que tal vez la reali-mentacin no logre corregir com-pletamente. En el diseo de MOS-FET de potencia se tiene en cuen-ta sobre todo la linealidad entre latensin de compuerta y la resisten-cia de drenaje a fuente (es usualque se considere al MOSFET comoun resistor controlado por tensin).Por eso es un error reemplazar dis-

positivos teniendo en cuenta solo lacorriente y la tensin de trabajo delos MOSFET. El reemplazo debeser por funcin primero y por par-metros mximos despus.

AMPLIFICADORES INTEGRADOS

Existen dos grandes tipos de in-tegrados. Los monolticos y los h-bridos. En los primeros no existencomponentes que se fabriquen in-dependientemente primero y luegose unan sobre un placa base. To-dos se fabrican directamente sobreun substrato de silicio y en el mis-mo proceso de fabricacin se unena componentes vecinos a travs deenriquecimientos localizados delsubstrato. Los integrados monolti-cos se fabrican por procesos foto-grficos y el chip final tiene dimen-siones de algunos milmetros de la-do (pueden ser de 2 x 2 mm porejemplo).

Un dispositivo hbrido es comoun circuito armado en una placa decircuito impreso. Dicho esto en elsentido de que se trata de compo-nentes discretos que se unen de al-gn modo sobre una placa de al-gn tipo. La placa no es la clsicade materiales fenlicos o de fibrade vidrio y los componentes no sonlos clsicos con terminales dealambre. Los componentes puedenser SMD o estar especialmente fa-bricados para el hbrido y se suelenunir entre s con tintas conductoras,o algn otro medio, que no sea laclsica soldadura de estao plomo.

La potencia mxima que sepuede producir con un circuito inte-grado, depende de la construccindel mismo. Los monolticos solopueden llegar hasta 10 o 15W. Msall, la concentracin de calor enun pequeo chip se vuelve peligro-sa. Con tcnicas hbridas se puedellegar a potencias del orden de los50 a 100W con circulacin forzadade aire. Pero la circulacin forzada

es cara y poco segura; una turbinaque se traba puede significar un so-brecalentamiento del amplificador.Esto implica que se deben agregardispositivos de proteccin por so-bretemperatura que corten la ten-sin de fuente en caso de exceso.Yesto a su vez significa que se de-ben usar rels o tiristores de poten-cia porque no debemos olvidar queun amplificador puede consumir 10A y no es fcil conmutar esa co-rriente.

Un dispositivo tpico del tipomonoltico es el famoso TD4001 yun clsico de los hbridos es elSTK4142 II que forma parte del nomenos famoso centro musical AI-WA 330W.

Qu tipo de circuito tiene in-ternamente un STK?

El autor no pudo conseguir elcircuito interno, pero se supone queslo tiene dos salidas complemen-tarias bipolares, una para cada ca-nal. Por supuesto tiene tambin to-dos los circuitos del driver y el pre-driver, ya que entrando con algo de100mV de audio para cada canal yconectando dos fuentes comple-mentarias de alrededor de 35V, sepuede obtener una salida de poten-cia. Adems del hbrido slo se re-quieren unos pocos resistores ex-ternos que forman los circuitos deboostrap y de realimentacin (estoscircuitos no podran ser internosporque con ellos el diseador modi-fica el comportamiento del disposi-tivo en lo que respecta a su ganan-cia y respuesta en frecuencia).

Por qu razn existiendo unhbrido tan verstil y sencillo sesiguen diseando amplificado-res discretos?

Dejando de lado el problema dela potencia mxima, la respuestaes la siguiente:

Porque el precio de un hbridoSTK4142 II es de aproximadamen-te 40 dlares. Esto lo hace absolu-tamente imposible de utilizar por-

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que la misma potencia con transis-tores discretos puede conseguirsegastando unos 10 dlares de mate-riales.

AMPLIFICADORES DARLINGTON SEMIDIGITALES

Y qu se usa en la actuali-dad?

Los hbridos slo sirven hastaunos 100W, ms all slo se pue-den utilizar dispositivos discretossuficientemente separados entre scomo para que el calor no se con-centre en un solo punto. Y aqu en-tramos en la parte ms interesantedel audio de la actualidad.

Los equipos de ms de100W no son todos para uso pro-fesional?

Hasta hace cinco aos s, perola moda de los bafles de plsticosin lana de vidrio y con parlantes de8 pulgadas como mximo requiereuna potencia superior a los 150W(algunos equipos llegan a 300Wpor canal) y nos estamos refiriendoa los watt reales y no a los PMPO.

No puede ser, me dir Ud., ha-gamos un pequeo clculo, parasaber cunta potencia puede sacarun amplificador de salida alimenta-do con fuente partida. Tomemos co-mo ejemplo un AIWA NS70LH. Suamplificador de potencia se alimen-ta con fuentes que dan +72V y72V. Supongamos que la regula-cin de estas fuentes es mala y quecon plena carga pierden un 20% detensin llegando a 58V. Suponga-mos que en los transistores de sali-da caigan unos 3 o 4 volt en cadatransistor; podemos llegar a unatensin efectiva de 50V de fuente,disponibles para generar potencia.La seal que puede salir de esteamplificador tendr como valor depico 50V lo cual quiere decir quepuede salir una sinusoide de50/1,41 V eficaces, es decir unos

35V. Esa tensin eficaz generaruna potencia elctrica de: 35V alcuadrado, dividida por la resistenciadel parlante, que en este caso esde 6 Ohm. La cuenta da la friole-ra de 204 watt por canal a pesar dehaber realizado un clculo pesimis-ta.

Esos 200W son por canal, esdecir que en realidad del equipo de-beran salir 400W, si los dos cana-les estn trabajando con una sealmonofnica. En realidad el rendi-miento de un amplificador bipolarde simetra complementaria prcti-co est en el orden del 70%, es de-cir que la fuente debe entregar un30% ms que los 400W es decir520W. Sin embargo, observando enel respaldo del equipo se puedeleer que el consumo desde la redes de slo 150W.

Y esto qu significa, dir el lec-tor, un amplificador no puede tenerun rendimiento del 520/150 = 3,46,porque el rendimiento mximo te-rico es 1, que equivale al 100%. Unrendimiento del 50% significa quela mitad de la energa elctrica dela fuente se transforma en energade audio y el resto en calor. Un ren-dimiento superior a uno significaque el equipo no calienta sino queenfra.

En realidad lo que ocurre es quela fuente no puede soportar la car-ga mxima del equipo y pierde ten-sin abruptamente muy por debajode una regulacin del 20%. Estacondicin no se puede admitir pormucho tiempo, porque se termina-ra incendiando la fuente. Sin em-bargo, el equipo puede entregaresa potencia en forma de picomientras duren cargados los elec-trolticos de fuente.

Este estado de cosas nos ense-a algo. El rendimiento de la etapade salida no puede ser superior a 1.Pero se encuentra normalmente enun valor del 50% para una etapaclase A trabajando a plena exci-tacin, o en orden del 70% en unaclase B. Si ese rendimiento llega-

ra al mximo terico del 100% lafuente no se achicara mucho, perola disipacin en los transistores depotencia sera nula y no necesita-ramos carsimos disipadores dealuminio o turbinas de ningn tipo.

Al rendimiento del 100% no sepuede llegar, pero en los equiposque nombramos (y en muchosms) se utiliza un sistema llamadosemidigital que reduce el tamaode las fuentes ya que permite llegara rendimientos del orden del 80%.

Y qu es un sistema semidi-gital?

Los primeros amplificadoresusaban una sola fuente positiva,luego se utilizaron dos fuentes endisposicin complementaria, unapositiva y otra negativa del mismovalor. Y actualmente se utilizan 4fuentes; una positiva alta, una posi-tiva baja, una negativa alta y unanegativa baja y por lo general lasbajas tienen una tensin del ordendel 33% de las altas. Por ejemplo sila fuente alta es de 60V la baja esde 20V.

El amplificador de salida utilizala tensin necesaria y no ms. Si laseal de salida est siempre pordebajo de 20V (para nuestro ejem-plo) la nica fuente que se conectaes la de 20V. La otra queda a la es-pera de una mayor seal. Si en de-terminado momento el usuario le-vanta el volumen es posible que serequiera mas de 20V de pico y en-tonces se conectan las fuentes de60V.

Esto no slo ocurre con los ni-veles medios de potencia. Ocurrepunto a punto de la seal de salida.Si por ejemplo la seal de salida esun tono de audio de 1kHz y 60V depico, las fuentes de 60V se conec-tan cuando la tensin instantneasupera los 20V y permanecen co-nectadas hasta que la tensin ins-tantnea se reduzca por debajo de20V. Con los valores instantneosnegativos ocurre otro tanto.

La mejor manera de entender


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este funcionamiento, es a travs decircuitos simulados con el laborato-rio virtual Workbench tal como sepuede observar en la figura 6.

Observe que los transistoresutilizados son realmente circuitosintegrados de potencia que contie-nen dos transistores en disposicinsuperalfa. Esta disposicin es equi-valente a un solo transistor que ten-ga un factor de amplificacin de co-rriente igual al producto de los be-tas de los dos transistores, redu-cindose de este modo la caracte-rsticas del circuito de excitacin.

Para no llenar este artculo deoscilogramas lo invitamos a quebaje el archivo de workbenchCD2661.ewb y vea los oscilogra-mas en su monitor. Abra el circuito.Pulse la llave de la mesa de traba-jo para que comience la simulacin.Observe que las llaves controladaspor tensin comienzan a abrirse ycerrarse. Esas llaves son las quecontrolan la tensin aplicada al am-plificador. Cuando estn hacia la iz-quierda el amplificador se alimentacon 24V y cuando estn a la dere-cha lo hace con 72V.

Tal como est conectado el os-ciloscopio, Ud. puede comparar lasalida de audio con la alimentacinde la fuente negativa. Observe quecada llave se cierra una vez en ca-da ciclo de la seal de salida (en elsemiciclo negativo opera la llave dela izquierda y en el positivo la llavede la derecha). De acuerdo a la ve-locidad de su PC el movimiento es

tan rpido que no se puede apre-ciar este detalle. Si este fuera sucaso le aconsejamos bajar la fre-cuencia de generador de funcionesa 1Hz o a 0,1Hz para observar todoen cmara lenta. Si Ud. realmenteme est siguiendo con un Work-bench en este momento estar ob-servando una especie de circuitoanimado tan simple de comprenderque seguramente nunca ms acep-tar una clase o un artculo sin si-mulaciones.

Cambie la punta roja del osci-loscopio a la fuente del transistorsuperior y observe como vara lafuente positiva. Luego reduzca latensin del generador de funcionespara observar que las llaves dejande moverse por debajo de 20V.

AMPLIFICADORES DIGITALES

Lo ltimo en amplificadores depotencia son los amplificadores di-gitales a PWM. Tratemos de enten-der el nombre. Un dispositivo digitaltrabaja con salidas que son un altoo un bajo, no hay valores interme-dios. Si pudiramos fabricar un par-lante digital tendra tal vez 8 o 16patas de entrada y una pata de ma-sa. Aplicando tensin a una solaentrada el cono se movera un po-co. Aplicando tensin a dos entra-das se movera algo ms y as su-cesivamente hasta poner todas lasentradas en el estado alto en cuyo

caso el cono se movera al mximo.As se iran generando las tensio-nes instantneas de audio. Esta noes una idea terica imposible dellevar a la prctica; es ms, como elautor no puede entender como nose realizaron an dispositivos deese tipo est realizando algunasexperiencias para comprobar suviabilidad.

Pero ese parlante no existe porahora. Sin embargo un circuito inte-grado digital puede generar una se-al PWM equivalente a una sealdigital con la ventaja de que soloempleara una pata de conexin.

Los reparadores estn acos-tumbrados a las seales PWM asque nos ahorramos los comenta-rios sobre las mismas. Ejemplos deseales PWM las tenemos en lassalidas de los servos digitales delos reproductores de CD y fueronestudiadas aqu cuando tratamos elservo de velocidad. En los video-grabadores con servo digitales deltipo utilizado en las videos PANA-SONIC 2010 y similares tambin seutilizan seales PWM como tensio-nes de error de velocidad. Sin em-bargo el uso ms comn son lassalidas de control de brillo, contras-te, color, etc., de la mayora de losTVs. Todas ellas son seales PWMque se transforman en sealesanalgicas con el solo agregado deun filtro a RC, que filtre las compo-nentes de alta frecuencia y deje s-lo el valor medio de la seal PWM.

Pues bien, un amplificador deaudio PWM funciona del mismomodo. El conversor D/A del repro-ductor de CDs tpico se convierteen un D/PWM con un periodo demuestreo idntico al periodo demuestreo de la norma CD es decirde 44,1kHz. Con esa seal PWMse opera una llave de potencia aMOSFET, que est conectada porun lado a la fuente de alimentaciny por otro al parlante, a travs deun filtro de valor medio adecuado ala corriente del parlante.

Para entender los principios de

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funcionamiento, es conveniente es-tudiar primero la forma de generaruna seal PWM partiendo de unaseal analgica, aunque en reali-dad en un equipo moderno comoun CD o un DVD las seales nuncase transforman en analgicas.

Directamente se decodifican co-mo PWM. Luego la filtraremos y lasaplicaremos a un parlante de altaimpedancia (por ejemplo de 1000Ohm). Ver figura 7.

En esta figura el lector puedeobservar como la seal analgicade entrada colocada en el terminalpositivo, se procesa para que apa-rezca como una senoide con ripplesobre el parlante de alta impedan-cia. En realidad lo ms interesantees cmo la seal del generador de1kHz se transforma en una sealPWM en la salida del comparadorideal de tensiones. El autor necesi-tara 1000 palabras para poder ex-plicar la generacin de la sealPWM de periodo de actividad varia-

ble, a razn de 1000 veces por se-gundo que es una fiel representa-cin de la seal senoidal de entra-da. Pero el workbench nos facilitaenormemente las cosas porque laseal se ve como un dibujo anima-do muy fcil de entender. En la figu-ra 8 se puede observar una instan-tnea del proceso de formacin.

Nuestra red RC solo recupera elvalor medio de la PWM y lo hacegenerando un pequeo ripple que

no tiene mayor importancia en uncircuito de demostracin. De cual-quier modo ese ripple es de unafrecuencia de 41kHz y por lo tantocompletamente inaudible. Se ve pe-ro no se escucha.

Se pueden fabricar parlantes detan alta impedancia como 1kHz pe-ro es muy difcil. Esos parlantes uti-lizan un alambre muy fino bobinadoen varias capas y se trata de unatecnologa muy vieja porque se uti-lizaba para amplificadores sintransformador de la poca de lavlvula. En esa poca era Philips elque propugnaba ese tipo de circui-tos con parlantes de 80 Ohm.

En realidad el circuito de aplica-cin no es el mostrado. Ese circuitose muestra solo a ttulo didctico yaque el circuito real funciona conuna red RL tal como se puede ob-servar en la figura 9.

Esa red RL es realmente unparlante en el que se busca aumen-tar la inductancia a los valores indi-cados. Esto es inverso a un parlan-te comn, donde se busca minimi-zar la inductancia y que el parlantese comporte como una carga resis-tiva pura en lo posible.

En dnde est entonces elamplificador de potencia digi-tal?.

No est, no existe tal como loconocemos, se tranform en unallave que se cierra y se abre y queen nuestro circuito est incluida enel comparador de tensin que tiene


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Figura 7Figura 7

Figura 8Figura 8

Figura 9Figura 9

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una muy baja impedancia de salidacapaz de soportar la resistencia decarga del parlante.

Si de circuitos reales se trata, lemostramos el de la figura 10. All elcomparador es real y con una re-sistencia de salida de 50 Ohm. Eneste caso un par de transistorescomplementarios Q1 y Q2 se en-cargan de prestar la baja impedan-cia necesaria para excitar al parlan-te. Este sera el amplificador de po-tencia en su ms mnima expre-sin.

Cules son las ventajas deeste sistema?

En principio el rendimiento. Lasllaves sin resistencia interna y sinfugas no generan calor y los tran-sistores agregados en la figura 10son simples llaves que bien podranser algn moderno MOSFET deconmutacin (no los especiales deaudio que son caros, sino los ade-cuados para fuentes conmutadasque son baratos).Y si las llaves sonperfectas no se calientan y no senecesitan disipadores. El consumoenergtico del mismo equipo no sereduce mucho (tal vez un 30%) pe-ro el equipo no calienta al ambien-te y hace falta menos refrigeracines decir que indirectamente hay unbeneficio. Otro beneficio es que losequipos se achican considerable-mente y eso permite suponer quese podr realizar una integracinen gran escala. Mayor rendimientoy menos calor significa mayor con-fiabilidad porque no hay dilatacio-

nes y contracciones de los chips.Aqu el lector seguramente se

estar preguntando: y dnde estel control de volumen, el control detono, los circuitos reductores de rui-do tipo dolby, la entrada de micrfo-no, el eco, los generadores de rit-mo, los medidores de salida y todala parafernalia que suele poblar unequipo de audio de la actualidad,que menos picar carne hace de to-do? No existen en la forma en quelos conocemos hoy en da. Su ni-ca posibilidad de existencia consis-te en transformarse en dispositivosvirtuales existente con forma de unmicroprocesador que se conectaraentre la salida digital de 16 bits deldecodificador de CD y la entradadel conversor D/PWM.

Qu quiero decir con vir-tual?

Tomemos por ejemplo el casodel control de volumen. Los esta-dos altos de las 16 salidas del de-codificador de CD representan n-meros binarios de 16 bits. Esos n-meros son precisamente las mues-tras de audio que van apareciendoen rpida sucesin y que el autorgusta de considerar como audio vir-tual (en realidad hay dos puertosde audio virtuales porque el siste-ma es estereofnico).

Qu significa amplificar es-tas muestras virtuales de audio?

Significa multiplicarlas por unnmero como lo hara una calcula-dora de mano, slo que mucho ms

rpido y a medida que aparecen losdatos en el puerto de entrada yacumulndolos corregidos en elpuerto de salida. Una atenuacinsignifica un producto por un nme-ro menor a la unidad o un cociente.Esto no es ms que un potenci-metro virtual.

El control de tono es algo mscomplicado, porque la atenuacin oamplificacin dependen de la velo-cidad de variacin de los datos(graves o agudos) que se debenatenuar o amplificar segn una cur-va elegida por el usuario. El Dolbyfuncionara de un modo similar, esdecir que todo se transforma enoperaciones matemticas. Parecetodo muy simple porque al fin y alcabo se trata de un problema deprogramacin.

Sin embargo, la velocidad deoperacin que se requiere para to-dos las correcciones hace que elproblema no pueda ser resuelto enel estado actual de la tcnica. Perono falta mucho, segn la ley de va-riacin de la velocidad de las com-putadoras tal vez en un par de aosse pueda resolver el problema.

Mientras tanto siempre nosqueda el recurso de trasformar lasseales digitales en analgicas,procesarlas como siempre lo hici-mos con dispositivos analgicos yluego transformarla en una sealPWM para amplificarlas con dispo-sitivos de rendimiento casi unitario.Probablemente el ao prximo ten-gamos los primero equipos PWMen un lanzamiento conjunto en todoel mundo, por parte de las compa-as dedicadas a audio y video.

Como conclusin, podemos de-cir que la etapa ms simple deotros tiempos es ahora quizs lams compleja ya que volvi a seruna etapa armada con componen-tes discretos y con circuitos de altorendimiento del tipo cuasidigital.Esto no es algo del futuro. Salvo losamplificadores digitales, que anno llegaron al mercado, todos losotros estn vigentes y son el pro-

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Figura 10Figura 10

blema de todos los das. Los AIWAF9 con el amplificador de potenciadestrozado son algo habitual. Losdaos no son infringidos en un in-tento de sabotaje al cliente; son laconsecuencia de diversos e intilesintentos de reparacin. Pues bien,nosotros le vamos a ensear unmtodo de reparacin infalible conel cual le garantizamos que jamsva a quemar un Darlington o unapista del circuito impreso, ni siquie-ra va a quemar un fusible. Y no lemiento, es imposible que ocurranestas cosas porque los Darlingtonsse sacan del equipo y se guardanhasta que todo est probado y elequipo emita msica (sin potenciapor supuesto) y recin entonces sevuelven a colocar los Darlingtonscuyo valor actual es de 6 a 15 dla-res (y son 4 que se queman juntos).

Amplificador de 60W Reales de Ultima GeneracinEl primer proyecto que encara

un estudiante de electrnica es ca-si siempre un amplificador de au-dio. Del mismo modo un tcnicoque recin comienza con sus activi-dades lo suele hacer comenzandocon la reparacin de equipos de au-dio. Si su idea es comenzar a pro-ducir algn equipo electrnico ennuestro pas, podra ser interesanteincursionar en el tema del audio, yaque se trata de equipos volumino-sos de elevado valor agregado.

Qu amplificador me convie-ne construir?

En audio hay para todos losgustos. Ms an, la editorial me pi-di un kit que sea un proyecto convida propia. Esto significa que Ud.lo puede armar con todos los datosque le damos y le aseguramos queva a cumplir las especificaciones defbrica. Pero tambin le damos:

1) los circuitos, 2) los planos de armado, 3) la lista de materiales, 4) los archivos de Workbench, 5) el servicio de prueba y ajuste

de la unidad construida por Ud. y 6) la posibilidad de que se co-

munique por e-mail para realizar al-guna pregunta sobre el equipo.

Con toda esta ayuda pensamosque el proyecto es ideal para modi-ficar y volver a modificar todas lasveces que Ud. lo desee. Por ejem-plo si Ud. quiere lograr ms poten-cia puede cambiar los disipadores

Ud. se preguntar? para quvoy a comprar el kit en la editorial sipuedo comprar los materiales y ar-marlo por mi cuenta. Porque segu-ramente le va a salir ms caro.Nuestro consejo es: tome la lista demateriales, pregunte los precios ensu proveedor habitual; sume y lue-go venga a comprar el kit 60W en laeditorial.

Cuando llegue el momento defabricar los bafles y comprar losparlantes no deje de consultarnosporque estamos trabajando sobreel tema y pronto saldr un kit conte-niendo un bafle para armar con suparlante y su tweeter a un preciomuy competitivo y todo de industrianacional.

En otras revistas seguramentele entregaran el kit con una mnimaexplicacin sobre el funcionamien-to. Nosotros queremos que Ud. ar-me el amplificador y lo haga funcio-nar pero con pleno conocimiento delo que est haciendo. Por ello, eneste artculo comenzamos a expli-car todo lo correspondiente a losamplificadores de audio moderno.Es decir que no slo le vamos a ex-plicar cmo funciona el circuito delkit. Tambin le vamos a explicar to-do lo relacionado con el audio mo-derno hasta los amplificadores digi-tales tipo PWM.Y dentro de lo posi-ble apoyaremos los artculos conotros kits didcticos funcionales


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Figura 1Figura 111

que le permitirn escuchar msicaen alta fidelidad en su hogar y porel mnimo valor posible.

EL PREAMPLIFICADOR

En la figura 11 se puede obser-var la seccin de entrada del ampli-ficador. Ella tiene la funcin de rea-lizar la amplificacin de tensin delsistema. En lneas generales sepuede decir que la seal original seamplifica primero en tensin, luegoen potencia media y por ltimo enpotencia alta. Las etapas que reali-zan estas funciones se llaman ge-nricamente; preamplificador, exci-tador y salida respectivamente. Eneste apartado vamos a indicar lascaractersticas del preamplificador.

En los equipos ms modernosse utilizan siempre amplificadoresdiferenciales (ver figura 11). La ra-zn de esto debemos buscarla enla baja distorsin total de la etapa.En realidad deberamos decir quelas dos entradas de esta etapa tie-nen una distorsin considerable;

pero la distorsin de una de lassecciones se anula con la otra demodo que la distorsin total es muybaja.

En un amplificador diferenciallas ramas del mismo trabajan en elmodo complementario de corriente.La corriente por ambas ramas es-tn determinadas por el transistorgenerador de corriente Q4 que ge-nera una corriente determinada poruna fuente estable de tensin co-nectada entre la fuente positiva y labase y por el valor del resistor deemisor. La fuente de tensin en es-te caso es el led LED1 que ademsopera como piloto.

La corriente de colector de Q4de aproximadamente 4mA entra alpar diferencial en donde se dividiren dos partes de 2mA cada unaque circulan por Q5 y Q2. El circui-to parecera desbalancearse cuan-do se aplica tensin de entrada pe-ro realmente no es as ya que el cir-cuito de salida y la red de realimen-tacin responden generando unatensin exactamente igual a la deentrada. El resultado es que las co-

rrientes siguen siendo siempre lasmismas (2mA) cualquiera sea elvalor de la tensin de entrada. Si nocolocamos la carga de la etapa ex-citadora estas corrientes son siem-pre iguales ya que las ramas no sepueden diferenciar entre s. Sin em-bargo, el agregado de los transisto-res Q1 y Q3 que forman un circuitoespejo de corriente hace que lascorrientes vuelvan a dividirse pordos an con la carga de la etapaexcitadora.

Observe que el circuito tieneuna perfecta simetra de corriente.Esto significa que la distorsin porvariacin del beta con la corrienteno existe, si los transistores Q2 yQ5 son del mismo tipo. O por lo me-nos se puede asegurar que la dis-torsin es mnima si Q2 y Q5 sonfabricados al mismo tiempo. Si ade-ms Ud. se toma el trabajo de apa-rearlos midiendo el beta de lostransistores este circuito puedeconsiderarse como extremadamen-te lineal.

LA ETAPA EXCITADORA

En un equipo moderno no seutiliza bootstrap. En efecto la reali-mentacin provocada por el elec-troltico de bootstrap es positiva ypor lo tanto se lo puede considerarcomo una fuente de distorsin so-bre todo en baja frecuencia. Elbootstrap es necesario para quelos transistores de salida lleguen auna tensin de salida cercana a lade la fuente positiva. Cuando no seutiliza bootstrap se debe cambiar ladisposicin de la etapa driver demodo que en lugar de resistenciade carga de colector tenga comocarga a un generador de corriente.Ver la figura 12.

La etapa driver est realmenteformada por los transistores Q6 yQ7 en disposicin Darlington con elfin de incrementar la impedancia deentrada para disminuir la carga delpreamplificador. El capacitor C5 ge-

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Figura 12Figura 12

nera un cero en la respuesta parafrecuencias superiores a las audi-bles.

Por lo comn, la carga de estaetapa es un resistor conectado a lafuente positiva. Pero cuando la sali-da de la etapa de potencia comien-za a acercarse a la fuente positiva,este resistor se queda sin tensinaplicada (el terminal superior afuente y el inferior acercndose afuente) esto significa que la salidadeja de subir y se pierde potencia.Para que esto no ocurra el resistorse parte en dos resistores y en launin se conecta un capacitor elec-troltico con el terminal negativo so-bre la salida del amplificador. Estoelimina el problema de la disponibi-lidad de tensin pero genera unadistorsin incompatible con losusos y costumbres actuales.

En nuestro amplificador no usa-mos bootstrap y para reducir el pro-blema de la excursin mxima deseal de salida, reemplazamos laresistencia de carga del excitadorpor una fuente de corriente que uti-liza la misma tensin estabilizadaque el generador de corriente delpreamplificador. El transistor Q5 seencarga de generar una corrientede aproximadamente 10mA que seconservan constantes cualquierasea la tensin de salida. Con estecircuito se puede excursionar la sa-lida hasta aproximadamente 5Vmenos que la fuente.

LA ETAPA DE SALIDA

Si bien existen un par de tran-sistores complementarios 2N3055y 2N2955 el PNP (2955) es ms ca-ro que el NPN (3055) y es el quehabitualmente se quema cuando seponen los bafles en cortocircuito yaque por alguna razn es el ms d-bil del par.

Por esa razn preferimos utilizaruna salida cuasi complementariaque cumple la misma funcin peroa menor costo. En realidad se de-

ben vencer dos barreras por lado locual significa que tambin se per-der disponibilidad pero no tantaque nos obligue a usar un transistorms caro. Ver la figura 13.

Los transistores a utilizar pue-den ser varios pero el kit viene pro-visto con dos 2N3055, TIP31C yTIP32C que cumplen sus funcionescorrectamente y a un bajo costo.Sin embargo, si Ud. lo desea, msadelante puede mejorar las presta-ciones colocando transistores msespecializados.

De izquierda a derecha comen-zaremos la descripcin por el tran-sistor Q3. El mismo cumple la fun-cin de ajustar la tensin entre lasbases de los transistores cuasicomplementarios. De acuerdo a larelacin del divisor de base, se ge-nera una tensin equivalente a cua-tro barreras entre el emisor y el co-

lector de Q3. Como Q3 se encuen-tra trmicamente acoplado con eldisipador de salida; la tensin ge-nerada se ajusta automticamentede modo tal que los transistores desalida tienen una corriente contro-lada de vaco que se puede ajustarentre 2 y 6mA con el potencimetroR1.

Los transistores Q2 y Q4 for-man el transistor NPN simulado yQ3 y Q4 el PNP. Los resistores R6y R7 cumplen la funcin de lineali-zar la impedancia de base de la sa-lida y colaborar en la estabilidadtrmica del conjunto.

Los diodos D2 y D3 son simpleprotecciones contra tensiones queingresan por el cable del parlantecuando se producen cortocircuitoso fugas a cables de alimentacin.Observe que con el agregado delos mismos la tensin de salida


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Figura 13Figura 13

puede variar libre-mente entre lasfuentes negativa ypositiva, pero si latensin de salida ex-cede en ms o enmenos de una barre-ra a las tensiones defuente positiva y ne-gativa, conduce unode los diodos limi-tando la tensin conlos resistores R6 yR7 actuando comolimitadores de co-rriente o fusistores.El diodo D1, sirvepara que el circuitode salida tenga unaperfecta simetra deentrada. Sin l, eldriver vera dos ba-rreras con excursio-nes positivas y slouna con excursionesnegativas.

Un parlantesiempre se conside-ra como una cargaresistiva. Pero enrealidad tiene impor-tantes componentesinductivas que nopueden despreciar-se cuando el parlan-te es excitado confrecuencias eleva-das de audio. Poresa razn se agregala red R8 y C1 quecompensa las carac-tersticas inductivasdel parlante reco-mendado para este amplificador yde la mayora de los parlantes co-merciales.

CIRCUITO COMPLETO Y CARACTERISTICAS MAS IMPORTANTES

Uniendo los tres bloques impor-tantes vistos con anterioridad se lo-

gra un amplificador de excelentescaractersticas, ideal para el audi-filo exigente (vea la figura 14). Perofalta an enumerar una de las sec-ciones mas importantes del amplifi-cador: la red de realimentacin for-mada por R18, R9 y C5. En efecto,si slo acoplramos una etapa a laotra obtendramos un dispositivocon una gran amplificacin, perocon una elevada distorsin y una

pobre respuesta en frecuencia. Lared de realimentacin toma unamuestra de la salida y la realimentaa la entrada con varios fines:

A) Adecuar la sensibilidad a unvalor de 500mV en el punto de re-corte.

B) Reducir la distorsin armni-ca total a niveles inferiores al0,05% a media potencia y

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Figura 14Figura 14C C

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C) obtener una respuesta enfrecuencia de 25 a 20kHz a 3dB.

En cuanto al corte de alta fre-cuencia, puede ser obtenido de di-ferentes modos uno de ellos es larealimentacin desde colector a ba-se del transistor Q3 por C1 y desdela entrada a la salida del excitadorpor C7. Con esto se evita complicarla red de realimentacin de bajos ypoder manejar la respuesta inde-pendientemente.

Las caractersticas resumidasde este amplificador se pueden ob-servar en la tabla de la figura 15.

Como indicacin general pode-mos decir que el amplificador admi-te el uso de una carga de 8 Ohmspero probablemente deban incre-mentarse el tamao de los disipa-dores y cambiar los transistores desalida por otros de mejores caracte-rsticas.

CONCLUSIONES

Esta fue la presentacin denuestro amplificador AUD60W. Porsupuesto que quedaron muchascosas por explicar, pero la idea erapresentarlo en sociedad y creo quecumplimos con creces. El autor y eleditor no saben an si ste es elprimer artculo de una serie o si laserie es de debut y despedida. Entodo caso, si la serie contina en laprxima entrega le explicaremos el

detalle de funcionamiento de cadaetapa y cmo modificarla y probar-la con el Workbench multisim, cmopotenciar la salida, etc., etc.

Todo depende de nuestros lec-tores; si notamos un inters, conti-nuaremos con un mezclador uni-versal con control de tono y protec-cin de sobreexcitacin para com-pletar el proyecto.

AGRADECIMIENTO

Los circuitos presentados enesta serie no fueron creados por elautor, el autor slo realiz la virtua-lizacin con Workbench, aport unaque otra idea para mejorar los pro-yectos y gener los textos y dibujos.Un proyecto, segn lo considera elautor, debe estar realizado por unapersona que se dedique permanen-temente a la especialidad.Yo no ar-mo amplificadores de audio perma-nentemente y aunque soy perfecta-mente capaz de disear un amplifi-cador, seguramente lo voy a dise-ar sin tener en cuenta la experien-cia de campo que existe sobre eltema. Con el tiempo, seguramenteel proyecto tendr las mejoras ade-cuadas para que funcione sin pro-blemas y por un largo tiempo. Sinembargo, de ese modo, es el lectory el hobbista, quien paga por lainexperiencia del diseador y esono es justo.

Huya de los proyectos disea-

dos por gente sin experiencia encualquier campo que sea. ElAUD60W est probado por muchosaos de experiencia de campo enla peor de las condiciones, porquefue diseado por una persona queest todo el da con el audio de po-tencia ya que su trabajo es diseary controlar el audio en una reparti-cin del estado.

Cuando uno est a cargo delaudio de un conferencista o de unpoltico y hay miles de personas es-perando, no se puede depender deque al amplificador se le queme for-tuitamente un transistor. Los equi-pos deben ser fuertes y soportar to-do tipo de cortocircuitos. Por esovaya mi agradecimiento al Wilo quetan gentilmente me brindara los cir-cuitos que se presentan en esta se-rie.

Gracias GUILLERMO NECCO

FICHAS DE CIRCUITOS DE AUDIO

Como ste es un cuaderno es-pecial de audio, queremos que Ud.tenga herramientas para satisfacerel inters de los audifilos. En es-te sentido, damos a continuacinalgunas fichas de circuitos prc-ticos relacionados con esta mate-ria, que fueron publicados en dife-rentes nmeros de Saber Electr-nica.


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Figura 15Figura 15

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MEZCLADOR DE AUDIO EXPMEZCLADOR DE AUDIO EXPANSIBLEANSIBLE

Este mixer presenta caractersticas excelentes para trabajos de poco porte como ser la edicin case-ra de programas de audio, fiestas o realizacin de programas grabados, etc. La respuesta es lineal en labanda audible, y los micrfonos son de baja impedancia, de 100, que pueden usarse en forma directasin necesidad de preamplificadores, ya que el circuito tiene una ganancia bastante buena, del orden de35dB. La salida posee un nivel de seal suficientemente alto para excitar a la mayora de los amplifica-dores comunes de potencia. La alimentacin se efecta a partir de una tensin de 12V, pero con consu-mo de corriente bastante bajo, lo que hace posible aprovechar las fuentes de los amplificadores aunquepuede usarse una fuente independiente. Para mayor versatilidad de operacin, describimos el montajecon potencimetros deslizantes, pero en una versin econmica pueden usarse potencimetros comu-nes. Otra caracterstica importante en este proyecto es el uso de transistores, que facilita las cosas alos lectores con menos experiencia en integrados, si bien su desempeo es similar al de los circuitosms elaborados. El circuito mostrado tiene 3 canales de mezclado que tienen una sola salida para laversin monofnica. Para una versin estreo basta montar dos unidades y alimentar con una sola fuen-te: tendremos entonces 3 canales de entrada para cada canal de salida.

Cada entrada lleva un transmisor amplificador de entrada en la configuracin de emisor comn, esdecir, la seal se aplica en la base del transistor va capacitor y es retirada de su colector va capacitor.El transistor tendr una ganancia determinada bsicamente por la relacin que existe entre el resistor debase, alterarse especficamente, para cambiar las caractersticas del aparato.

Usamos el transistor BC549 en esta etapa de entrada porque este tipo tiene bajo nivel de ruido y altaganancia. Pueden usarse entonces fuentes de pequea intensidad, sin problemas, como micrfonos di-nmicos, cpsulas cermicas, etc.

Cada etapa de amplificacin enva la seal al potencimetro deslizante que controla la intensidad demezcla. Los potencimetros regulan qu porcin de seal mezclan.

Las seales mezcladas se juntan en una sola despus de los potencimetros y se llevan a un ampli-ficador con dos transistores, tambin en la configuracin de emisor simple. La expansin para ms cana-

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les, hasta 5 6, no afecta la impedancia de entrada de la ltima etapa del circuito, de manera que pue-de efectuarse sin problemas.

La fuente de alimentacin de 12V puede ser cualquiera, mientras est bien filtrada y regulada.Los potencimetros son lineales deslizantes de 100k. Una posibilidad para la versin estreo que

hace dependientes los ajustes de entrada es el uso de potencimetros dobles, pero en este caso la pla-ca debe volver a proyectarse.

Es muy importante que los cables de entrada y salida de seal del "mixer" sean blindados para queno se capten zumbidos o realimentaciones que afecten la calidad del sonido.

Para la prueba del circuito, conecte las salidas del "mixer" a las entradas auxiliares de un amplifica-dor de potencia. En las entradas deben conectarse las fuentes de seales que desee.

Coloque inicialmente los potencimetros todos para abajo (mnimo) y conecte las alimentaciones detodos los aparatos. El amplificador debe estar en volumen no muy alto.

Accione cada potencimetro individualmente para verificar su accin en la entrada de seal corres-pondiente. Si lo desea, marque los puntos en que empieza a haber distorsin por sobreexcitacin de ca-da canal para no sobre pasarlos. Si hay distorsin baje el valor de la resistencia de colector con el obje-to de poder utilizar todo el recorrido del potencimetro.

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AMPLIFICADOR DE 750W PMPOAMPLIFICADOR DE 750W PMPOEl amplificador (con el integrado con disipador), entrega una potencia cercana a los 50W con exce-

lente fidelidad, alcanzando una temperatura de unos 60C, razn por la cual es recomendable emplearun pequeo ventilador si se lo va a emplear a plena potencia. El integrado posee tres protecciones in-ternas. La primera proteccin sirve para limitar la potencia mxima de los transistores de salida, la se-gunda proteccin bloquea el funcionamiento del integrado cuando la temperatura de la carcasa superalos 70C y la tercera proteccin impide que el integrado se inutilice en caso de que se cortocircuite la sa-lida accidentalmente. Por otra parte posee un cicuito de muting que hace que el integrado funcionecuando todos los electrolticos estn cargados, esto evita ruidos molestos cuando se pone en marcha elequipo. La tensin mxima de alimentacin es de 30V, la corriente de reposo es de unos 70mA y la co-rriente a plena carga con una impedancia de salida de 4 es de 1,3A. La distorsin total a media poten-cia es inferior a 0,15%. R1 provee al circuito la impedancia de entrada apropiada, mientras que C2 es unfiltro para las seales de RF que pudieran estar presentes enel conector de entrada, de esta manera, la seal desde elpreamplificador se aplica a la pata 5 del circuito integrado.C3 y R2 se utilizan para generar el efecto de muting que im-pide que se escuche el clsico toc cuando se enciende elamplificador. R4 y C6 cumplen la funcin de mejorar las ca-ractersticas del amplificador con el objeto de obtener unamayor potencia de salida, menor disipacin de calor y mayorganancia.

Ampl i f icador de Bajo Ruido y VmetrAmpl i f icador de Bajo Ruido y Vmetr o a Ledso a Leds

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En varias oportunidades he comentado que ms que un diseador de equipos electrnicos me consideroun aceptable intrprete de los manuales de componentes suministrados por las empresas, dado que suelo uti-lizar los circuitos sugeridos en las hojas de datos para comenzar con el proyecto de un circuito en particular.Tambin empleo los montajes que nos hacen llegar nuestros lectores, como ideas que me permiten obtenercircuitos de mejor desempeo.

El proyecto que presentamos surge como una modificacin de un circuito enviado por el lector Victor H-meda quien arm un montaje similar para obtener una salida de potencia para su guitarra elctrica. Al consul-tar las hojas de datos del LM382, me sorprendi el excelente rechazo que puede presentar a seales de ba-ja frecuencia, lo cual me di la idea de modificar el filtro de entrada con el objeto de obtener una unidad quepresente muy bajo ruido a las seales de la red elctrica ya que ste es un problema al que suelen enfrentar-se los msicos que interpretan este instrumento.

El circuito de la figura de arriba consiste en un amplificador para guitarra elctrica de unos 5W de potenciade salida (ms de 70W PMPO) que emplea uno de los dos amplificadores, operaciones de muy bajo ruido quetrae el circuito integrado LM382 y posee un vmetro a leds comandado por un LM3915 que, de alguna mane-ra, es un indicador de la potencia de salida.

La seal procedente del captor de la guitarra elctrica se aplica a la pata no inversora del amplificador ope-racional, teniendo la precaucin de no conectar la pata inversora, sta queda flotante debido a que, posible-mente, el operacional tenga una referencia de masa internamente. Nosotros hemos probado con la colocacinde un resistor de 1M conectado a masa y el desempeo no vari mucho, las caractersticas recin comenza-ron a alterarse cuando el valor de dicho resistor era inferior a los 470k.

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Ampl i f icador de Bajo Ruido y VmetrAmpl i f icador de Bajo Ruido y Vmetr o a Ledso a Leds

El circuito no reviste consideraciones especiales, slo debe tener la precaucin de no modificar en dema-sa el circuito impreso mostrado en la figura dado que, por ser un circuito experimental, no aseguro los resul-tados si se emplea otra configuracin. Con relacin al vmetro a leds, he tenido algn problema para encon-trar una calibracin conveniente pero, con los valores dados en el diagrama los resultados fueron aceptables.Cabe aclarar que ms que un vmetro es un medidor de la potencia de salida de nuestro amplificador dadoque la cantidad de leds que se encendern depender del volumen del amplificador, el cual se puede regularpor medio del resistor R2. Si Ud. prefiere, puede colocar un potencimetro como R2 ya que con l podr regu-lar el volumen del equipo.

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En la figura de arriba puede observarse el esquema elctrico de este proyecto. La ganancia de la eta-pa de entrada, diseada alrededor de A1, puede variarse entre 10 y 20 mediante el potencimetro deajuste P1. El nivel de 0dB a la entrada es de 50mV. La impedancia y capacidad de entrada son 56k y47pF, respectivamente, para permitir la conexin directa de la mayora de los reproductores de CDs y ca-setes. La seccin de con-trol de tonos es una de ti-po Baxandall estndar.Los potencimetros P3 yP4 tienen como finalidadel control de bajos y agu-dos, respectivamente. Elconsumo de corriente delpreamplificador es redu-cido; slo unos 10mA.Cuando el circuito estcorrectamente balancea-do, los puntos de medidadeben estar a una ten-sin cercana a la de ma-sa. En el caso de que sequiera obtener un pream-plificador estreo, habrque duplicar el circuito.

Si bien el TCL272 esfcil de conseguir, puedeemplear dos integradosindependientes con en-trada fet, como el LF356,para lo cual deber cam-biar el lay-out del impre-so.

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Ecual izador de 3 BandasEcual izador de 3 Bandas

Los recursos electrnicos que modifican la curva de respuesta de un sistema de sonido pueden sertiles en diversos casos, como por ejemplo cuando se desea el realce de un instrumento, el trabajo conla voz humana o, incluso, la obtencin de efectos especiales en un ambiente de ciertas propiedadesacsticas. Los boosters y los ecualizadores grficos son dos ejemplos.

Antes de describir nuestro sistema y hablar de sus ventajas, debemos decir qu es un ecualizadorparamtrico.

Un ecualizador permite alterar el ancho de la banda pasante de audio, que es aplicada a la entradade un amplificador y luego reproducida. Centralizando esta banda en los medios podemos tener un real-ce especial para la voz humana y modificar completamente el timbre de ciertos instrumentos.

Esto significa que, intercalando unecualizador entre una fuente de seal y unamplificador, podemos modificar sensible-mente el timbre y la predominancia de cier-tos instrumentos.

Una seal de audio est compuesta porla suma de seales senoidales de frecuen-cias mltiples (Fourier). La proporcin enque estas frecuencias aparecen determinala forma de onda de la seal y, por lo tanto,la caracterstica conocida por timbre.

Modificando la forma de onda de estaseal, por el bloqueo de ciertas armnicasde frecuencias ms bajas y ms elevadasque un cierto valor, modificamos tambin eltimbre.

En la figura 1 tenemos es un filtro acti-

Figura 1

Ecual izador de 3 BandasEcual izador de 3 Bandas

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vo con amplificadores operacionales (3) cuyo factor de calidad (Q) que determina su selectividad puedeser alterado por la accin sobre potencimetros. Los filtros poseen dos valores de capacitores que per-miten centralizar la frecuencia de accin mxima (frecuencia central) en 1000 y 3000Hz aproximadamen-te. Claro que si desea utilizar ms capacitores podr emplear una llave selectora de 2 polos y tantas po-siciones como capacitores tenga, y con esto obtener mayor versatilidad para su ecualizador.

El cuarto integrado (CI-4) es empleado como un buffer para la seal.La fuente de alimentacin deber ser simtrica de 12 a 15V con excelente regulacin y filtrado para

que no aparezcan ronquidos en la seal reproducida.La impedancia de entrada del circuito es del orden de 10k y la sensibilidad alrededor de 100mV. En

la salida obtenemos una seal de aproximadamente 500mV con baja impedancia (150), que permiteexcitar fcilmente la entrada de la mayora de los amplificadores, sin problemas.

Para la fuente de alimentacin, los reguladores pueden ser dotados de pequeos disipadores, ya quela corriente provista es baja.

El ecualizador propuesto puede construirse y comenzar a operar en tan slo una hora. El circuito usaun amplificador operacional de entrada JFET de bajo ruido, LF347 y algunos componentes externos.

La construccin total cuesta aproximadamente $25 (unos 9 dlares).La seal de audio se amplifica en el primer operacional del circuito integrado y se enva a las tres re-

des de separacin de tono. Potencimetros separados controlan las respuestas de graves, del rango me-dio y de agudos. Luego las seales de audio son mezcladas nuevamente por un segundo operacional yaplicadas al preamplificador externo.

Con agregar ms bandas de control incluir ms redes. El circuito, tal como se muestra, est desti-nado a una operacin monoaural.

En la operacin estreo, para duplicar el circuito, simplemente use los dos operacionales restantesdel IC1 (que no aparecen en la figura) y un potencimetro estreo para controlar cada banda de frecuen-cia.

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Medidor de Potencia de AudioMedidor de Potencia de Audio

Proponemos el armado de un simple y reducido indicador de potencia para salida de parlantes. Su pequeotamao y su versatilidad de uso para diferentes potencias de salida hacen que sus posibilidades de uso seanmltiples. Se lo puede instalar tanto en el gabinete del amplificador como en el baffle, con lo cual dispondremosen cada instante de una referencia bastante aceptable de la potencia de salida de nuestro equipo.

El circuito posee siete leds indicadores para la representacin de nivel de potencia que desarrolla cada m-dulo con la posibilidad de "cambiar de escala de indicacin" en funcin de nuestras necesidades.

Para ellos se debe "configurar" una serie de puentes internos en funcin de la impedancia de salida de nues-tro amplificador y su potencia mxima. No necesita alimentacin externa ni interna, es decir, el equipo se ali-menta de las seales de audio de nuestro equipo de sonido. Esto permite reducir considerablemene su tamaoy le permite al instalador, disponer de una libertad que en muchos otros medidores no es posible.

El prototipo est pensado para trabajar con impedancias de entrada, tanto de 4 como de 8 y con potenciasde salida que van desde los 5W hasta los 200W.

El proyecto no dispone de una fuente de alimentacin interna, tradicional en cualquier montaje, ni de conec-tores de entrada especficos para usos determinados (como ocurre con los preamplificadores que poseen en-tradas para diferentes prestadores de seales, ya sea reproductor de CD, cinta, auxiliar, etc.), por lo que nosqueda, como nica fuente de energa, la entrada de seal de audio, como toma de tensin de alimentacin.

R1 fija una impedancia de entrada similar a la de los parlantes que podemos disponer en un equipo de m-sica, realizando de esta manera, la adaptacin de impedancias entre la salida de parlantes de amplificador y laentrada de nuestro medidor de potencia de audio. Posteriormente se hallan los puentes J1 y J2 que son los en-cargados de configurar nuestro medidor de potencia para cada una de las potencias de entrada y las diferentesimpedancias de los parlantes, para lo cual podemos recurrir a lo dado en la tabla 1. El montaje de los diferen-tes puentes (J1 y J2) determinar la sensibilidad de equipo a las seales de entrada.

As cuando tenemos montado J1, la seal del parlante es rectificada por los diodos D1 a D4 y convertida acontinua constante a travs de los capacitores C1 y C2. La funcin de dichos capacitores, aparte de fijar la ten-sin, es la de evitar posibles "rebotes" en los cambios de fase de la seal alterna que nos llega a la entrada. Deesta manera tenemos una tensin continua constante para la alimentacin del circuito. El circuito integrado CI1es un U247B , que est pensado para realizar el control de leds dentro de una determinada escala lineal. As,este circuito es capaz de controlar hasta un total de cinco leds colocados en serie, con lo cual se puede conse-guir una corriente de excitacin de los diodos bastante reducida, ya que es la misma para todos, lo nico quevara es la tensin de control de dichos diodos. Los diodos leds L2 a L6 no se iluminarn hasta que en la pata7 de IC1 no se vayan superando, respectivamente, las tensiones de 0,1V; 0,3V; 0,5V; 0,7V y 0,9V.

ZD2 es el encargado de fijar la tensin de referencia, a partir de la cual comienzan a encenderse los leds.As, el primer diodo led controlado por IC1 no se encender hasta que obtengamos una tensin de alimentacingeneral del circuito de 6V, aproximadamente. R2 y ZD1, por su parte, nos proporcionan la tensin de alimenta-cin de IC1 y fija un mximo de 20V, que es la tensin del diodo zener. As, cuando la tensin rectificada por los

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diodos D1 a D4 supera los 20V, DZ1comienza a conducir y fija la tensinde alimentacin en 20V. La resisten-cia R2 es la encargada de limitar latensin que tenemos a la salida delos diodos rectificadores.

Tenemos siete diodos leds y el cir-cuito IC1 slo controla cinco, por loque necesitamos circuitos adiciona-les para controlar los dos leds quenos faltan. De esto se encargan T1,T3 y sus componentes asociados, poruna parte, y por otra, T2 con R8, ZD3y ZD4. Los dos primeros transistores,junto con D5 y D6, D7 y D8, R5, R6 yR7, forman dos fuentes de corrienteconstante de 8mA, cada una, que nosdan los 16mA que se han elegido co-mo la corriente de activacin del L1.T2 y sus componentes asociados sonlos encargados de la activacin de L7que no se producir hasta que la ten-sin de alimentacin no haya alcan-zado los 24V. Los transistores T1, T2y T3 tienen entre base y masa, dosdiodos colocados en serie. Con ello,la tensin entre dichos puntos va aser constante cuando los diodos estn en conduccin. Si tomamos el ejemplo de T1 o T2, la tensin entre basey masa deber ser de 1,2V, aproximadamente. Al conducir los transistores, la cada de tensin entre base y ma-sa se reparte entre la base y emisor del transistor y la resistencia R7 (o R8), es decir (Vbase-masa = Vb-e +VR7)

Como la tensin entre base y emisor es tambin de aproximadamente 0,6V, nos queda que en R7 (o R8) te-nemos una tensin fija de 0,6V, para poder igualar las tensiones de la otra rama. Con ello, la corriente de emisorqueda fijada en 8mA, aproximadamente. Una vez que hemos visto lo que sucede en el circuito con el puente J1colocado, veamos qu sucede cuando montamos J2. En este caso, los capacitores C1 y C2, as como los dio-dos D1 y D4, trabajan como dobladores de tensin, con lo cual alcanzan mucho ms rpidamente las tensionesde funcionamiento que veamos con J1 colocado. Esto quiere decir que los diodos leds se activarn antes, o loque es igual, hemos aumentado la sensibilidad de nuestro medidor de potencias (medir una potencia mximams baja, tal como vemos en la tabla 1).

El doblador de tensin opera de la siguiente manera: los capacitores se cargan al mximo de la seal de en-trada dando una tensin continua sobre la que se vuelve a superponer la tensin rectificada por los diodos. Es-to quiere decir que con una seal alterna de, por ejemplo, 2V se puede obtener una tensin continua de 4V. Ennuestro caso se traduce en una manera ms fcil de obtener la tensin de funcionamiento del circuito aumentan-do la sensibilidad del mismo, ya que el circuito responde a la excitacin con menores seales de entrada.

Esta posibilidad nos permi-te obtener una segunda escalade medidas de la potencia deaudio de entrada que junto a laposibilidad de trabajar con lasdos impedancias de entradade 4 y 8, nos aumenta lasprestaciones del equipo conmuy pocas variaciones del cir-cuito.

IMPEDANCIA POTENCIA MAX. J1 J2 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

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