Diseño de amplificadores de audio

[Juan Carlos López]

gracias, gracias. las unicas formas que conozco de ajustar el voltaje de bias es con un osciloscopio o con un analizador de THD (el cual es todavia más dificil de conseguir si no tienes osciloscopio). No conozco otras formas. Con el puro oido es muy dificil ya que a veces nisiquiera se escucha la distorsión.

Yo creo que los fabricantes tienen sus propios criterios, puede ser que la corriente sea un cierto porcentaje de la corriente máxima a la que trabaja el dispositivo, o bien, las curvas de transferencia del dispositivo, pero bueno, mi criterio es que con un medidor de THD se tenga la menor distorsión sin sacrificar la eficiencia. total, el propósito del voltaje de bias es la disminución de la distorsión. Nos vemos.

 

[maldo7]

Hola Juan Carlos, cordial saludo. He estado leyendo tus explicaciones a cerca del Voltaje de bias y me parece muy interesante, ademas que he aprendido muchisimo a cerca del tema. Tengo una pregunta para ti y es la siguiente:

A mis manos llega el esquema de un amplificador de audio clase AB con ajuste de Vbias sin ninguna teoria. Si yo no cuento con un osciloscopio, Como se yo a que nivel de Vbias lo deboajustar? Existe alguna forma de calcularlo? o solo es cuestion de experimentar y suponer que donde me suene bien, ahi lo dejo?

De antemano, gracias por tu aporte.

Guillermo.

 

[Juan Carlos López]

maldo, no creo que haya forma de calcularlo. de hecho, vamos a pensar, si se puede calcular, porque los amplificador vienen con ese ajuste y no mejor salen ya ajustados desde que los diseñan?
el voltaje de bias depende de los dispositivos de salida. inclusive, mismas matrículas de transistores no quieren decir que tienen mismas ganancias y mismos voltajes de encendido (mismas curvas de corriente). cada transistor (y por lo tanto mosfet) es diferente. es por eso que se tienen que ajustar para cada aparato.

Cuando se repara algun amplificador y se le tienen que cambiar los dispositivos de salida, es obligatorio volver a ajustar el voltaje de bias para los nuevos dispositivos. si no se hace, y con un poco de mala suerte, se corre el riesgo de que se vuelva a quemar el amplificador.

Por otro lado estan otros amplificador que tienen un voltaje de bias fijo y no tienen ajuste. estos amplificador dejan el voltaje de bias un poco bajo. hay amplificador que lo tienen en 0.3V! Otros en 0.5V. esto quiere decir que nisiquiera los ajustan. simplemente ponen un voltaje para mantenerlos prendidos (los dispositivos de salida) pero a niveles seguros. de tal forma que no se corre el riesgo de que al cambiar los transistores por alguna causa, estos estén demasiado prendidos. Asi que por regla general, si no quieres hacer ninguna medición, ajusta el voltaje de vias entre 0.45 y 0.55 V.

Otra forma que se me esta ocurriendo es ajustar midiendo la corriente en la alimentación del amplificadorcador. Con el voltaje de bias hasta abajo, el amplificador tendrá un cosumo bajo. si se aumenta este voltaje, el condsumo crecerá poco a poco, y despues de cierto valor, el consumo crecerá drásticamente. entonces hay que dejar ajustado el voltaje de bias un poco menos de que el consumo aumente drásticamente. solo que debes poner una resistencia que limite la corriente cuando estés haciendo este ajuste, porque cuando aumente la corriente drásticamente, puedes quemar nuevamente el amplificador. por ejemplo, si el amplificador es de casa (que se conecta a la luz) yo pongo en serie un foco de 100W (como resistencia). si ocurre un corto, el foco enciende totalmente, y mientras esta trabajando bien, el filamente se prende un poco. Con este foco te puedes dar cuenta de como el consumo varía dependiendo del voltaje de bias. si el amplificador es de carro, pues habrá que poner un foco de 12v y de muchos watts.

 

[maldo7]

Gracias Juan Carlos por tu colaboración, se ve que eres una persona con mucha experiencia en el ramo y de verdad que eres para nosotros un verdadero tutor, por fortuna no eres egoista y te desprendes de tus conocimiento sin ninguna clase de celo profesional. Te deseo lo mejor y mil gracias por aclararme la duda.... Por cuestiones de tiempo no he podido salir mucho por aqui pero cada que puedo reviso el foro y leo tus consejos a y es mucho lo que he aprendido. Hasta pronto.

Juan Carlos , el ajuste del voltaje de bias entre 0.45 y 0.55V que me recomiendas, debo hacerlo entre base y emisor de los transistores impulsores o drivers? He oido a algunos tecnicos hablar de mediciones entre base y base de estos transistores, obteniendo lecturas entre 2 y 3V.

Segun ellos, este voltaje entre base y base de los transistores drivers se distribuye entre las uniones base-emisor de los transistores de salida. ¿Es cierto eso? Te agradezco me saques de la duda. Mil gracias de antemano.

Maldo.

 

[Juan Carlos López]

Maldo, ese voltaje de 0.45 a 0.55 es de base a emisor de los transistores de salida. Cuando son darlintong, entonces puede ser de 1V mas o menos. De ser mosfet, pues de 2.5V podria ser. Les voy a decir los voltajes que he visto segun mi experiencia. Ustedes deciden donde poner sus voltajes de bias si es que no tienen algun aparato especial pa ajustarlos. hay les va:

BJT: 0.34 - 0.55
BJT Darlingtong: 0.6 - 1.2
Mosfet: 2.4 - 3.5

Los voltajes que me dices de base a base van desde 0.6 a 1.2. Asi que no concuerda con lo que has escuchado. Por otro lado, el voltaje de bias lo puedes medir de base a base, pero aguas! eso solo lo podrás hacer si la salida del amplificador es por emisor (o source, en los mosfet) y transistores complementarios, en tal caso, el voltaje base a base es el voltaje de bias multiplicado por 2 (eso suponiendo que es el mismo voltaje en el transistor npn que en el pnp, aunque eso casi nunca sucede). Si mides el voltaje base base en un transisitor con salida por colector, este voltaje te va a medir casi el voltaje total de la fuente de V+ a V-, menos el voltaje de bias de cada rama multiplicado por 2 (mas complicado verdad?). y si la salida es clase A o bien, salida por emisor de un transistor, y por colector del otro transistor (casos en que los transistores no son complementarios, sino iguales), el voltaje que vas a medir el es de V+ (o V-, ya que siempre V+ = V-) y eso con algunas restricciones. asi que para que no te compliques mejor mide los voltajes de bias de base a base : )

 

[nene]

Hola a todos..tengo una inquietud..no se si este sea el post indicado..pero bueno...he armado un par de amplificador y los he colocado dentro de gabinetes totalemnte lisos, con aletas para racks y todo, pero me gustaria darle alggun acabaod mas profecional....es decir no se una esca para los pote y el vu ( a leds), o diferentes labels en la parte trasera como el tipo de ntrada...beuno en fin..ya saben a que me reiero..pero no encuentro una manera que sea duradera y con un buen acabado...no se alguien sabe algo al respecto..y me puede ayudar...

gracias

 

[Juan Carlos López]

Hola nene. lo que se puede hacer es mandar hacer las escalar, dibujos, labels y lo que tu quieras a calcomania y ya solo la pegas. como si estuvieras armando juguetes. y si quieres que sea más duradero, despues de pegar las calcas, pintas todo el armazón una una película transparente para que estas no se despeguen.

 

[nene]

hola a todos!...tengo una pregunta...o una inquietud...les paso a contar....
Hace unos meses arme dos etapas de potencia de 280W@8Ohms - 450W@4Ohms R.M.S., luego diseñe una etapa de control que verifica constantemente la temperatura de cada bloque de dispi., la velocidad de los ventiladores, tiene una proteccion de contra cortos-circuitos y sobre carga, todo esto con un micro unos led como interface y algunas lineas de codigo...ahora bien, por desgracia, solo arme una de estas y solo un amplificador la tenia instalada, el que sobrevivio!..bien!...el problema surge cuando estaba haciendo una prueba de sonido para un evento y sin darme cuenta deje mi celular arriba de una de las potencias (la que no tenia proteccion!!! me pasan todas!) iniciamos la prueba con una etapa, al 10 35 50 80 y 95 % de la potencia total, y todo bien...luego lo mismo con la otra...10 35 50 80 por un buen rato, y resulta que en ese mismo instante suena el celular!...resulta que (en ese momento no me di cuenta poruqe la cabian era completamente cerrada y no veia a mi compañero) el amplificador se acelero y luego .... se quemo la etapa de potencia, junto con la proteccion de cada baffle (gracias a dios!..para eso estan!..estaban!).

lo que se me ocurre es que el amplificador entro a oscilar...se elevo la temperatura de los transistores!...y se acelero, supongo que el bias fallo!...y ZUKAA!...la corriente se elevo al valor limite (se producjo un corto en algun transitor), se cortaron los fusibles UF, pero ya era tarde...la etapa se habia quemado....

bueno ahora si...la duda es: por que creen que se quemo? entro a oscilar realmente? de ser asi...y la mas inquietante: POR QUE ENTRO A OSCILAR? yo creo que el campo electromagentico que rodea el celular el cual aumenta en el momento de la activacion y oscila a una det freq. indujo una f.e.m. en el ruteado con dicha freq. y ahi me quede!...no puedo seguir....

de lo que si esoty seguro es que si la proteccion hubiese estado instalada, la proteccion contra sobre temp se habria activado, al valor de uno 46º ciriticos grados, y el rele de salida, y los de la fuente se habrain activado.....

bueno disculpen la largura!...desde ya si alguno puede ayudarme a resolver este misterio!....

saludos Nene

 

[koko]

hola a todos!...tengo una pregunta...o una inquietud...les paso a contar....
Hace unos meses arme dos etapas de potencia de 280W@8Ohms - 450W@4Ohms R.M.S., luego diseñe una etapa de control que verifica constantemente la temperatura de cada bloque de dispi., la velocidad de los ventiladores, tiene una proteccion de contra cortos-circuitos y sobre carga, todo esto con un micro unos led como interface y algunas lineas de codigo...ahora bien, por desgracia, solo arme una de estas y solo un amplificador la tenia instalada, el que sobrevivio!..bien!...el problema surge cuando estaba haciendo una prueba de sonido para un evento y sin darme cuenta deje mi celular arriba de una de las potencias (la que no tenia proteccion!!! me pasan todas!) iniciamos la prueba con una etapa, al 10 35 50 80 y 95 % de la potencia total, y todo bien...luego lo mismo con la otra...10 35 50 80 por un buen rato, y resulta que en ese mismo instante suena el celular!...resulta que (en ese momento no me di cuenta poruqe la cabian era completamente cerrada y no veia a mi compañero) el amplificador se acelero y luego .... se quemo la etapa de potencia, junto con la proteccion de cada baffle (gracias a dios!..para eso estan!..estaban!).

lo que se me ocurre es que el amplificador entro a oscilar...se elevo la temperatura de los transistores!...y se acelero, supongo que el bias fallo!...y ZUKAA!...la corriente se elevo al valor limite (se producjo un corto en algun transitor), se cortaron los fusibles UF, pero ya era tarde...la etapa se habia quemado....

bueno ahora si...la duda es: por que creen que se quemo? entro a oscilar realmente? de ser asi...y la mas inquietante: POR QUE ENTRO A OSCILAR? yo creo que el campo electromagentico que rodea el celular el cual aumenta en el momento de la activacion y oscila a una det freq. indujo una f.e.m. en el ruteado con dicha freq. y ahi me quede!...no puedo seguir....

de lo que si esoty seguro es que si la proteccion hubiese estado instalada, la proteccion contra sobre temp se habria activado, al valor de uno 46º ciriticos grados, y el rele de salida, y los de la fuente se habrain activado.....

bueno disculpen la largura!...desde ya si alguno puede ayudarme a resolver este misterio!....

saludos Nene

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hola nene. mira yo mucho no creo te pueda ayudar con los conocimientos q tengo. lo q si te puedo decir es q no estas tan errado ya q si te fijas: cuando acercas un celular a la entrada de linea de un amplificador y ya sea q te esten llamando, te llegue un mensaje, lo mandes vos o q vos llames podras escuchar como un ruido parasito en la salida del amplificador, todo esto obviamente xq aumenta la potencia tanto de emision como de recepcion del aparato y SI genera un INTERESANTE campo a su alrededor.
lo q se es q todos los celulares trabajan con microondas, no al punto de poder elevar la temperatura de los objetos a su alrededor (como haria un microondas, solo q estan dentro en este caso).

en fin, si el celular tiene tanta potencia para irradiar yo creo q fue él el causante del "problemita", sin embargo no sabria q decirte acerca de la oscilacion q nos contas.

espero q te sirva de ayuda.

koko

pd: suena interesante lo q mencionaste acerca de la proteccion q diseñaste y la verdad estaria mas q encantado si me podrias facilitar los esquemas o el funcionamiento, con el micro inclusive. .

saludos!!!

 

[nene]

ok koko..gracias por tu respuesta...hcie un par de pruebas mas y efectivamente fue el celular...probe con un amplificador de menor potencia con un sensor de temperatura que registra incrementos de .002ºc y si....

cuando tenga el proyecto finalizado, lo publicare sin ningun problema...pero por ahora tengo que termianr con el codigo en c y algunos detalles de diseño, porque tengo algunos problemas con los reles, no se abren lo suficientemente rapido, y he notado que algunos componentes estan sobre exigidos!...asi que estare trabajando en eso para publicarlos lo mas rapido posible!....

un saludo. Nene!

 

[RUDA]

ok koko..gracias por tu respuesta...hcie un par de pruebas mas y efectivamente fue el celular...probe con un amplificador de menor potencia con un sensor de temperatura que registra incrementos de .002ºc y si....

cuando tenga el proyecto finalizado, lo publicare sin ningun problema...pero por ahora tengo que termianr con el codigo en c y algunos detalles de diseño, porque tengo algunos problemas con los reles, no se abren lo suficientemente rapido, y he notado que algunos componentes estan sobre exigidos!...asi que estare trabajando en eso para publicarlos lo mas rapido posible!....

un saludo. Nene!

Hola a todos desde mi conocimiento de electrónica y medicina puedo afirmar que la microondas del celular son las que provocaron la oscilación del circuito, y esto incremento la desestabilización del bias. Al respecto de las ondas del celular, les afirmo que dentro de algunos años vamos a tener las primeras manifestaciones clínicas por el uso excesivo de estos bichos, va a pasar igual que sucede con los auriculares que despues de un tiempo que se pusieron de moda comenzaron a traer transtornos de salud.
Lo que debemos de entender que ninguna compañia se hace cargo de esto y nadie informaciónrma en verdad como se nos frie el cerebro por tal uso, y así como lo hace en nuestro organismo tambien lo hace en los circuitos electrónico que esten dentro de su campo irrediado. ya que cerca de la antena la inducción de las microondas son feroz, sin ir más lejos si para una fuente swiching que solo oscila a 30K aprox obtenemos altas corrientes, analogicamente si yo hago oscilar un circuito a una frecuencia elevada con una carga de potencia " X" para asegurar que la señal llegue, donde va a parar mi corriente inducida en el mastil del receptor??????...............RUDA

 

[thevenin]

Hola,

Me ha dado por diseñar un amplificador clase AB, estoy con la etapa de salida.
En el circuito de la izquierda todo va bien, los cálculos coinciden con la simulación, pero
en el de la derecha en cuanto le pongo los diodos 1n4148 se produce un recorte bastante importante.

La corriente de polarización por los diodos es 61 mA, apróx. a los 58 del circuito polarizado
con resistencias.

Por lo tanto no entiendo porque se produce ese recorte. Lo puedo eliminar si reduzco las resistencias de polarización, pero me gustaría saber la causa del recorte.

Os dejo también el ckt por si alguien quiere simularlo en CM.

 

[Perromuerto]

El problema del circuito es que no tiene gran ganancia
de corriente, por que los transistores de potencia tienen
una beta baja.
En el interior de un amplificador la corriente de la señal
debe ser despreciable comparada con la corriente de
polarización, por que ambas se suman (principio de
superposición). La señal de entrada estaba sacando
a los diodos de la zona de conducción.
Eso se resuelve con un montaje Darlington como la
figura adjunta.

Saludos

 

[thevenin]

Agradecerte la ayuda, lo he simulado como dices y funciona perfectamente, aparte de haber aumentado la impedancia de entrada de la etapa.

En breve pongo un par de dudas más que tengo sobre las etapas driver y previa.

Un saludo.

 

[tecnicdeso]

espectacular. Felicitaciones por este post. Es creo, la unica vez que alguien procede a desmenuzar un circuito desde principios básicos. Que cunda el ejemplo y seguid haciendo el foro grande con este tipo de posts. Felicitaciones¡¡

 

[downcount]

Hola!! mi proposito es el diseño de amplificador de audio de alta calidad. Quizas por el nivel de conocimientos o la complejidad a mucha gente no le interese el tema, pero estoy seguro de que habrà mucha gente interesada en colaborar o aprender.
Llevo un tiempo investigando en tema y me he dado cuenta de que hay poquísima literatura y información de calidad al respecto, hay muy poca gente que entienda realemte, incluso los profesores del departamento de ingenieria electronica de mi universidad solo conocen el tema superficialmente. He leido varios libros "High-power audio amplificadorfier construction manual", "Audio power amplificadorfier design handbook", "High perfomance audio power amplificadorfiers",pero me he encotrado un poco perdido, en estos libros solo te dan unas pautas generales sobre el diseño y nada mas..."vamos que te tienes que buscar la vida". Al leer estos libros me he dado cuenta de que el diseño es anàlogo a la estructura de los amplificador operacionales (amplificador diferencial de entrada, etapa de ganancia en tension, etapa de salida, bias, fuentes de corriente, espejos de corriente...etc), mi siguiente paso sera estudiar el diseño de amplificador operacionales.
Para empezar quiero diseñar y construir un amplificador de unos 250W en clase AB, con conponentes discretos y transistores bipolares, debido a su mayor linealidad respecto a los mosfet. He encontrado un esquema interesantisimo de un amplificadorcador de potencia de 150W al cual he modificado la etapa de salida añadiendole transistores en paralelo para aumentar la potencia de salida y disminuir el THD. adjunto el circuito para que lo podais ver.
El circuito es totalmente simetrico (no se si tambien es una estructura diferencial), no entiendo porque lo diseñan asi, diria que es para cancelar offsets o para reducir la distorsion). Por lo que he descubierto (solo explicare la mitad) la etapa de entrada esta formada por un amplificador diferencial con una fuerte de corriente para polarizarlo de esta manera lo hace mas inmune a las variaciones de la tension de alimentacion y con un espejo de corriente que actua como carga activa (augmenta la impedancia de salida), me parece que se hace para linealizar esta etapa, luego esta la etapa de ganancia de de tension que esta formada por un amplificador cascodo con proteccion contra sobrecorrientes y finalmente la etapa de salida en seguidor de emisor con transistores en paralelo. La ganancia la fijan R12 y R15. C8,C9 y R16 es una compentacion en frecuencia de doble polo ( es una realimentacion local) y finalmente C6 junto con R12 y R15 es la realimentacion global que añade otro polo para compensar en frecuencia. La compensacion en frecuencia se diseña para proporcinoar estabilidad, segun he leido ha de tener un margen de fase de unos 45 grados . La realimentacion se introduce al amplificador diferencial de entrada. El objetivo de la realimentacion es disminuir el THD.
En el esquema que he colgado falta el multiplicador de Vbe, q esta formado por un TRT y una R y un potenciomentro que fija la Vbias.
He simulado el circuito con pspice y me he encontrado con problemas, el amplificador funciona perfectamente cuando substituyo el multiplicador de Vbe por una fuente ideal Vbias, de lo contrario el transistor del multimplicador nunca me conduce y me aparece distorsion de cruce.
Tambien tengo problemas con el transistor de la etapa cascodo de la etapa de ganancia en tension, hago una simulacion de la disipacion en potencia y me aparece un pico de corta duracion de unos 8 watios, que no me parece normal, si estubiera montado fisicamente el transistor se quemaria. He empezado a analizar el circuito en papel pero tengo muchas dudas, algunas de anàlisis de circuitos y sobre todo en el tema de la estabilidad y la compensacion en frequencia, no se como analizarlo.
Tengo claro que es un tema bastante complicado y estoy buscando alguien que entienda del tema que me pueda ayudar o que este igual de interesado que yo en investigar, entre todos podemos aportar cosas y aprender juntos.
¡¡¡ SOBRETODO QUE NADIE MONTE EL CIRCUITO, NO FUNCIONA CORRECTAMENTE!!!

 

[Francisco Galarza]

Hola, yo también estoy interesado en el diseño de amplificador pero hay una diferencia: tengo 18 años y sólo hice un colegio técnico en electrónica. Actualmente no tengo tiempo de investigar ni probar mucho porque estoy estudiando (Ing Industrial) pero he visto varios diagramas de amplificador, he entendido el principio de funcionamiento estructural y he diseñado y probado algunos y funcionaron (aclaro que por probar, lo que tuve a mi alcance fue sólo conectarlo y probar que amplificara y no distorcinara, todo a oído).
Lógicamente, no tengo manera de calcular los polos y el defasaje, pero sí me entretengo con las polarizaciones y corrientes de los transistores (sólo bipolares).
Tampoco estoy muy seguro de entender el prinpio de los amplificador diferenciales de entrada, alguna idea tengo, pero en mis diseños sólo he usado modelos copiados o amplificador operacionales.
Me gustaría aprender un poco más de este tema.
Acá puse un amplificador que diseñé completamente exajerado e innecesario, si querés buscalo, el título es "Funciona amp 900W?"

 

[downcount]

hola francisco!! me alegro que tengas ganas de aprender como yo, el mundo del audio es fascinante. Me ha gustado tu diseño, los transistores de salida mje15003/4 son muy buenos, en tu circuito el amplificador operacional esta configurado como amplificador diferencial, por tanto hace lo mismo que el amplificador diferencial a transistores, resta la salida con la entrada para reducir la distorsion harmonica. Una pregunta, el condensador de 100uf de la pata inversora pone un polo en alta frecuencia para obtener estabilidad, pero, como lo has calculado?, piensa que si el valor no es correcto el amplificador puede ser inestable, puede oscilar y quemarse los trt´s de salida. Permiteme que te indique unas pequeñas mejoras. El TLO82 es un buen operacional de proposito general, pero podrias substituirlo por un OPA 134 que es un operacional específico para audio y posee mejores caracteristicas y no tiene un precio excesivo, eso si quizas es un poco complicado de encontrar. Y una ultima cosa...900w es una burrada, yo reduciria la tension de alimentacion a +/- 50v, esto te daria aproximadamente algo menos de 300 Watios reales...que son muchos. Existe un fenomeno en los transistores en el cual la Beta del transistor es funcion de la Ic intensidad del colector. Nos interesa que esta sea una consntante, o sea quesea una funcion lo mas lineal posible , que al aumentar la Ic la Beta se mantenga constante, pero si miras el datasheet del transistor mje15003/4 veras que a partir de aproximadamente 2 amperios la hfe (beta) cae en picado, con instensidades menores de 2A se podria considerar casi como lineal, por eso no es conveniente hacer trabajar los transistores con corrientes mayores ( aunq en el datasheet diga que aguantan 20A). Lei en un libro que al duplicar los transistores de salida (significa que ahora circulara la mitad de corriente en cada TRT, se reduce a la mitad el THD.
Un saludo

 

[Apollo]

Hola a todos:

No están solos en el mundo de los amplificador, sólo hay que buscar mensajes que correspondan al tema específico.

https://www.forosdeelectronica.com/f31/diagramas-amplificadores-3225/

Saludos

 

[Francisco Galarza]

Hola, te agradezco mucho los consejos y como dije antes, es completamente exajerado, ¿quién le confía 900W a un solo canal?
Con respecto al capacitor, calculé su valor para que a cierta frecuencia (originalmente 20Hz), redujera la ganancia al 70%, para establecer la frecuencia de corte inferior, sin polos ni nada, sólo calculé la reactancia capacitiva Xc sumándola a la resistencia que tiene en serie. Pero el resultado era un capacitor medio chico, así que lo puse de 100uF y calculé cuál sería el corte y si mal no recuerdo, eran como 8 o 9 Hz.
Te agradezco otra vez y me voy a diseñar un amplificador nuevo, pero con los piés un poco más en la tierra, algo como 250-300 W.
Otra cosa, la ganancia la había calculado para que entregara la máxima potencia con una entrada de 1Vpp, pero hace poco investigué y descubrí que el nivel LINE estándard a 0dB es de 2.19Vpp. Habría que corregir ese detalle también