MONOGRAFIA AMPLIFICADOR.docx

FACULTAD DE INGENERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA

CIRCUITO AMPLIFICADOR DE LA RADIOALUMNA: Camasca Tijero, Rosa Haydee (12190213)

PROFESOR: Celso Gerónimo Huamán


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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

CIRCUITO AMPLIFICADOR DE LA RADIO

ALUMNA: Camasca Tijero, Rosa Haydee (12190213)


Dedicatoria:

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




INTRODUCCIÓN

Orcad es un software para automatizar el diseño de circuitos electrónicos, su principal ámbito de aplicación es el diseño de circuitos impresos y la simulación de esquemáticos.

El siguiente trabajo realizado trata sobre el diseño e impresión de un circuito amplificador de radio en el programa Orcad, así como también la presentación en físico de dicho

diseño.

El diseño de circuito amplificador utilizado para este trabajo es un circuito que contiene el transistor 2N3055.




INDICECAPÍTULO I – EL ORCAD

1. Historia del orcad.2. Versiones del orcad.3. Funcionamiento del orcad.

CAPÍTULO II – AMPLIFICADOR DE LA RADIOCONCLUSIONESRECOMENDACIONESBIBLIOGRAFÍA

CAPÍTULO I







EL ORCAD1. HISTORIA DEL ORCAD

OrCAD es una suite de herramientas de software propio que se utiliza principalmente para la automatización de diseño electrónico. El software es utilizado principalmente por los ingenieros de diseño electrónico y técnicos electrónicos para crear esquemas electrónicos y grabados electrónicos para la fabricación de placas de circuitos impresos.

El nombre OrCAD es un acrónimo, lo que refleja la empresa y los orígenes 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 convirtió en un proveedor de software de automatización de diseño electrónico de escritorio. En 1984 Durbetaki comenzó a diseñar un chasis de expansión para el IBM PC. Durbetaki, que había salido de Intel Corp., después de cinco años como gerente de ingeniería y proyectos, decidió, junto con los hermanos Keith y Ken Seymour, para iniciar su propia empresa para desarrollar add-on de instrumentación para la PC. "Durbetaki comenzó a crear su propio esquema herramienta para su uso en el proyecto chasis de expansión PC capturar; pero con el tiempo dejó de lado el proyecto de hardware totalmente a favor del desarrollo de software de bajo costo, PC basado en CAD primer producto de la compañía fue SDT, que envió primero a finales de 1985.

En 1986, contrató a Peter OrCAD LoCascio para desarrollar las ventas y co-fundador Ken Seymour dejó la compañía. El producto insignia de SDT fue seguido con un simulador digital, VST y circuitos impresos herramientas de diseño de mesa. Con el tiempo, la línea de productos de OrCAD ampliarse para incluir productos de software basados en Windows para ayudar a los diseñadores de electrónica en el desarrollo de arreglos de compuertas programables en campo, incluyendo dispositivos lógicos programables complejos. Durbetaki, entonces consejero delegado y director de I D, dejó la compañía en la década de 1990. Le sucedió como director ejecutivo de Michael Bosworth.

En junio de 1995, OrCAD adquirió Massteck Ltd., una pequeña empresa que ofrece una herramienta de diseño de la placa de circuito impreso y un trazador sofisticada, inteligente y Systems Japan, KK, distribuidor de OrCAD en Japón. En 1996, OrCAD hizo una oferta pública. A finales de 1997 y principios de 1998, OrCAD e Irvine, CA basada MicroSim Corp. fusionaron, una combinación de negocios que en última instancia resultó ser decepcionante. En 1999, la compañía y sus productos fueron adquiridos por uno de sus antiguos competidores, Cadence Design Systems.




Desde el 16 de julio de 1999, la línea de productos de OrCAD ha sido totalmente propiedad de Cadence Design Systems. OrCAD Layout ha sido descontinuado. La última versión del software de captura de OrCAD CIS esquemática 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 lógicos, ya que PSpice es el simulador de circuitos más utilizados. Intel ofrece a los PCB de referencia diseñados con las herramientas de PCB cadencia en el formato de OrCAD Capture para embebidos y ordenadores personales.

2. FUNCIONAMIENTO DEL ORCAD

Capture permite agrupar todos los recursos que se utilizan en el diseño de un circuito electrónico dentro de un proyecto (Project). El fichero que contiene el proyecto tiene extensión .opj. Dichos recursos pueden estar divididos en carpetas de esquemas, librerías 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 diseño (Design). El fichero que contiene al diseño tiene extensión.dsn. El diseño puede contener varias páginas 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 visualización de todas las carpetas del proyecto, carpetas de diseño, carpetas de esquemas, etc.

- Hierarchy: permite visualizar las relaciones jerárquicas que hay entre las diferentes carpetas de esquemas.

Para la introducción de un esquema eléctrico se hará uso del editor de esquemas




(Schematic Page Editor).

Para la edición gráfica de los componentes que se utilizan en el diseño se hará uso del editor de componentes (Part Editor).

Para la introducción de código VHDL se puede utilizar el editor denominado Programmer’s Editor.

Por cada proyecto existirá una ventana donde aparecerá la lista de todas las operaciones que se realizan en cada sesión de capture (se denomina Session Log).

La ventana de gestión de proyectos contiene las siguientes carpetas:

- Design Resources: Contiene la carpeta del diseño donde están incluidas las diferentes páginas de esquemas y la carpeta Design Cache, a la cual se van incorporando los componentes a medida que se introducen en el diseño. Así mismo contiene una carpeta donde estarán incluidas las librerías que contienen a los componentes utilizados (Library).

- Outputs: En esta carpeta estarán incluidos los ficheros de salida, lista de materiales, lista de conexiones, comprobación de reglas de diseño, etc.

- Pspice Resources: En esta carpeta están incluidos todos los ficheros relacionados con el programa de simulación Pspice.

• Include Files: Estos ficheros son cargados por el simulador antes que el circuito e incluyen comandos de Pspice. Tienen extensión *.inc.

• Model Libraries: Librerías de modelos de simulación de los diferentes componentes. Tienen extensión *.lib.

• Simulation Profiles: Contiene los diferentes perfiles de simulación que haya generado el usuario. Tienen extensión *.sim.

• Stimulus Files: Ficheros de estímulos para simulación de circuitos digitales. Tienen extensión *.stl.

-

CIS es una herramienta que está incluida en ORCAD y permite la gestión de los componentes que se utilizan en un diseño. Esta herramienta permite trabajar al diseñador con bases de datos de componentes locales o remotas que contienen información para los circuitos que se utilizan en un diseño. Dicha información puede incluir códigos de la compañía para los componentes, encapsulados, parámetros técnicos (velocidad, tolerancias, valores máximos y mínimos, etc.) e información relacionada con la compra de




dichos componentes (suministrador, fabricante, precio, etc.).

Simulación de circuitos analógicos, digitales y mixtos (Pspice)

ORCAD 9 incluye cuatro aplicaciones independientes relacionadas con la simulación de circuitos electrónicos analógicos y digitales. Dichas aplicaciones pueden ser ejecutadas desde el menú 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 librerías de modelos de simulación.

- Pspice Optimizer: Es un programa que permite la optimización de circuitos analógicos y digitales. Realiza varias iteraciones hasta ajustar los valores de los parámetros definidos por el usuario para que el conjunto funcione de acuerdo a las especificaciones definidas por el usuario.

- Pspice stimulus Editor: Editor de estímulos para la simulación de circuitos digitales.

No se pueden utilizar los componentes de todas las librerías para realizar el proceso de simulación. Únicamente se pueden simular aquellos componentes que estén definidos en una librería de modelos *.lib y en una librería de símbolos *.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




Creación de un proyecto de simulación 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 <File> <New> <Project>, abriéndose la ventana de diálogo que se muestra a continuación.




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

En esta ventana el programa pregunta qué bibliotecas se desean añadir al proyecto de simulación. Normalmente las bibliotecas que se utilizarán en la asignatura de “Laboratorio de Electrónica 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 sólo deberá añadir al proyecto la biblioteca “74ls.olb”.

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




Edición del esquema en OrCAD Capture

Añadir componentes

Lo primero que se debe hacer es colocar los componentes del circuito que se está diseñando. PART (componente) son un conjunto de elementos electrónicos que están distribuidos en las diferentes bibliotecas y que se pueden extraer uno a uno. La secuencia de captura y disposición de un componente es la siguiente:

<Place> <Part> <Nombre del dispositivo> <OK>

Una vez seleccionado el componente de su biblioteca se tiene que indicar su posición en el circuito que se está diseñando antes de fijarlo definitivamente. Para ello con el ratón se puede desplazar el componente por toda la pantalla. Haciendo clic en el botón izquierdo del ratón se puede colocar el componente en el esquema tantas veces como se desee. Para finalizar, se selecciona <End Mode> en el menú emergente que aparece al hacer clic en el botón derecho del ratón.

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 <Rotate> en el menú emergente que aparece al hacer clic en el botón derecho del ratón. Cada vez que se aplica <Rotate> el componente gira 90º en sentido contrario a las agujas del reloj.

Añadir y etiquetar conexiones (hilos)

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

Una vez que todos los componentes están situados, se puede empezar a realizar las conexiones entre ellos. Para ello se realiza la secuencia <Place> <Wire> y el puntero se transforma en una cruz, lo cual significa que el programa está preparado para dibujar un cable. Se hace clic en el punto donde se desea comenzar la conexión, y se va haciendo clic en cada lugar donde se desee situar un cambio de dirección del cable. Cada clic finaliza un segmento y comienza uno nuevo. La conexión se termina realizando un doble clic o cuando se hace clic en el terminal o pin extremo de la conexión. Una vez realizadas todas las conexiones deseadas, se selecciona <End Wire> en el menú emergente que aparece al hacer clic en el botón derecho del ratón.

Al trazar las conexiones hay que tener cuidado de no pasar el cable por encima de los terminales o pines ya que quedarán todos unidos.El etiquetado de las conexiones permite que queden conectados componentes y cables




que no están conectados físicamente, simplemente adjudicándoles el mismo nombre o Alias. Esta característica resulta muy útil para unir componentes que se encuentran muy alejados en la página de esquema y permite conectar señales situadas en diferentes páginas de esquema dentro de una misma carpeta.

Para etiquetar una conexión se selecciona <Place> <Net Alias> con lo que se abre una ventana de diálogo en la que se introduce en la caja de texto Alias la etiqueta de la conexión (en esta ventana también se puede modificar el color de la fuente y rotar la etiqueta).

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

Añadir y etiquetar buses

Se denomina BUS a un conjunto de hilos de conexión portadores de un dato determinado. Para dibujar un bus en el esquemático, se realiza la secuencia <Place> <Bus> y el puntero se transforma en una cruz, lo que significa que el programa está preparado para dibujar un bus. Se hace clic donde se desea que comience el bus y se mueve el ratón al lugar donde se quiere que finalice. Para finalizar, se selecciona <End Wire> en el menú emergente.

Para hacer conexiones a un bus se etiqueta el bus y las señales que entran o salen del bus. Las señales que entran o salen del bus se conectaran utilizando conexiones del tipo “entrada de bus” (Bus Entry) que se introducen seleccionando <Place> <Bus Entry>. El nombre del bus debe tener el siguiente formato: NombredelBus[x:0], donde x es el bit o señal 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 señales que lo componen son DB3, DB2, DB1 y DB0, siendo DB3 la señal de mayor peso y DB0 la de menor.El etiquetado de los buses se realiza igual que en el caso de los cables, seleccionando




<Place> <Net Alias> e introduciendo en la caja de texto Alias la etiqueta bajo el formato especificado en el párrafo anterior. Situando el cursor sobre cualquier punto del bus queda establecida la correspondiente etiqueta.

Para conectar cables al bus en primer lugar se sitúan las entradas del bus seleccionando <Place> <Bus Entry> apareciendo junto al puntero la entrada del bus a colocar y situándola haciendo clic con el ratón en el punto correspondiente del bus. Después se traza el cable correspondiente que debe ser etiquetado con el nombre del bus seguido del peso de la señal dentro del bus (por ejemplo, DB2).

Añadir entrada digital fija a nivel alto o a nivel bajo

Los símbolos que identifican los niveles altos y niveles bajos de tensión correspondientes con los valores digitales lógicos “1” y “0”, se colocan seleccionando <Place> <Power> o <Place> <Ground>, y a continuación seleccionando los componentes $D_HI (para nivel alto) y $D_LO (para nivel bajo).

Añadir estímulos de entrada

Para introducir al diseño estímulos de entrada que varían en el tiempo se debe seleccionar la secuencia <Place> <Part> <Seleccionar librería SOURCSTM> <Seleccionar componente DigStim?>, donde el símbolo ? se corresponde con el número de hilos del estímulo. Por ejemplo, DigStim1 se utilizaría para introducir un estímulo de un solo hilo, y DigStim8 se utilizaría para introducir un estímulo a un bus compuesto por 8 hilos o señales.

Una vez seleccionado el estímulo correspondiente, se tiene que indicar su posición en el circuito que se está diseñando y se fija haciendo clic en el botón izquierdo del ratón. Hay que fijarse muy bien de que el estímulo queda conectado correctamente al hilo o bus al que se quiere asociar. Para ello se debe realizar la conexión trazando el correspondiente hilo o bus de unión entre el estímulo y el hilo o bus al que se desea asociar.

Después de fijado en el esquema la posición del estímulo, hay que proceder a introducir los datos que lo definen (cómo varía en el tiempo) mediante el programa editor de estímulos (Stimulus Editor). Para ello hay que seleccionar el estímulo digital y realizar la secuencia <Edit> <Pspice Stimulus>, abriéndose una ventana de diálogo donde se tiene que dar nombre al estímulo, seleccionar el tipo de estímulo digital (Clock, Signal o Bus) y el valor inicial. En el caso de elegir un bus hay que indicar el número de hilos que lo forman (cuadro Width), que debe ser el mismo que el número del componente de estímulo utilizado (por ejemplo, 4 para un DigStim4) aunque luego se utilicen menos señales.




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

- Seleccionar el rango de tiempo de visualización en el editor

Para ello se debe realizar la secuencia <Plot> <Axis Settings>, y a continuación seleccionar en la ventana de diálogo que se abre el rango de tiempo a visualizar y la resolución (cada cuanto tiempo se puede realizar una transición en la señal).

- Introducir cambios en el valor de la señal en los tiempos deseados

Para ello se debe realizar la secuencia <Edit> <Add>, seleccionado a continuación un nuevo valor de la señal en el recuadro superior derecho de la ventana (el formato por defecto del valor es hexadecimal, pudiendo cambiar dicha base en <Tools> <Options> <Radix>). Se sitúa




el puntero del ratón en el instante de tiempo donde se desea realizar el cambio y se hace clic en el botón izquierdo.

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

Añadir señales de reloj

Para introducir en el diseño señales de reloj que tienen una frecuencia fija determinada, se debe seleccionar la secuencia <Place> <Part> <Seleccionar librería SOURCE> <Seleccionar componente DigClock>. Una vez seleccionado el estímulo de reloj, se fija su posición en el circuito igual que se hace con los estímulos de entrada explicados en el apartado anterior.

Para seleccionar la frecuencia de la señal de reloj, hay que seleccionar el estímulo de reloj correspondiente y hacer doble clic en el botón izquierdo del ratón (o realizar la secuencia <Edit> <Properties>) para así abrir la ventana de propiedades de dicha señal. En esta ventana se selecciona el campo OFFTIME y se introduce el valor del tiempo en que la señal de reloj tiene que estar a nivel bajo, y se selecciona el campo ONTIME y se introduce el valor del tiempo en que la señal tiene que estar a nivel alto. Por ejemplo, si se quiere obtener una señal de reloj de una frecuencia de 1 MHz (el periodo sería 1 µs), habrá 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 así una señal de reloj con un periodo de 0.5 us + 0.5 us = 1 us.

Identificación de componentes de forma única

El comando Annotate permite identificar los componentes de forma única, asignándoles referencias. Cuando se está 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 está utilizando el elemento A del integrado número 3. Esta referencia es el enlace entre el diseño del esquema y el diseño físico 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 realizará un cálculo de los componentes que se utilizan en el diseño y de cuantos integrados realmente hacen falta para su implementación física, realizando un cambio de las referencias de todos los componentes indicando los elementos que se deben utilizar en el diseño físico e identificando los pines o terminales del integrado que se corresponden con las entradas y salidas de cada componente.

Para realizar esta identificación de componentes, en el Administrador de Proyectos hay que seleccionar el diseño que se quiere anotar. A continuación se selecciona <Tools> <Annotate> con lo que aparece una ventana de diálogo.

En esta ventana hay que seleccionar las opciones Unconditional reference update y




Update ocurrences. Finalmente se hace clic en OK para iniciar la anotación o asignación de referencias.

Presentación de los resultados de la simulación

Selección de las señales que se quieren visualizar

La simulación es realizada por el programa Pspice AD, que es además el encargado de presentar en pantalla los resultados obtenidos.Para señalar los puntos del circuito en los que se desea visualizar la tensión o la corriente se utilizan unas herramientas del editor de esquemas llamadas markers. En el caso de circuitos digitales donde interesa visualizar el nivel lógico de las señales, hay que situar en los puntos deseados del esquema un símbolo de visualización del nivel de voltaje mediante los comandos <Pspice> <Markers> <Voltage Level>.

Simulación del circuito

El primer paso a la hora de simular el comportamiento del circuito es la creación de un perfil de simulación en el que se definen los parámetros de ésta. Para ello se realiza la siguiente secuencia de comandos <Pspice> <New Simulation Profile> <Dar nombre al perfil> <Create>. En la ventana que se abre se debe seleccionar el tiempo de simulación (en el recuadro Run to time) y la resolución (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 anotación o asignación de referencias.

Presentación de los resultados de la simulación

Selección de las señales que se quieren visualizar

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

Para señalar los puntos del circuito en los que se desea visualizar la tensión o la corriente se utilizan unas herramientas del editor de esquemas llamadas markers. En el caso de circuitos digitales donde interesa visualizar el nivel lógico de las señales, hay que situar en los puntos deseados del esquema un símbolo de visualización del nivel de voltaje




mediante los comandos <Pspice> <Markers> <Voltage Level>.

Simulación del circuito

El primer paso a la hora de simular el comportamiento del circuito es la creación de un perfil de simulación en el que se definen los parámetros de ésta. Para ello se realiza la siguiente secuencia de comandos <Pspice> <New Simulation Profile> <Dar nombre al perfil> <Create>. En la ventana que se abre se debe seleccionar el tiempo de simulación (en el recuadro Run to time) y la resolución (en el recuadroMaximum Step Size).

En esta ventana también es interesante, sobre todo en circuitos secuenciales, seleccionar la carpeta Options. Aquí se debe seleccionar como categoría la opción Gate-level Simulation, para después poder definir los tiempos de retardos utilizados en la simulación (dejar por defecto la opción Typical), y la inicialización de los biestables (X para no inicializarlos, 0 para inicialización a nivel bajo, 1 para inicialización a nivel alto). La inicialización de los biestables es muy importante para la simulación de circuitos secuenciales, ya que si no se inicializan los biestables en esta pantalla y en el diseño del circuito tampoco se incluye ninguna señal para inicializar los biestables, entonces el resultado de la simulación dará 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.




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

Una vez creado el perfil de simulación, se puede proceder a la simulación del circuito mediante la secuencia de comandos <Pspice> <Run>, o pulsando sobre el icono 4.

Iconos de acceso rápido

En la parte derecha del editor de esquemáticos hay una regla que muestra una serie de iconos para el acceso rápido a las funciones más utilizadas. En la siguiente figura se muestra dicha regla de iconos y la función de los que se van a utilizar en las prácticas de la asignatura.

Selección




Añadir componente (<Place> <Part>)

Añadir hilo de conexión (<Place> <Wire>)

Etiquetar conexión (<Place> <Net Alias>)

Añadir bus (<Place> <Bus>)

Añadir unión (<Place> <Junction>)

Añadir entrada de bus (<Place> <Bus Entry>)

Añadir nivel alto de tensión (<Place> <Power>)

Añadir nivel bajo de tensión (<Place> <Power>)

Añadir texto (<Place> <Text>)

Siglas para las unidades




A la hora de expresar los tiempos de simulación o la frecuencia de la señal de reloj, los múltiplos 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)

CAPÍTULO 2




AMPLIFICADOR DE RADIO




Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnífica la amplitud de un fenómeno. Aunque el término se aplica principalmente al ámbito de los amplificadores electrónicos, también existen otros tipos de amplificadores, como los mecánicos, neumáticos, e hidráulicos, como los gatos mecánicos y los boosters usados en los frenos de potencia de los automóviles. Amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general sonido. También podría ser luz o magnetismo, etc. En términos particulares, "amplificador", es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la magnitud del volumen. En música, se usan de manera obligada en las guitarras eléctricas y en los bajos, pues esas no tienen caja de resonancia, la señal se obtiene porque las cuerdas, metálicas y ferrosas, vibran sobre una cápsula electromagnética, y esa señal no es audible, pero amplificada por un amplificador (valga la redundancia) suena con su sonido característicos. Mediante su interfaz se le puede agregar distintos efectos, como trémolo, 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 varie la intensidad sonora.

FUNCIONAMIENTO DE UN AMPLIFICADOR DE AUDIO

¿Qué es un parlante? ¿Cuáles son su requerimientos circuitales? ¿Qué potencia tiene un amplificador? ¿Qué sensibilidad tiene un amplificador? ¿Cuál es su distorsión 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 lógico porque la gama de frecuencias en las que funciona un amplificador de audio es la mas baja de la electrónica (20 Hz a 20KHz) y eso permite encarar experiencias practicas con cables largos sin que se produzcan problemas con la inductancias y capacidades parásitas.Además la gama de frecuencias involucradas nos permiten construir nuestros propios instrumentos de medición y prueba sin mayores gastos de dinero y realizando una interesante práctica.

E L P A R L A N T EUn parlante esta compuesto de una campana metálica, un imán (generalmente cerámico) y un cono de papel o de plástico. El borde exterior

http://es.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%A9molo

http://es.wikipedia.org/wiki/Bajo_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Guitarra_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vil

http://es.wikipedia.org/wiki/Booster

http://es.wikipedia.org/wiki/Gato_mec%C3%A1nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica

http://es.wikipedia.org/wiki/Neum%C3%A1tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_electr%C3%B3nico




del cono está sujeto a la campana con un montaje elástico de goma o con un ondulado del mismo material del cono que le confiere la posibilidad de moverse hacia adelante y hacia atrás alrededor de un punto de equilibrio mecánico.

Desde el punto de vista técnico, un parlante es un transductor electroacústico. Recibe energía eléctrica y la transforma en energía mecánica que mueve el cono generando energía acústica por compresión y expansión del aire.Ahora vamos a analizar como se realiza esa transferencia energética primaria de eléctrica en mecánica. Para entenderlo debemos introducirnos en el parlante y realizar un corte a nivel del imán.

El imán cerámico 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 móvil, de modo que esta tenga un huelgo para que pueda deslizarse verticalmente.

La pieza polar interna, es una gran arandela de hierro que sierra el camino magnético de modo que solo quede un pequeño entrehierro que atraviesa la bobina móvil.

La araña es una pieza elástica que completa la suspensión del cono de modo que pueda entrar y salir del núcleo cilíndrico sin rozar en el mismo.

En la figura 3 se puede observar un detalle de la interacción entre el campo magnético de la bobina móvil y el del circuito magnético fijo.

http://electronicacompleta.com/lecciones/amplificador-de-potencia-de-audio/attachment/amplificadores-1/





El espacio existente entre el borde interno de la arandela que hace de pieza polar superior y el núcleo cilíndrico se llama entrehierro. Es un lugar abierto donde existe un enorme campo magnético radial que va desde la arandela hasta el núcleo y por dentro este hacia abajo y luego hacia fuera hasta completar un circuito magnético cerrado alimentado por el imán.

La bobina móvil esta recorrida por una corriente entregada por el amplificador de audio que genera otro campo magnético en el núcleo de hierro.

Los dos campos magnéticos paralelos dentro del núcleo interaccionan entre si generando una fuerza que mueve al cono en proporción a la corriente circulante por la bobina.

El rendimiento de un parlante se calcula como la potencia eléctrica entregada al mismo dividida por la potencia mecánica que sale del parlante. Y la potencia eléctrica entregada al parlante es igual a la tensión aplicada a la bobina móvil multiplicada por la corriente que circula por ella. Los parlantes tiene uniformada la resistencia de su bobina móvil en dos valores clásicos de 4 y de 8 Ohms (los parlantes muy antiguos pueden ser de 3,2 Ohms).Esto implica que los amplificadores se pueden comparar de acuerdo a su resistencia de carga y a su tensión de fuente y a continuación vamos a realizar un análisis de ese tipo, que no permitirá desenmascarar a una gran cantidad de embaucadores que tiene esta especialidad de la electrónica que es el audio de potencia.





P o t e n c i a s d e l o s a m p l i f i c a d o r e s d e a u d i o

Un amplificador de audio tiene que cumplir siempre con las leyes de la termodinámica. 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 fácilmente por tratarse de una unidad acústica (llamada presión sonora) muy difícil 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 Ohms y lo mide con el tester predispuesto como óhmetro, encontrará que tiene alrededor de 6,5 Ohms. Esto suele desconcertar a los enconadores de parlante que terminan realizando un trabajo aproximado o muchas veces exacto pero sin saber el porque.Si observa la construcción de un parlante puede ver que tiene una “bobina móvil” y no una “resistencia móvil”. En efecto si tomamos un alambre y los bobinamos sobre un núcleo 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 debería ser un R L C pero el C se puede despreciar en prácticamente 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 Ohms” o “Impedancia de 4 Ohms” cuando realmente se debería decir “Reactancia Inductiva de 8 Ohms a 1 KHz”.

A m p l i f i c a d o r e s c o n u n a s o l a t e n s i ó n d e f u e n t e ( p o r e j e m p l o 1 2 V )

Debemos tener en cuenta que si la fuente es de 12V la tensión pico a pico de la salida será de 12V también y por lo tanto la tensión eficaz será de 6/1.41V como máximo es decir 4,25V y la potencia desarrollada sobre una carga de 4 Ohms será de(4,25)2 /4 = 4,51 Wy con 8 Ohms de carga de 2,25W




Para los que gustan de las matemáticas les decimos que la fórmula de calculo para la potencia en función de la tensión de fuente esP=(V/2 x1,41)2/ Zen donde V = tensión de fuente y Z = impedancia del parlante

A m p l i f i c a d o r e s c o n t e n s i ó n p o s i t i v a s y n e g a t i v a s ( p o r e j e m p l o 2 4 V )

La tensión total aplicada es de 48V y el valor de pico es de 24, con lo cual el valor eficaz será de24/1,41 = 15VEn este caso la potencia desarrollada sobre una carga de 8 Ohms será de152 /8 = 28Wy para una carga de 4 Ohms de 56W.Estos son valores máximos absolutos que nos garantizan que no sale mas potencia que la que entra, pero son imposibles de conseguir porque los componentes que se encargan de controlar la corriente que circulará por el parlante no llegan a tener cero Ohms cuando están conduciendo ni un valor infinito cuando están abiertos.La fórmula es la misma que en el caso anterior pero considerando queV = V1+V2en donde V1 es la tensión positiva y V2 la tensión negativa.

L a e t a p a d e s a l i d a d e a u d i o g e n é r i c a¿Ud. sabe de donde proviene el nombre transistor? Según su inventor es una conjunción de trasmisión y resistor. El quería 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 excitación de un parlante en su modo mas sencillo puede ser la representada en la figura 5 en donde colocamos un potenciómetro (asimílelo a dos resistores en serie de valor variable) y una fuente de tensión continua.





Si llevamos el potenciómetro al máximo el cono se mueve y se va a su posición extrema hacia fuera o hacia adentro y si lo lleva a la posición mínima se va a la posición de reposo.Nota: esto es algo simbólico para aclarar el tema pero no debe ser realizado en la realidad; porque la bobina móvil está recibiendo una energía eléctrica que no puede transformar en energía mecánica, ya que luego del cambio inicial de posición del cono, el aire se desplaza permanentemente y no hay presión sonora. Esto significa que entra energía pero no sale y esto implica la generación de calor que calienta la bobina móvil.Ahora imagínese que Ud. realiza el movimiento del potenciómetro a tal velocidad que genera una señal de 1 KHz. Ahora si el cono presiona el aire 1.000 veces por segundo y Ud. escucha un sonido. ¿Y si mueve el potenciómetro 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 dirección. A lo sumo generaríamos un semiciclo de una sinusoide.El problema se puede resolver de dos modos diferentes. El primero es usando un capacitor electrolítico tal como lo indicamos en la figura 6.

Fig.6 Etapa de salida genérica con capacitor de acoplamientoComencemos el ejercicio con el potenciómetro en la mitad de su recorrido. Como se puede observar, allí la tensión es igual a 6V. Del otro lado del capacitor la tensión es nula porque el parlante está conectado a masa. Es decir que el capacitor está cargado con 6V. La capacidad del mismo tiene que ser suficientemente alta como para que siempre conserve ese valor de tensión aproximadamente; aunque como vamos a ver esta recorrido por una CA.Cuando Ud. lleva el potenciómetro 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 los sinusoide. Cuando el potenciómetro está arriba el





capacitor se carga, cuando esta abajo se descarga. Si es suficientemente grande su tensión 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 calculo aproximado por constante de tiempo, es decir que hacemos una constante de tiempo con la resistencia del parlante y el capacitor incógnita. Por ejemplo 50 mS o 0,05S para hacer número redondos. Es decir que RC = 50 mS de donde se deduce que con R de 8 Ohms 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 cálculo aproximado es mejor utilizar el Workbench Multisim para hacer un calculo 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 Ohms.

La respuesta en frecuencia se mide moviendo el cursos del analizador de Bode hasta que la señal 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 mas 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 posible con osciloscopio, vatímetro y tester para observar las características completas de nuestro circuito con una fuente de 12V y una carga de 8 Ohms.

M e d i c i o n e s s o b r e e l c i r c u i t o d e s a l i d a

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





Primero vamos a analizar los puntos donde se realizan las mediciones.1. El osciloscopio lo conectamos sobre la salida de señal del amplificador,

que en este caso está reemplazado con un generador de funciones.2. Como estamos imitando un amplificador con una fuente de 12V de CC,

la señal (de color naranja o gris claro en blanco y negro) la ajustamos para que cubra una tensión 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 extraño de indicar la amplitud pico a pico).

4. El offset debe ajustarse para que la tensión de salida fluctúe entre 0V y 12V y esto ocurre con una tensión offset de 6V.

5. La frecuencia de medición se elige en 1 KHz que es el valor standard utilizado en audio.

6. El tester está midiendo la salida del amplificador y si lo abriéramos indicaría una CA de 4,24V que es el valor eficaz de una señal senoidal con un valor de pico de 6V.

C i r c u i t o s c o n d o b l e f u e n t eComo vimos en el punto anterior, cuando se alimenta un amplificador con una fuente única, la salida en reposo (sin señal de audio en la entrada) queda en la mitad de la tensión de fuente (por ejemplo 6V en los amplificadores para automóviles con batería de 12V). Esto implica el uso de un capacitor electrolítico relativamente grande y caro o una importante perdida de señal en bajas frecuencias. La solución es una complejidad mayor de la fuente pero una simplificación 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 potenciómetro que cumple con este criterio.

En este caso la condición de reposo de salida es con tensión nula (potenciómetro 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 disposición los amplificadores siempre tienen una protección contra el desbalance de la salida.En este circuito cuando el potenciómetro está en el extremo superior la corriente circula hacia abajo por la resistencia de carga y cuando esta en el extremo inferior circula para arriba ya que se adopta el sentido convencional de la circulación de corriente como del positivo al negativo.En la figura 11 mostramos los oscilogramas correspondientes a esta disposición considerando que las fuentes son de 12V y que la resistencia de carga es de 8 Ohms.Nota: no conectamos el medidor de Bode porque la respuesta se extiende hasta 0 Hz es decir CC.

Ahora podemos observar que la señal de salida tiene una posibilidad de excursionar desde -12V hasta +12V es decir una tensión 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 tensión esta elevada al cuadrado. Intuitivamente podemos decir que al aumentar la tensión al doble sin cambiar la resistencia de carga se duplican en ella tanto la tensión como la corriente y esto implica un incremento doble de la potencia que para nuestro ejemplo llega a 8,96W aprox. 9W.

TRANSISTOR 2N3055El 2N3055 es un transistor NPN de potencia diseñado para aplicaciones de propósito general. Fue introducido en la década de 1960 por la firma estadounidense RCA usando el proceso hometaxial para transistores de potencia, que luego pasó a una base epitaxial en la década de 1970.1 Su numeración sigue el estándar JEDEC.2 Es un transistor de potencia muy utilizado en una gran variedad de aplicaciones.

http://es.wikipedia.org/wiki/2N3055#cite_note-2

http://es.wikipedia.org/wiki/JEDEC

http://es.wikipedia.org/wiki/2N3055#cite_note-ieee48_11_2477-1

http://es.wikipedia.org/wiki/Epitaxia

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Hometaxial&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_NPN

CAPÍTULO III




PROYECTO: CIRCUITO AMPLIFICADOR DE RADIO IMPERIAL O NOVA




OBJETIVO:

Diseño e impresión 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 diseñamos en el

programa OrCAD siguiendo los pasos anteriormente vistos para utilizar este programa, con el que tendremos nuestro diseño en PCB el cual mandaremos imprimir nuestra placa en fibra de vidrio.

Teniendo nuestro diseño del circuito en la placa de fibra de vidrio pasaremos a soldar todos los componentes requeridos para este circuito.

Nuestro circuito nos quedara asi:




Colocando el parlante conectado al circuito nuestro diseño debe funcionar según lo indicado.




CONCLUSIONES

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

RECOMENDACIONES Al diseñar el circuito en OrCAD debmos 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.




BIBLIOGRAFIA

Documents

MONOGRAFIA AMPLIFICADOR.docx