INTRODUCCION

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

En el momento actual, la técni-ca de la reproducción de CD pasapor una etapa realmente extraña.Por fin el hombre cuenta con un sis-

tema excelente para guardar músi-ca (y datos por extensión) de alta fi-delidad y a un costo muy reducido.En efecto, el disco CD tiene prácti-camente un costo que se corres-ponde con los derechos de autor,de interpretación, de distribución, laganancia de la casa de músicadonde se vende y la ganancia delsello grabador.

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

vos para fabricación en gran esca-la. La distorsión y el ruido, desde eldisco hasta el conversor D/A, esprácticamente despreciable. Pero apartir de allí la cadena digital setransforma en analógica y los cir-cuitos agregados generan tanto rui-do y distorsión como siempre. Yademás, esa sección (nos referi-mos al amplificador de potencia y alos parlantes) es la más cara de to-do el equipo. Tan es así, que allísuele estar el talón de Aquiles delsistema porque las empresas quedominan este mercado (Coreanas

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

Artículo de Tapa

Cuaderno Especial de AudioPresentamos el Nuevo Kit“POWER60W”:Amplificador de Potenciade Audio de Nueva Generación 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 picernoa@fullzero.com.ar

Los archivos e información adi-

cional están en nuestra web,

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 mecánicoentre el cono de ese parlante y eltímpano del usuario se realiza a tra-vés del aire y se requiere una ade-cuada compresión del mismo paratransportar importantes potenciasacústicas. Con esos diminutos par-lantes el rendimiento acústico delbafle es muy bajo.

Para aumentar la potenciaacústica hay dos caminos posibles.Aumentar el rendimiento del bafleusando parlantes de mayor tama-ño, lo cual significa gastar muchodinero; o aumentar la potencia eléc-trica que entrega el amplificador yseguir utilizando los mismos pe-queños bafles con bajo rendimien-to. Aunque parezca extraño el crite-rio adoptado universalmente es elsegundo y el hombre vuelve a equi-vocarse una vez más a la hora deutilizar los recursos energéticos denuestro vapuleado planeta. Tal vezsi la industria estuviera dominadapor el mercado común europeo lahistoria sería otra. Por lo general lospueblos europeos son respetuososdel medio ambiente, pero la indus-tria electrónica se cocina en orientey allí parece que sólo interesa elbeneficio económico. Si es más 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 energéti-cos, renovables o no renovables,pero que paga de su bolsillo cadavez que viene la cuenta de energíaeléctrica.

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

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

Comenzaremos dando una pre-sentación histórica del tema, apo-yados por circuitos reales debida-mente virtualizados en el Work-bench. Observaremos cómo fueroncambiando los amplificadores deaudio en función del tiempo y de loscomponentes que se conseguíanen cada época. Aconsejamos allector que no se quede sólo con lalectura pasiva del artículo. Si Ud. notiene instalado un laboratorio virtualen su computadora está totalmentedetenido en el tiempo. Todos los cir-cuitos de este artículo son funcio-nales y sólo se requiere un Work-bench 5.1 o un Multisim para poderobservar su funcionamiento con losinstrumentos virtuales.

Si aún no tiene instalado unWorkbench en su PC escríbale une-mail al autor planteándole 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 válvula termoiónica.Para los más jóvenes recordemosque la válvula termoiónica es un

dispositivo que genera una corrien-te de placa que es función de latensión aplicada a su grilla de con-trol. La característica 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 resistencia“ohm” leída al revés).

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

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

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

Los transformadores son dispo-sitivos que se caracterizan porquegeneran distorsión de las señales

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que acoplan. Esta distorsión sepuede reducir, pero jamás se pue-de eliminar porque es una caracte-rística propia del hierro utilizado pa-ra la laminación. Sin embargo, utili-zando disposiciones en push pull,se pueden anular las componentesimpares de las señales distorsiona-das, simplemente porque se anulanentre sí en las dos mitades deltransformador. Esto invitó a los di-

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

Actualmente, existe una co-rriente de usuarios que defiende alos amplificadores a válvulas, 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 combinaciónde 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 más dulce con un contenidoarmónico que “suena mejor”. Lasmediciones de distorsión, ruido,respuesta en frecuencia y potenciaRMS y de pico son, sin embargo,ampliamente favorables a los am-plificadores a transistores. Ni quédecir tiene, que el rendimiento delos amplificadores a válvulas esmuy inferior a los de transistoreshabida cuenta de la potencia de ca-lefacción del filamento.

AMPLIFICADORES A TRANSISTORES

Los primeros amplificadores atransistores integraban las autora-dios, en donde el factor consumoera dejado de lado. Por esa razón,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 excitación,ya que el transistor a diferencia deuna válvula puede considerarse co-mo un generador de corriente soloque en este caso también debe serexcitado a corriente. Los transisto-res bipolares tienen como paráme-tro fundamental al coeficiente deamplificación de corriente que serepresenta con la letra griega BE-TA. En la figura 3 se puede obser-var un circuito típico de la salida deun autoradio.

Este circuito tiene dos proble-mas fundamentales. El primero esque la etapa consume tanto con se-ñal como sin ella. Por esa razón surendimiento es peor a medida quese reduce la señal 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 época existe un siste-ma de clasificación de los amplifi-cadores de acuerdo al ángulo deconducción de los transistores. Eneste caso, es evidente que si el am-plificador reproduce una señal sinu-soidal el único transistor que poseetrabaja todo el tiempo o lo que es lomismo los 360° sexagecimales quegira el generador de esa señal.

Los mismos circuitos push pullque se utilizaron para las válvulasse emplearon también con transis-tores, solo que en estos casos laexcitación era también a transfor-mador. En la figura 4 se puede ob-servar un típico 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-terísticas. En un principio, la fabri-cación de los NPN de germanioeran muy compleja y cara. Por esarazón los diseñadores encontraronuna salida más económica utilizan-do etapas llamadas de simetríacuasicomplementaria. En estos cir-cuitos se utilizan dos transistoresPNP de potencia y dos transistorescomplementarios de media poten-cia. Con el tiempo se obtuvierontransistores aptos para producciónde las dos polaridades, a un precioaccesible y los amplificadores com-plementarios se hicieron populares

a potencias del orden de 30W porcanal, que en esa época se consi-deraban como lo máximo en audio(utilizados con buenos bafles demadera de buen rendimiento del ti-po bass reflex aunque también seutilizaron los del tipo infinito que te-nían un rendimiento menor peromás fidelidad). Cuando se comen-zaron a utilizar los transistores desilicio el problema se invirtió; ahoralos transistores caros eran los PNP.Por ese motivo los circuitos de si-metría 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 aún hoy en día por sus ini-gualables prestaciones) puede con-sultar la serie de Worbench Multi-sim del mismo autor que se publicaen esta revista.

Allí no solo puede encontrar in-formación de texto y circuitos prác-ticos, sino circuitos simulados quepermiten levantar las característi-cas de estos amplificadores conuna PC. Comuníquese con el autorsi no tiene instalado el WorkbenchMultisim en su máquina.

Si Ud. desea llegar más allá dela simulación, tiene la oportunidadde armar un amplificador de poten-cia de última generación, al preciomás bajo de plaza y con la posibili-dad de instalarlo en un bafle espe-cial para el que se venderá armadoo en forma de kit para armar con to-das las indicaciones. El parlante deeste bafle fue diseñado específica-mente para el amplificador y el ba-fle y es un diseño especial paranuestros lectores completamentefabricado en la Argentina.

Este kit es la respuesta para to-dos aquellos que piensan que ennuestro país no se puede fabricarnada. Se puede, y nosotros quere-mos ayudar a que se recupere la in-dustria nacional con este pequeñoaporte 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 válvula; en efecto se lo puedeasimilar a un generador de corrien-te controlado por tensión. Mas aúnse puede considerar que la com-puerta aislada prácticamente noconsume energía simplificándosede este modo en grado sumo el cir-cuito de excitación. El uso de MOS-FET como componentes de poten-cia, se puso de moda hace un parde años, pero pronto se dejaron deutilizar por su costo y por su confia-bilidad. Con dos MOSFET en dis-posición simétrica se puede conse-guir una bajísima distorsión intrín-seca ya que son dispositivos linea-les por naturaleza. Pero con bipola-res y una fuerte realimentación sepuede conseguir el mismo resulta-do a menor precio. De cualquiermodo, aún con MOSFET se debeutilizar una fuerte realimentaciónpara reducir la impedancia de sali-da del amplificador. Ya que los par-lantes debe alimentarse con gene-radores de tensión pura para queno provoquen distorsiones propias.No ponemos un ejemplo circuital yaque el mismo sería una copia delde transistores bipolares pero condispositivos MOSFET.

¿Todos los MOSFET sirvencomo amplificadores de audio?

No, sólo sirven aquellos que sediseñaron especialmente para eluso en audio de potencia. Porejemplo si usáramos un MOSFETdiseñado como llave de una fuentepulsada, serviría, pero generaríadistorsiones que tal vez la reali-mentación no logre corregir com-pletamente. En el diseño de MOS-FET de potencia se tiene en cuen-ta sobre todo la linealidad entre latensión de compuerta y la resisten-cia de drenaje a fuente (es usualque se considere al MOSFET comoun resistor controlado por tensión).Por eso es un error reemplazar dis-

positivos teniendo en cuenta solo lacorriente y la tensión de trabajo delos MOSFET. El reemplazo debeser por función primero y por pará-metros máximos después.

AMPLIFICADORES INTEGRADOS

Existen dos grandes tipos de in-tegrados. Los monolíticos y los hí-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 fabricación se unena componentes vecinos a través deenriquecimientos localizados delsubstrato. Los integrados monolíti-cos se fabrican por procesos foto-gráficos y el chip final tiene dimen-siones de algunos milímetros de la-do (pueden ser de 2 x 2 mm porejemplo).

Un dispositivo híbrido 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-gún modo sobre una placa de al-gún tipo. La placa no es la clásicade materiales fenólicos o de fibrade vidrio y los componentes no sonlos clásicos con terminales dealambre. Los componentes puedenser SMD o estar especialmente fa-bricados para el híbrido y se suelenunir entre sí con tintas conductoras,o algún otro medio, que no sea laclásica soldadura de estaño plomo.

La potencia máxima que sepuede producir con un circuito inte-grado, depende de la construccióndel mismo. Los monolíticos solopueden llegar hasta 10 o 15W. Másallá, la concentración de calor enun pequeño chip se vuelve peligro-sa. Con técnicas híbridas se puedellegar a potencias del orden de los50 a 100W con circulación forzadade aire. Pero la circulación forzada

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

Un dispositivo típico del tipomonolítico es el famoso TD4001 yun clásico de los híbridos es elSTK4142 II que forma parte del nomenos famoso centro musical AI-WA 330W.

¿Qué tipo de circuito tiene in-ternamente un STK?

El autor no pudo conseguir elcircuito interno, pero se supone quesólo tiene dos salidas complemen-tarias bipolares, una para cada ca-nal. Por supuesto tiene también 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. Además del híbrido sólo se re-quieren unos pocos resistores ex-ternos que forman los circuitos deboostrap y de realimentación (estoscircuitos no podrían ser internosporque con ellos el diseñador modi-fica el comportamiento del disposi-tivo en lo que respecta a su ganan-cia y respuesta en frecuencia).

¿Por qué razón existiendo unhíbrido tan versátil y sencillo sesiguen diseñando amplificado-res discretos?

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

Porque el precio de un híbridoSTK4142 II es de aproximadamen-te 40 dólares. 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 dólares de mate-riales.

AMPLIFICADORES DARLINGTON SEMIDIGITALES

¿Y qué se usa en la actuali-dad?

Los híbridos sólo sirven hastaunos 100W, más allá sólo se pue-den utilizar dispositivos discretossuficientemente separados entre sícomo para que el calor no se con-centre en un solo punto. Y aquí en-tramos en la parte más interesantedel audio de la actualidad.

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

Hasta hace cinco años sí, perola moda de los bafles de plásticosin lana de vidrio y con parlantes de8 pulgadas como máximo 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 dirá Ud., ha-gamos un pequeño cálculo, parasaber cuánta 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 y–72V. Supongamos que la regula-ción de estas fuentes es mala y quecon plena carga pierden un 20% detensión llegando a 58V. Suponga-mos que en los transistores de sali-da caigan unos 3 o 4 volt en cadatransistor; podemos llegar a unatensión efectiva de 50V de fuente,disponibles para generar potencia.La señal que puede salir de esteamplificador tendrá como valor depico 50V lo cual quiere decir quepuede salir una sinusoide de50/1,41 V eficaces, es decir unos

35V. Esa tensión eficaz generaráuna potencia eléctrica 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 cálculo pesimis-ta.

Esos 200W son por canal, esdecir que en realidad del equipo de-berían salir 400W, si los dos cana-les están trabajando con una señalmonofónica. En realidad el rendi-miento de un amplificador bipolarde simetría complementaria prácti-co está en el orden del 70%, es de-cir que la fuente debe entregar un30% más que los 400W es decir520W. Sin embargo, observando enel respaldo del equipo se puedeleer que el consumo desde la redes de sólo 150W.

Y esto qué significa, dirá el lec-tor, un amplificador no puede tenerun rendimiento del 520/150 = 3,46,porque el rendimiento máximo teó-rico es 1, que equivale al 100%. Unrendimiento del 50% significa quela mitad de la energía eléctrica dela fuente se transforma en energíade audio y el resto en calor. Un ren-dimiento superior a uno significaque el equipo no calienta sino queenfría.

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

Este estado de cosas nos ense-ña 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-tación, o en orden del 70% en unaclase “B”. Si ese rendimiento llega-

ra al máximo teórico del 100% lafuente no se achicaría mucho, perola disipación en los transistores depotencia sería nula y no necesita-ríamos carísimos disipadores dealuminio o turbinas de ningún tipo.

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

¿Y qué es un sistema semidi-gital?

Los primeros amplificadoresusaban una sola fuente positiva,luego se utilizaron dos fuentes endisposición 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 tensión del ordendel 33% de las altas. Por ejemplo sila fuente alta es de 60V la baja esde 20V.

El amplificador de salida utilizala tensión necesaria y no más. Si laseñal de salida está siempre pordebajo de 20V (para nuestro ejem-plo) la única fuente que se conectaes la de 20V. La otra queda a la es-pera de una mayor señal. 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 sólo ocurre con los ni-veles medios de potencia. Ocurrepunto a punto de la señal de salida.Si por ejemplo la señal de salida esun tono de audio de 1kHz y 60V depico, las fuentes de 60V se conec-tan cuando la tensión instantáneasupera los 20V y permanecen co-nectadas hasta que la tensión ins-tantánea se reduzca por debajo de20V. Con los valores instantáneosnegativos ocurre otro tanto.

La mejor manera de entender

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este funcionamiento, es a través 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 disposiciónsuperalfa. Esta disposición es equi-valente a un solo transistor que ten-ga un factor de amplificación de co-rriente igual al producto de los be-tas de los dos transistores, redu-ciéndose de este modo la caracte-rísticas del circuito de excitación.

Para no llenar este artículo 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 simulación.Observe que las llaves controladaspor tensión comienzan a abrirse ycerrarse. Esas llaves son las quecontrolan la tensión aplicada al am-plificador. Cuando están hacia la iz-quierda el amplificador se alimentacon ±24V y cuando están a la dere-cha lo hace con ±72V.

Tal como está conectado el os-ciloscopio, Ud. puede comparar lasalida de audio con la alimentaciónde la fuente negativa. Observe quecada llave se cierra una vez en ca-da ciclo de la señal 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 rápido 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 cámara lenta. Si Ud. realmenteme está siguiendo con un Work-bench en este momento estará ob-servando una especie de circuitoanimado tan simple de comprenderque seguramente nunca más acep-tará una clase o un artículo sin si-mulaciones.

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

AMPLIFICADORES DIGITALES

Lo último 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 pudiéramos fabricar un par-lante digital tendría tal vez 8 o 16patas de entrada y una pata de ma-sa. Aplicando tensión a una solaentrada el cono se movería un po-co. Aplicando tensión a dos entra-das se movería algo más y así su-cesivamente hasta poner todas lasentradas en el estado alto en cuyo

caso el cono se movería al máximo.Así se irían generando las tensio-nes instantáneas de audio. Esta noes una idea teórica imposible dellevar a la práctica; es más, como elautor no puede entender como nose realizaron aún dispositivos deese tipo está realizando algunasexperiencias para comprobar suviabilidad.

Pero ese parlante no existe porahora. Sin embargo un circuito inte-grado digital puede generar una se-ñal PWM equivalente a una señaldigital con la ventaja de que soloemplearía una pata de conexión.

Los reparadores están acos-tumbrados a las señales PWM asíque nos ahorramos los comenta-rios sobre las mismas. Ejemplos deseñales PWM las tenemos en lassalidas de los servos digitales delos reproductores de CD y fueronestudiadas aquí cuando tratamos elservo de velocidad. En los video-grabadores con servo digitales deltipo utilizado en las videos PANA-SONIC 2010 y similares también seutilizan señales PWM como tensio-nes de error de velocidad. Sin em-bargo el uso más común son lassalidas de control de brillo, contras-te, color, etc., de la mayoría de losTVs. Todas ellas son señales PWMque se transforman en señalesanalógicas con el solo agregado deun filtro a RC, que filtre las compo-nentes de alta frecuencia y deje só-lo el valor medio de la señal PWM.

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

Para entender los principios de

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Figura 6Figura 6

funcionamiento, es conveniente es-tudiar primero la forma de generaruna señal PWM partiendo de unaseñal analógica, aunque en reali-dad en un equipo moderno comoun CD o un DVD las señales nuncase transforman en analógicas.

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 señal analógicade 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 más interesantees cómo la señal del generador de1kHz se transforma en una señalPWM en la salida del comparadorideal de tensiones. El autor necesi-taría 1000 palabras para poder ex-plicar la generación de la señalPWM de periodo de actividad varia-

ble, a razón de 1000 veces por se-gundo que es una fiel representa-ción de la señal senoidal de entra-da. Pero el workbench nos facilitaenormemente las cosas porque laseñal se ve como un dibujo anima-do muy fácil de entender. En la figu-ra 8 se puede observar una instan-tánea del proceso de formación.

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

no tiene mayor importancia en uncircuito de demostración. 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 difícil. Esos parlantes uti-lizan un alambre muy fino bobinadoen varias capas y se trata de unatecnología muy vieja porque se uti-lizaba para amplificadores sintransformador de la época de laválvula. En esa época era Philips elque propugnaba ese tipo de circui-tos con parlantes de 80 Ohm.

En realidad el circuito de aplica-ción no es el mostrado. Ese circuitose muestra solo a título didáctico 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 común, donde se busca minimi-zar la inductancia y que el parlantese comporte como una carga resis-tiva pura en lo posible.

¿En dónde está entonces elamplificador de potencia digi-tal?.

No está, no existe tal como loconocemos, se tranformó en unallave que se cierra y se abre y queen nuestro circuito está incluida enel comparador de tensión 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. Allí 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 sería el amplificador de po-tencia en su más mínima expre-sión.

¿Cuáles 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 podríanser algún moderno MOSFET deconmutación (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 consumoenergético del mismo equipo no sereduce mucho (tal vez un 30%) pe-ro el equipo no calienta al ambien-te y hace falta menos refrigeraciónes decir que indirectamente hay unbeneficio. Otro beneficio es que losequipos se achican considerable-mente y eso permite suponer quese podrá realizar una integraciónen gran escala. Mayor rendimientoy menos calor significa mayor con-fiabilidad porque no hay dilatacio-

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

estará preguntando: ¿y dónde estáel control de volumen, el control detono, los circuitos reductores de rui-do tipo dolby, la entrada de micrófo-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 día. Su úni-ca posibilidad de existencia consis-te en transformarse en dispositivosvirtuales existente con forma de unmicroprocesador que se conectaríaentre la salida digital de 16 bits deldecodificador de CD y la entradadel conversor D/PWM.

¿Qué 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 nú-meros binarios de 16 bits. Esos nú-meros son precisamente las mues-tras de audio que van apareciendoen rápida sucesión y que el autorgusta de considerar como audio vir-tual (en realidad hay dos puertosde audio virtuales porque el siste-ma es estereofónico).

¿Qué significa amplificar es-tas muestras virtuales de audio?

Significa multiplicarlas por unnúmero como lo haría una calcula-dora de mano, sólo que mucho más

rápido y a medida que aparecen losdatos en el puerto de entrada yacumulándolos corregidos en elpuerto de salida. Una atenuaciónsignifica un producto por un núme-ro menor a la unidad o un cociente.Esto no es más que un potenció-metro virtual.

El control de tono es algo máscomplicado, porque la atenuación oamplificación dependen de la velo-cidad de variación de los datos(graves o agudos) que se debenatenuar o amplificar según una cur-va elegida por el usuario. El Dolbyfuncionaría de un modo similar, esdecir que todo se transforma enoperaciones matemáticas. Parecetodo muy simple porque al fin y alcabo se trata de un problema deprogramación.

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

Mientras tanto siempre nosqueda el recurso de trasformar lasseñales digitales en analógicas,procesarlas como siempre lo hici-mos con dispositivos analógicos yluego transformarla en una señalPWM para amplificarlas con dispo-sitivos de rendimiento casi unitario.Probablemente el año próximo ten-gamos los primero equipos PWMen un lanzamiento conjunto en todoel mundo, por parte de las compa-ñías dedicadas a audio y video.

Como conclusión, podemos de-cir que la etapa más simple deotros tiempos es ahora quizás lamás compleja ya que volvió 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 aúnno llegaron al mercado, todos losotros están vigentes y son el pro-

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

Figura 10Figura 10

blema de todos los días. Los AIWAF9 con el amplificador de potenciadestrozado son algo habitual. Losdaños no son infringidos en un in-tento de sabotaje al cliente; son laconsecuencia de diversos e inútilesintentos de reparación. Pues bien,nosotros le vamos a enseñar unmétodo de reparación infalible conel cual le garantizamos que jamásva 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 esté probado y elequipo emita música (sin potenciapor supuesto) y recién entonces sevuelven a colocar los Darlingtonscuyo valor actual es de 6 a 15 dóla-res (y son 4 que se queman juntos).

Amplificador de 60W Reales de Ultima Generación

El primer proyecto que encaraun estudiante de electrónica es ca-si siempre un amplificador de au-dio. Del mismo modo un técnicoque recién comienza con sus activi-dades lo suele hacer comenzandocon la reparación de equipos de au-dio. Si su idea es comenzar a pro-ducir algún equipo electrónico ennuestro país, podría ser interesanteincursionar en el tema del audio, yaque se trata de equipos volumino-sos de elevado valor agregado.

¿Qué amplificador me convie-ne construir?

En audio hay para todos losgustos. Más aún, la editorial me pi-dió 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 defábrica. Pero también 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 más poten-cia puede cambiar los disipadores

¿Ud. se preguntará? para quévoy a comprar el kit en la editorial sipuedo comprar los materiales y ar-marlo por mi cuenta. Porque segu-ramente le va a salir más 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 saldrá 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 entregarían el kit con una mínimaexplicación sobre el funcionamien-to. Nosotros queremos que Ud. ar-me el amplificador y lo haga funcio-nar pero con pleno conocimiento delo que está haciendo. Por ello, eneste artículo comenzamos a expli-car todo lo correspondiente a losamplificadores de audio moderno.Es decir que no sólo le vamos a ex-plicar cómo funciona el circuito delkit. También 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 artículos conotros kits didácticos funcionales

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Figura 1Figura 111

que le permitirán escuchar músicaen alta fidelidad en su hogar y porel mínimo valor posible.

EL PREAMPLIFICADOR

En la figura 11 se puede obser-var la sección de entrada del ampli-ficador. Ella tiene la función de rea-lizar la amplificación de tensión delsistema. En líneas generales sepuede decir que la señal original seamplifica primero en tensión, luegoen potencia media y por último enpotencia alta. Las etapas que reali-zan estas funciones se llaman ge-néricamente; preamplificador, exci-tador y salida respectivamente. Eneste apartado vamos a indicar lascaracterísticas del preamplificador.

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

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

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

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

rrientes siguen siendo siempre lasmismas (2mA) cualquiera sea elvalor de la tensión 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 sí. Sin em-bargo, el agregado de los transisto-res Q1 y Q3 que forman un circuito“espejo de corriente” hace que lascorrientes vuelvan a dividirse pordos aún con la carga de la etapaexcitadora.

Observe que el circuito tieneuna perfecta simetría de corriente.Esto significa que la distorsión porvariación 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-torsión es mínima si Q2 y Q5 sonfabricados al mismo tiempo. Si ade-más 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-mentación provocada por el elec-trolítico de bootstrap es positiva ypor lo tanto se lo puede considerarcomo una fuente de distorsión so-bre todo en baja frecuencia. Elbootstrap es necesario para quelos transistores de salida lleguen auna tensión de salida cercana a lade la fuente positiva. Cuando no seutiliza bootstrap se debe cambiar ladisposición 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 está realmenteformada por los transistores Q6 yQ7 en disposición 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 común, 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 tensiónaplicada (el terminal superior afuente y el inferior acercándose 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 launión se conecta un capacitor elec-trolítico con el terminal negativo so-bre la salida del amplificador. Estoelimina el problema de la disponibi-lidad de tensión pero genera unadistorsión incompatible con losusos y costumbres actuales.

En nuestro amplificador no usa-mos bootstrap y para reducir el pro-blema de la excursión máxima deseñal de salida, reemplazamos laresistencia de carga del excitadorpor una fuente de corriente que uti-liza la misma tensión estabilizadaque el generador de corriente delpreamplificador. El transistor Q5 seencarga de generar una corrientede aproximadamente 10mA que seconservan constantes cualquierasea la tensión 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 más ca-ro que el NPN (3055) y es el quehabitualmente se quema cuando seponen los bafles en cortocircuito yaque por alguna razón es el más dé-bil del par.

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

ben vencer dos barreras por lado locual significa que también se per-derá disponibilidad pero no tantaque nos obligue a usar un transistormás 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, másadelante puede mejorar las presta-ciones colocando transistores másespecializados.

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

lector de Q3. Como Q3 se encuen-tra térmicamente acoplado con eldisipador de salida; la tensión ge-nerada se ajusta automáticamentede modo tal que los transistores desalida tienen una corriente contro-lada de vacío que se puede ajustarentre 2 y 6mA con el potenciómetroR1.

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

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

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Figura 13Figura 13

puede variar libre-mente entre lasfuentes negativa ypositiva, pero si latensión de salida ex-cede en más o enmenos de una barre-ra a las tensiones defuente positiva y ne-gativa, conduce unode los diodos limi-tando la tensión conlos resistores R6 yR7 actuando comolimitadores de co-rriente o fusistores.El diodo D1, sirvepara que el circuitode salida tenga unaperfecta simetría deentrada. Sin él, eldriver vería dos ba-rreras con excursio-nes positivas y sólouna 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 razón se agregala red R8 y C1 quecompensa las carac-terísticas inductivasdel parlante reco-mendado para este amplificador yde la mayoría 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 excelentescaracterísticas, ideal para el audió-filo exigente (vea la figura 14). Perofalta aún enumerar una de las sec-ciones mas importantes del amplifi-cador: la red de realimentación for-mada por R18, R9 y C5. En efecto,si sólo acopláramos una etapa a laotra obtendríamos un dispositivocon una gran amplificación, perocon una elevada distorsión y una

pobre respuesta en frecuencia. Lared de realimentación 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 distorsión armóni-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 larealimentación 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 realimentación de bajos ypoder manejar la respuesta inde-pendientemente.

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

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

CONCLUSIONES

Esta fue la presentación 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 aún si éste es elprimer artículo de una serie o si laserie es de debut y despedida. Entodo caso, si la serie continúa en lapróxima entrega le explicaremos el

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

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

AGRADECIMIENTO

Los circuitos presentados enesta serie no fueron creados por elautor, el autor sólo realizó la virtua-lización con Workbench, aportó unaque otra idea para mejorar los pro-yectos y generó los textos y dibujos.Un proyecto, según 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 diseñar un amplifi-cador, seguramente lo voy a dise-ñar sin tener en cuenta la experien-cia de campo que existe sobre eltema. Con el tiempo, seguramenteel proyecto tendrá 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 diseñador y esono es justo.

Huya de los proyectos diseña-

dos por gente sin experiencia encualquier campo que sea. ElAUD60W está probado por muchosaños de experiencia de campo enla peor de las condiciones, porquefue diseñado por una persona queestá todo el día con el audio de po-tencia ya que su trabajo es diseñary controlar el audio en una reparti-ción del estado.

Cuando uno está a cargo delaudio de un conferencista o de unpolítico 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 éste es un cuaderno es-pecial de audio, queremos que Ud.tenga herramientas para satisfacerel interés de los “audiófilos”. En es-te sentido, damos a continuaciónalgunas “fichas” de circuitos prác-ticos relacionados con esta mate-ria, que fueron publicados en dife-rentes números de Saber Electró-nica.

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Figura 15Figura 15

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MEZCLADOR DE AUDIO EXPMEZCLADOR DE AUDIO EXPANSIBLEANSIBLE

Este mixer presenta características excelentes para trabajos de poco porte como ser la edición case-ra de programas de audio, fiestas o realización de programas grabados, etc. La respuesta es lineal en labanda audible, y los micrófonos son de baja impedancia, de 100Ω, 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 señal suficientemente alto para excitar a la mayoría de los amplifica-dores comunes de potencia. La alimentación se efectúa a partir de una tensión 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 operación, describimos el montajecon potenciómetros deslizantes, pero en una versión económica pueden usarse potenciómetros comu-nes. Otra característica importante en este proyecto es el uso de transistores, que facilita las cosas alos lectores con menos experiencia en integrados, si bien su desempeño es similar al de los circuitosmás elaborados. El circuito mostrado tiene 3 canales de mezclado que tienen una sola salida para laversión monofónica. Para una versión estéreo 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 configuración de emisor común, esdecir, la señal se aplica en la base del transistor vía capacitor y es retirada de su colector vía capacitor.El transistor tendrá una ganancia determinada básicamente por la relación que existe entre el resistor debase, alterarse específicamente, para cambiar las características 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 pequeña intensidad, sin problemas, como micrófonos di-námicos, cápsulas cerámicas, etc.

Cada etapa de amplificación envía la señal al potenciómetro deslizante que controla la intensidad demezcla. Los potenciómetros regulan qué porción de señal mezclan.

Las señales mezcladas se juntan en una sola después de los potenciómetros y se llevan a un ampli-ficador con dos transistores, también en la configuración de emisor simple. La expansión para más cana-

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

La fuente de alimentación de 12V puede ser cualquiera, mientras esté bien filtrada y regulada.Los potenciómetros son lineales deslizantes de 100kΩ. Una posibilidad para la versión estéreo que

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

Es muy importante que los cables de entrada y salida de señal 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 señales que desee.

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

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

MEZCLADOR DE AUDIO EXPMEZCLADOR DE AUDIO EXPANSIBLEANSIBLE

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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 60˚C, razón por la cual es recomendable emplearun pequeño ventilador si se lo va a emplear a plena potencia. El integrado posee tres protecciones in-ternas. La primera protección sirve para limitar la potencia máxima de los transistores de salida, la se-gunda protección “bloquea” el funcionamiento del integrado cuando la temperatura de la carcasa superalos 70˚C y la tercera protección 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 electrolíticos estén cargados, esto evita ruidos molestos cuando se pone en marcha elequipo. La tensión máxima de alimentación es de ±30V, la corriente de reposo es de unos 70mA y la co-rriente a plena carga con una impedancia de salida de 4Ω es de 1,3A. La distorsión 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 señales de RF que pudieran estar presentes enel conector de entrada, de esta manera, la señal 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 clásico “toc” cuando se enciende elamplificador. R4 y C6 cumplen la función de mejorar las ca-racterísticas del amplificador con el objeto de obtener unamayor potencia de salida, menor disipación de calor y mayorganancia.

Ampl i f icador de Bajo Ruido y VúmetrAmpl i f icador de Bajo Ruido y Vúmetr o a Ledso a Leds

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En varias oportunidades he comentado que más que un diseñador de equipos electrónicos me consideroun aceptable intérprete 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.También empleo los montajes que nos hacen llegar nuestros lectores, como “ideas” que me permiten obtenercircuitos de mejor desempeño.

El proyecto que presentamos surge como una modificación de un circuito enviado por el lector Victor Hú-meda quien armó un montaje similar para obtener una salida de potencia para su guitarra eléctrica. Al consul-tar las hojas de datos del LM382, me sorprendió el excelente “rechazo” que puede presentar a señales de ba-ja frecuencia, lo cual me dió la idea de modificar el filtro de entrada con el objeto de obtener una unidad quepresente muy bajo ruido a las señales de la red eléctrica ya que éste es un problema al que suelen enfrentar-se los músicos que interpretan este instrumento.

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

La señal procedente del captor de la guitarra eléctrica se aplica a la pata no inversora del amplificador ope-racional, teniendo la precaución “de no conectar la pata inversora”, ésta queda flotante debido a que, posible-mente, el operacional tenga una referencia de masa internamente. Nosotros hemos probado con la colocaciónde un resistor de 1MΩ conectado a masa y el desempeño no varió mucho, las características recién comenza-ron a alterarse cuando el valor de dicho resistor era inferior a los 470kΩ.

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Ampl i f icador de Bajo Ruido y VúmetrAmpl i f icador de Bajo Ruido y Vúmetr o a Ledso a Leds

El circuito no reviste consideraciones especiales, sólo debe tener la precaución de no modificar en dema-sía el circuito impreso mostrado en la figura dado que, por ser un circuito experimental, no aseguro los resul-tados si se emplea otra configuración. Con relación al vúmetro a leds, he tenido algún problema para encon-trar una calibración conveniente pero, con los valores dados en el diagrama los resultados fueron aceptables.Cabe aclarar que más que un vúmetro es un medidor de la potencia de salida de nuestro amplificador dadoque la cantidad de leds que se encenderán dependerá del volumen del amplificador, el cual se puede regularpor medio del resistor R2. Si Ud. prefiere, puede colocar un potenciómetro como R2 ya que con él podrá regu-lar el volumen del equipo.

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En la figura de arriba puede observarse el esquema eléctrico de este proyecto. La ganancia de la eta-pa de entrada, diseñada alrededor de A1, puede variarse entre 10 y 20 mediante el potenciómetro deajuste P1. El nivel de 0dB a la entrada es de 50mV. La impedancia y capacidad de entrada son 56kΩ y47pF, respectivamente, para permitir la conexión directa de la mayoría de los reproductores de CDs y ca-setes. La sección de con-trol de tonos es una de ti-po Baxandall estándar.Los potenciómetros P3 yP4 tienen como finalidadel control de bajos y agu-dos, respectivamente. Elconsumo de corriente delpreamplificador es redu-cido; sólo unos 10mA.Cuando el circuito estécorrectamente balancea-do, los puntos de medidadeben estar a una ten-sión cercana a la de ma-sa. En el caso de que sequiera obtener un pream-plificador estéreo, habráque duplicar el circuito.

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

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Ecual izador de 3 BandasEcual izador de 3 Bandas

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

Antes de describir nuestro sistema y hablar de sus ventajas, debemos decir qué es un ecualizadorparamétrico.

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 señal y unamplificador, podemos modificar sensible-mente el timbre y la predominancia de cier-tos instrumentos.

Una señal de audio está compuesta porla suma de señales senoidales de frecuen-cias múltiples (Fourier). La proporción enque estas frecuencias aparecen determinala forma de onda de la señal y, por lo tanto,la característica conocida por timbre.

Modificando la forma de onda de estaseñal, por el bloqueo de ciertas armónicasde frecuencias más bajas y más elevadasque un cierto valor, modificamos también 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 acción sobre potenciómetros. Los filtros poseen dos valores de capacitores que per-miten centralizar la frecuencia de acción máxima (frecuencia central) en 1000 y 3000Hz aproximadamen-te. Claro que si desea utilizar más capacitores podrá 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 señal.La fuente de alimentación deberá ser simétrica de 12 a 15V con excelente regulación y filtrado para

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

la salida obtenemos una señal de aproximadamente 500mV con baja impedancia (150Ω), que permiteexcitar fácilmente la entrada de la mayoría de los amplificadores, sin problemas.

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

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

La construcción total cuesta aproximadamente $25 (unos 9 dólares).La señal de audio se amplifica en el primer operacional del circuito integrado y se envía a las tres re-

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

Con agregar más bandas de control incluirá más redes. El circuito, tal como se muestra, está desti-nado a una operación monoaural.

En la operación estéreo, para duplicar el circuito, simplemente use los dos operacionales restantesdel IC1 (que no aparecen en la figura) y un potenciómetro estéreo 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 pequeñotamaño y su versatilidad de uso para diferentes potencias de salida hacen que sus posibilidades de uso seanmúltiples. 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 representación de nivel de potencia que desarrolla cada mó-dulo con la posibilidad de "cambiar de escala de indicación" en función de nuestras necesidades.

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

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

El proyecto no dispone de una fuente de alimentación interna, tradicional en cualquier montaje, ni de conec-tores de entrada específicos para usos determinados (como ocurre con los preamplificadores que poseen en-tradas para diferentes prestadores de señales, ya sea reproductor de CD, cinta, auxiliar, etc.), por lo que nosqueda, como única fuente de energía, la entrada de señal de audio, como toma de tensión de alimentación.

R1 fija una impedancia de entrada similar a la de los parlantes que podemos disponer en un equipo de mú-sica, realizando de esta manera, la adaptación 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) determinará la sensibilidad de equipo a las señales de entrada.

Así cuando tenemos montado J1, la señal del parlante es rectificada por los diodos D1 a D4 y convertida acontinua constante a través de los capacitores C1 y C2. La función de dichos capacitores, aparte de fijar la ten-sión, es la de evitar posibles "rebotes" en los cambios de fase de la señal alterna que nos llega a la entrada. Deesta manera tenemos una tensión continua constante para la alimentación del circuito. El circuito integrado CI1es un U247B , que está pensado para realizar el control de leds dentro de una determinada escala lineal. Así,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 excitación de los diodos bastante reducida, ya que es la misma para todos, lo único quevaría es la tensión de control de dichos diodos. Los diodos leds L2 a L6 no se iluminarán 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 tensión de referencia, a partir de la cual comienzan a encenderse los leds.Así, el primer diodo led controlado por IC1 no se encenderá hasta que obtengamos una tensión de alimentacióngeneral del circuito de 6V, aproximadamente. R2 y ZD1, por su parte, nos proporcionan la tensión de alimenta-ción de IC1 y fija un máximo de 20V, que es la tensión del diodo zener. Así, cuando la tensión rectificada por los

Medidor de Potencia de AudioMedidor de Potencia de Audio

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

Tenemos siete diodos leds y el cir-cuito IC1 sólo 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 activación del L1.T2 y sus componentes asociados sonlos encargados de la activación de L7que no se producirá hasta que la ten-sión de alimentación no haya alcan-zado los 24V. Los transistores T1, T2y T3 tienen entre base y masa, dosdiodos colocados en serie. Con ello,la tensión entre dichos puntos va aser constante cuando los diodos estén en conducción. Si tomamos el ejemplo de T1 o T2, la tensión entre basey masa deber ser de 1,2V, aproximadamente. Al conducir los transistores, la caída de tensión 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 tensión entre base y emisor es también de aproximadamente 0,6V, nos queda que en R7 (o R8) te-nemos una tensión 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 qué sucede cuando montamos J2. En este caso, los capacitores C1 y C2, así como los dio-dos D1 y D4, trabajan como dobladores de tensión, con lo cual alcanzan mucho más rápidamente las tensionesde funcionamiento que veíamos con J1 colocado. Esto quiere decir que los diodos leds se activarán antes, o loque es igual, hemos aumentado la sensibilidad de nuestro medidor de potencias (medirá una potencia máximamás baja, tal como vemos en la tabla 1).

El doblador de tensión opera de la siguiente manera: los capacitores se cargan al máximo de la señal de en-trada dando una tensión continua sobre la que se vuelve a superponer la tensión rectificada por los diodos. Es-to quiere decir que con una señal alterna de, por ejemplo, 2V se puede obtener una tensión continua de 4V. Ennuestro caso se traduce en una manera más fácil de obtener la tensión de funcionamiento del circuito aumentan-do la sensibilidad del mismo, ya que el circuito responde a la excitación con menores señales 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 8Ω, 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