Diseño de amplificadores de audio

#61
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?"
 
#62
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 ;)
 
#64
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
 
#65
Hola Francisco!!! me encanta tu iniciativa, pero me parece que los calculos que has hecho del condensador no son correctos, no hay que tratar este condensador como un filtro aunque en realidad lo es, mas adelante intentare explicar lo que conozco sobre el tema de realimentacion y estabilidad, este es el proposito del condensador (proporcionar estabilidad), no el de realizar un filtro pasa-altos.
Respecto al los niveles de entrada estoy algo confuso, segun tengo entendido por ejemplo la salida de un reproductor de cd-entrada de un preamplificador estaria entre los 200-300mV, la salida de un preamplificador-entrada de una etapa de potencia, alrededor de 1.5-2 voltios.
 
#66
Bueno, mi proposito es el de aprender a diseñar amplificador de audio de alta calidad domesticos en clase B con transistores bipolares, no el de proporcionar esquemas de circuitos, que gracia tiene montar un amplificador y no entender como funciona?, si soy sincero nunca he diseñado uno, pero he aprendido bastante del tema, quizas aun no tanto como para diseñar ninguino.
Se me ocurren una serie pasos a seguir para el aprendizaje, yo propongo algunos, intentare ir explicando lo que he aprendido sobre el diseño, no pretendo dar un curso, ni mucho menos, si no que colaboremos todos.
Se que mucha gente esta interesada en el tema pero quizas no tenga los conocimientos suficientes como para entender algunas cosas, ruego que todos nos expresemos de la manera mas entendible para despertar el interes de los principiantes o novatos en electronica, pero logicamente algunas cosas basicas hay que pasarlas por alto.

1- Introduccion: Clases de amplificador, respuesta en frecuencia, ruido, disporsion, Bipolares vs Mosfets y valvulas. Estructura basica de un amplificador.
2- Etapa de entrada. Configuraciones y anàlisis.
3- Etapa de ganancia en tension. Configuraciones y anàlisis.
4- Etapa de salida. Configuraciones y anàlisis.
5- Realimentacion, estabilidad, slew-rate.
6- Fuentes de alimentacion
7- Protecion del amplificador y de los altavoces.
8- Compensacion termica de Vbias (tension de polarizacion) y ajuste.
9- Aspectos mecanicos, cableados y calculo de los disipadores.
10-Aspectos basicos para diseñar circuitos impresos.
11- Seleccion de componentes electronicos para audio: reistencias de pelicula metalica, condensado de polyester, electroliticos, transistores bipolares y sus caracteristicas destacables en audio.
12- Analisis matematico y simulacion del esquema del amplificador al principio de este tema.
Este ultimo tema lo podemos ir realizando a medida que avanzamos.
 
#67
Os mando una serie de links muy interesantes sobre proyectos de amplificador. Pido disculpas algunas páginas estan en ingles.

- http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/pcpfiles.html
página en español, diseño y proyectos de amplificador, página muy buena.

- http://www.littlefishbicycles.com/poweramp/
página en ingles. Proyecto amplificador 100W.

- http://www.angelfire.com/ab3/mjramp/
Pagina en ingles, diseño de amplificador

- http://www.dself.dsl.pipex.com/ampins/ampins.htm
página en ingles diseño de amplificador, pagina muy buena.

Sobretodo os recomiendo que mireis la pagina en español, habla del diseño de amplificador como de su estructura, de las etapas diferenciales, fuentes de corriente, cargas activas,etapas de salida (se salta la etapa intermedia de ganancia de tension), realimentacion, estabilidad, slew-rate, fuentes de alimentacion....etc.
 
#68
Esto marcha, añado un par de enlaces más:

http://www.acta.es/MFsviewer.asp?theurl=823
PDF 19 páginas muy didáctico, paso a paso del cálculo de un clase AB de 30 W. Completo, previo en emisor común, driver, y salida.

http://www.victoryvictor.net/transistor4.htm.
Parecido al anterior, se explica un amplificador clase AB también aunque de baja potencia.

http://www.eee.bham.ac.uk/collinst/ee3b1/slides/
Diapositivas en inglés, es básico pero vienen cosas interesantes, (por ejemplo el cálculo de la RE de la etapa clase AB, su porqué, etc). En concreto esto viene el 6.
Recomendado.
 
#69
Downcount, los links (por lo menos el español) es muy bueno, leí la parte de diferenciales y se me aclararon un monton de cosas y me surgieron nuevas ideas, espero que despues de ver la parte de salida y los otros links pueda armarme algo interesante.
Muchas gracias por toda la información
 
#70
de nada Francisco,os mando otro link, siento que sea en ingles, pero es que la buena información cuesta encontrarla en español :(, dimelo a mi que he tenido que leerme libros en ingles, la verdad mi nivel de ingles no es muy bueno, he entendido la mitad jejejej

http://sound.westhost.com/amp_design.htm

Voy a hacer unas reflexiones sobre la " respuesta en frecuencia", para aquellos que no sepan lo que significa pueden consultarlo en http://es.wikipedia.org/wiki/Respuesta_en_frecuencia. La respuesta del odio humano raramente abarca frecuencias mayores de 20Kz, en audio existe un estandartd donde el ancho de banda de los equipos de audo esta comprendido como mínimo entre los 20Hz y los 20KHz (esto se considera baja frecuencia).
Los formatos digitales de ultima generacion de alta calidad como el DVD-Audio y el SACD (Super Audio compact Disc) extienden este ancho de banda hasta los 100KHz, uno se preguntarà, porque es necesario reproducir frecuencias tan elevadas ( estan en el rango de ultrasonidos) si el odido humano no es capaz de escucharlas?.
La respuesta esta en que recientes estudios psicoacusticos demuestran de que estas frecuencias no son audibles pero si son preceptibles y afectan en la calidad sonora. En la actualidad pocos altavoces de agudos (tweters estan preparados para reproducirlas).
voy a copiar un texto interesante que demuestra lo anterior, extraido de un articulo que habla del DVD-Audio.
"La utilización de las frecuencias de muestreo mas elevadas, como 96 y 192KHz, puede parecer innecesaria, ya que hay muy pocos casos excepcionales de personas capaces de escuchar frecuencias de 24 y 26KHz, ya de por si muy alejadas de los 48 y 96KHz de frecuencia de corte de este sistema. En la mayoria de las ocasiones, la respuesta audible no se extiende mas alla de los 20KHz en la escucha de tonos puros en estado estacionario, por lo que parece ser que esta extension de la banda de frecuencia no es muy utilizada. Sin embargo, tambien se puede argumentar que las frecuencias de muestreo elevadas mejoran la respuesta biaural en el tiempo,conduciendo a una mejora de la generacion espacial de imagenes sonoras (en otras palabras esto significa que mejora la localizacion de los instrumentos, percibes donde estan colocados los musicos y a la distancia donde estan, sientes que la musica no sale de los altavoces si no del espacio, no se si me expresado bien, lo digo por experiencia propia, he escuchado equipos domesticos, no profesionales de mas de 100.000 euros, mucha gente no sabe ni que existen).

A modo de conclusion pienso que seria interesante a la hora de diseñar amplificador augmentar el ancho de banda hasta valores cercanos a los 100KHz.

Conceptos como " respuesta en frecuencia, ancho de banda, frecuencia de corte" son importantes en el mundo del audio, aquellos que no los conozcan pueden encontrar su significado por ejemplo en http://es.wikipedia.org/wiki/Portada.

Existen mas conceptos basicos que no voy a explicar, pido discultas pero es que si no me tiraria años, algunos de estos son por ejemplo: analisis de circuitos a nivel basico, kirchhoff, lei de ohm, impedancia de entrada, salida, potencia, decibelio dB, fase, amplitud, transistores bipolares, señal senoidal, bobinas , condensadores, resistencias, concepto de amplificación, simulacion con Pspice (existen manuales en castellano en internet)..etc...
 
#72
Hola, acá estoy otra vez presentando un circuito que diseñé.
Lo simulo y anda todo perfecto, muy baja THD (0.002% a 0.08%).
A máxima potencia sin distorcionar da 50W en 8 ohms y 100W en 4 ohms.
Todo esto con una alimentación de +-35VDC.
El problema viene cuando le quiero subir la alimentación, por ejemplo, a +-65VDC. En estas condiciones aparece una oscilación de alta frecuencia. Probé aumentando el valor de los condensadores de 1nF hasta 3.9nF pero la oscilación continua.
Les pido una mano por favor, si me lo pueden checkear a ver qué está mal.
El objetivo de subir la alimentación es hacerle una fuente con dos tensiones y un circuito switch para hacerlo un amplificador clase H.
 

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#73
fantástico hilo, muchas gracias downcount.
En cuanto a lo escrito respecto a frecuencias mayores a 20kHz., lo pongo un poco en cuarentena. Dudo mucho el posicionar o no diferentes instrumentos a partir de un monitor esté relacionado con el aumento del ancho de banda. Me suena más a estrategias de márketing. Además, quizás esta expansión del ancho de banda a frecuencias para mi, innecesarias, a lo único que puede a llevar es a mayor distorsión armónica del amplificador, y esto puede hacer que este de un sonido más musical (la discusión de siempre entre válvulas y transistores).
Downcount:
Existe un fenomeno en los transistores en el cual la Beta del transistor es funcion de la Ic intensidad del colector.

Efectivamente esto se debe tener muy en cuenta. Este fenómeno esta relacionado con la cantidad de portadores minoritarios que hay en la base. Supongamos que tenemos un PNP, luego la base es de tipo N (dopado por tanto con electrones, estos son pues los portadores mayoritarios). Si el transistor está en conducción, el emisor inyecta huecos a la base, y sólo unos pocos de estos huecos se recombinan con electrones libres en la base(corrienteIb) , pasando la mayoría hacia el colector (Ic). Así, la ganancia Beta=Ic/Ib es grande.
Cuando la corriente se hace demasiado grande, el hecho es que el emisor está inyectando tal cantidad de huecos en la base que empieza a comportarse más bien como una capa tipo p, luego extrae muchos mas huecos (Ib aumenta) mientras Ic se mantiene constante, lo cual lleva por tanto a una reducción de la ganancia de corriente beta.
 
#75
Hola francisco!!! es verdad tienes razon..el transistor que actua como pre-driver parece q esta al reves....que fallo...cuando pueda lo volvere a simular a ver si funciona, merci.
Respecto a tus diseños...el amplificador de 50w, a parte de q tiene un pequeño error de dibujo (base de q16 no esta conectada), no acabo de entender el circuito, Q1,Q2,Q27 y Q28 para que sirven??, la configuracion de los transistores de salida... no se que tipo es, parece una CFP. Un par de cosas que he notado, los transistores 15033/32 son transistores drivers no transistores de salida, si miras el datasheet son de encapsulado TO220, no aguantan mucha potencia y por ultimo los dos diodos que has puesto para polarizar ligeramente los transistores de salida, es una solucion correcta, pero es mucho mejor que lo substituyas por un transistor en configuracion multiplicador de Vbe, con esta ultima configuracion la distorsion de cruce sera menor devido a la temperatura.
 
#76
En el otro esquema HI-fi 50w Q9 hace de multiplicador de Vbe. C1 y C2 no creo que tengan nada que ver con la estabilidad, creo q no tiene ningun tipo de compensacion en frecuencia, por eso de oscila. La resistencia R11 es la realimentacion negativa, por tanto creo q tendria q ir conectado a la pata inversora del operacional y la compensacion en frecuencia tendria q estar situada ahi.
 
#77
El esquema que envio se trata de un esquema de un amplificador basico, para emcezar a entender como funciona y luego pasar a diseños mas complicados. Intentare explicar como funciona. Se trata de un esquema de tres estapas, etapa de entrada, etapa de ganancia en tension y etapa de salida, la mayoria de amplificador son de tres etapas.
- La etapa de entrada o de transconductancia convierte tension en corriente.
C1 y C2 desacoplan en continua , para no dejar pasar DC al amplificador, se tendrian que substituir por un solo condensador de polipropileno de unos 10uF. C4 y C5 (100uF) filtran la alimentacion para que no se cuelen componentes de alta frecuencia...ruidos, interferencias. R1 fija la impedancia de entrada, un valor de 10 o 20 Kohms es lo normal.
C3 se utiliza para llevar a massa señales de RF, señales de muy alta frecuencia q no nos interesan. Un dato muy importante de montaje, donde pone signal common, és el negativo de la señal de entrada, esta massa no se debe conectar directamente a la massa del amplificador, pq la massa del amplificador lleva señales de alta potencia y la de la entrada, pequeña señal introduciendose de esta manera mucho ruido. Las masas hay q conectarlas en un unico punto, ya lo comentare en otro momento .
 

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#78
Bueno ahora empiezo con lo realmente interesante....Q1 y Q2 es un ampplificador diferencial, Q3 y Q4 forman una fuente de corriente constante (constante!!!...que no varie devido a las variaciones de la alimentacion, esto hace q el amplificador tenga un elevado PSRR, power supp ly rejection ratio), esta fuente de corriente fija la polarizacion del amplificador diferencial.
R2 y R3 son las resistencias de emisor o de degeneracion, la funcion que tienen es linearizar el amplificador diferencial reduciendo de esta manera el THD (distorsion harmonica total).
Q6 y Q6 junto con sus resistencias de degeneracion R6 y R7 forman un espejo de corriente. El espejo de corriente tiene dos misiones: hace que circule la misma corriente por cada rama del amplificador diferencial lo cual reduce la distorsion y actua como carga activa para los colectores del amp. dif. lo cual hace doblar la capacidad en corriente de salida de la et. dif.
En la base de Q2 se introduce la realimentacion negativa global. R10 dividido R8 (R10/R8) fijan la ganancia en alterna. La realimentacion en continua es del 100% puesto que C6 bloquea la continua, esto se hace para conseguir un offset (DC) mínima a la salida del amplificador.

- La salida del amplificador diferencial (colector de Q1) se introduce a la etapa de ganancia en tension , base de Q8 (VAS, voltage amplificadorfier stage), es un amplificador de transimpedancia, convierte la corriente de salida del amp. dif. en tension. Q10, Q11 y R9 forman una fuente de corriente constante que polarizan el VAS (Q8), todo el amplificador esta acoplado en continua... y para polarizar los transistores hay q hacerlo mediante fuentes de corriente, estamos acostumbrados a polarizar los transistores con resistencias, pero esto no nos sirve , puesto que es para amplificador acoplados en alterna. Pq lo hacemos asi?? en un amplificador acoplado en alterna (=desacoplado en continua) necesitamos un condensador a la entrada y a la salida del amplificador para bloquear la DC, para q la polarizacion de un TRT no afecte a otro.
Acoplando en continua polarizando los TRT con funtes y espejos de corriente nos ahorramos de introducir condensadores entre cada red de resistencias de polarizacion del transistor, por estos condensadores circularia nuestra señal de audio, esto no nos interesa, hemos de evitar lo maximo posible q circule señar por un condensador para evitar distorsion.
Q9, P1, Rb y C8 forman un multiplicador de Vbe, su funcion es proporcionar una pequeña tension de polarizacion (aproximadamente de 2,8 V enamplificador EF seguidor de emisor como este) para poner los transistores de salida en clase B ( los transistores de salida se polarizan casi en el punto de empezar a conducir). El potenciomentro P1 permite ajusta esta tension de polarizacion (Vbias). Los transistores de salida se polarizan para q no ocurra distorsion de cruce ( cuando un transistor conduce el otro no lo hace y lo contrario han de hacerlo sin discontinuidad por el paso por cero).
La tension Vbe de los transistores de salida varia con la temperatura ,los transistores de salida se calentaran mucho, por tanto variara la tension de polarizacion necesaria, por eso el transistor Q9 se monta en el mismo disipador que los transistores de salida, de esta manera Q9 sufrira las mismos variaciones de temperatura que los trt´s de salida y proporcionara una Vbias que dependera la temperatura disminuyendo la distorsion de cruce y por tanto el THD.
Buff cuantas cosas he contado....espero haberme explicado bien...cualquier duda me la deciis..otro dia continuo ;)
 
#79
Hola, 4 transistores del 1º amp los puse para sacar el offset porque tenia problemas pero es un diseño muy inestable.
El segundo me funcionó muy bien y C1 y C2 hacen a la estabilidad, si se los saco se larga a oscilar.
Otra cosa es que la realimentación va a la entrada no inversora porque después se invierte la salida del operacional por el resto del circuito.
Uso esa configuración de salida para aprobechar más la alimentación.
 
#80
downcount dijo:
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Buff cuantas cosas he contado....espero haberme explicado bien...cualquier duda me la deciis..otro dia continuo ;)
Geníal tío.

La verdad que he aprendido unas cuantas cosas que no tenía ni idea.
No sabía que no era bueno hacer pasar la señal por condensadores, aunque sabía que eran mejor las etapas acopladas en contínua, pero no porqué.

¿Respecto a C7 sabrías para que es? Yo sé que es para algo de compensación en frecuencia,
pero ni sé como se calcula, ni sé exactamente que es "compensar en frecuencia".

Poca información he visto con respecto a eso, lo único que sé es que debe ser un condensador de decenas de picofaradios. He simulado un amplificador parecido a este con y sin el condensador y no veo diferencia alguna.
 
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