El Amplificador Como Bloque Funcional Esencial Para Los EEAA

8/17/2019 El Amplificador Como Bloque Funcional Esencial Para Los EEAA

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Módulo: Mantenimiento de equipos de audioMódulo: Mantenimiento de equipos de audio

UD4. Parte 1. El Amplificador de baja frecuencia.

Ciclo Formativo de G.S.: Mantenimiento de Equipos Electrónicos

Fecha:4 /4/2016

Sesión:04.1

Autor:Víctor M. Marín García


1. El Amplificador de baja frecuencia.

1. Introducción.

2. El preamplificador.3. Otros dispositivos presentes en los preamplificadores.

4. El amplificador de potencia.

2. Características y parámetros del amplificador de audio.

1. Sensibilidad de entrada.

2. Impedancia de entrada.

3. Impedancia de salida.

4. Nivel de salida.

5. Nivel de saturación de las entradas.

ÍNDICE


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2. Características y parámetros del amplificador de audio. (Cont.)

6. Margen de actuación de los controles de tono.

7. Respuesta en frecuencia.

8. Distorsión armónica.

9. Relación Señal/Ruido.

10. Potencia de salida.

11. Factor de amortiguamiento.

12. Separación entre canales o diafonía.13. Valores típicos de preamplificadores y amplificadores de

potencia.

ÍNDICE (Continuación)


3. Amplificadores de potencia.

1. Etapas básicas de un amplificador de potencia.

2. Clasificación y análisis de las etapas de potencia.

3. Factores que intervienen en las etapas de potencia.

4. Configuración de salida típicas utilizadas por las etapas de

potencia.

5. Funcionamiento de una etapa de potencia.



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Actualmente, atendiendo a su tecnología, existen 2 tipos de fuentes

de señales de audio:• Fuentes Analógicas (micrófonos, discos de vinilo, sintonizadoresde radio, reproductores de cassette…)

• Fuentes Digitales (DDC,DVD,CD…) La señal de audio a reproducir siempre es analógica. Ambos tipos de fuentes tienen características especiales e inherentes

a cada una de ellas, que hacen que los niveles de la señal de salidaque proporcionan sean muy distintos:• Desde los 0,1 – 2,5 mV de los reproductores de los discos de

vinilo (phonos)…

• Hasta los 150 – 200 mV de los reproductores de CD o radios. Estos niveles son insuficientes para excitar los altavoces. Es imprescindible aumentar los niveles, adaptándolos y controlándolos.

• Esta adaptación se realiza mediante las etapas de: Preamplificación. Amplificación de potencia.

1.- Introducción: Situación de la que partimos.



Los amplificadores integrados tienen estas dos etapas funcionales,bien diferenciadas como se muestra en la imagen, en el mismo equipode audio.

1.- Introducción : La adaptación de señales se realizada con el Amplificador.

En los equipos de gama alta el preamplificador y la etapa de potenciase encuentran en unidades (equipos) independientes.


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Esquema (Etapas) del Amplificador de Baja Frecuencia (Audio).

AMPLIFICADOR

PRE

AMPLIFICADOR

AMPLIFICADOR

DE POTENCIA

Selector entradas

Preamplificador RIAA

Adaptador imp.

Controles de tono

Otros dispositivos

Conmutador altvoces

Circuito protector

Sistema de medidas

Mandos generales

1.- Introducción: Etapas de un Amplificador.



2.- El Preamplificador. Es un amplificador de tensión formado por varias etapas

amplificadoras acopladas entre sí. Eleva y adapta la señal entregada por las fuentes sonoras para

que pueda atacar a la etapa de potencia.

Definición: Dispositivo electrónico que tiene pormisión seleccionar, controlar, amplificar, atenuar y corregir , las señales procedentes de diferentes fuentes transductoras electroacústicas analógicaso digitales, para poder atacar con amplitud suficiente al amplificador de potencia o etapa de

potencia.


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2.- El Preamplificador.

Para realizar las funciones de seleccionar, controlar,

amplificar, atenuar y correguir las señales entrantes, elpreamplificador está formado por varios módulos“funcionales”, con los que efectuar los controles oportunos.Los bloques funcionales más habituales son: Selector de entradas. Preamplificador corrector RIIA. Preamplificador adaptador de impedancias y de nivel. Controladores de señal.

• Controles de tono, filtros (graves y agudos),

loudness, control de volumen, silenciador, balance… Entrada y salida de cinta (antes), ahora USB. Conmutador de modo. Separador de preamplificador y etapa de potencia.




La misión del selector de entradas (Input selector) es

adaptar la entrada del preamplificador a las característicasespeciales de la fuente de señal seleccionada.

Existen 2 tipos de entradas:

Analógicas. (Pueden ser de alta o de baja sensibilidad).

Digitales.

En los equipos de audio cuando se selecciona unaentrada todas las demás quedan fuera del amplificador, yno tienen que interferir con la señal seleccionada.

1.- El selector de entradas.


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Este módulo se utiliza principalmente en las entradas demicrófono u otros transductores, ya que entregan nivelesde tensión muy bajos (de 1 a 5 mV) y su impedancia desalida varía en un margen muy amplio (de 100 Ω a variosKΩ).

Este tipo de preamplificador adapta esta entrada enimpedancia y nivel, y por lo tanto en sensibilidad, parapoder entregar a su salida una señal de amplitudadecuada para actuar sobre la entrada del preamplificadorsiguiente (principal).

2.- El preamplificador adaptador de impedancias y de nivel.

El adaptador de impedanciase colocaría entre la fuente yel preamplificador de la figura.




Este módulo se encuentra en la entrada de phono

(reproductor de discos de vinilo). Realiza las siguientes funciones:

Amplifica la señal de entrada procedente de las cápsulasmagnéticas para proporcionar un nivel adecuado a la entradadel preamplificador.

Corrige los efectos de ecualización introducidosintencionadamente durante la grabación, para evitar laslimitaciones de los discos de vinilo.

Las señales no se graban con la amplitud de la señal original

sino que las frecuencias bajas se atenúan y las altas serefuerzan, siguiendo la norma RIAA.

En el preamplificador la norma es complementaria a la utilizadaen la grabación para recuperar los niveles de la señal original.

3.- El preamplificador corrector RIAA ( Recording Industries Association of America ).


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Se entiende por Controlador: Dispositivo electrónico quetiene por misión el variar alguno de los parámetros(amplitud, frecuencia) de la señal original.

El amplificador puede tener o no tener estos controles.

Los controles permiten modificar algunos parámetros de laseñal para suprimir, atenuar o corregir los efectosmolestos, y reforzar los deseados, atendiendo a lasnecesidades del usuario y las características del recinto.

4.- Controladores de señal.




Dispositivo electrónico mediante el cual se puede modificar elnivel de la señal en alguna de sus bandas (2 ó 3) de frecuencias

especificas (graves, agudos), de forma independiente,corrigiendo y compensando los posibles desequilibrios existentesdebido a las deficiencias acústicas del local de audición, yadaptando el sonido al gusto particular del oyente. Ejemplo: en una sala que tiene una alta absorción de tonos

agudos debido a la tapicería se acentuaran los agudos.

4.- Controladores de señal: Controles de tono.

Existen tres tipo fundamentales de controles: Graves (Bass). Medios (Middle).

Agudos (Treble).

Si el dispositivo supera el nº de 3 controles de tonopasan a denominarse ECUALIZADORES.


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Esta etapa se utiliza para suprimir la actuación de los controlesde tono y conseguir así de manera instantánea una respuesta defrecuencia plana, mostrando la señal original sin las alteracionesintroducidas por el preamplificador.

En ocasiones también se utiliza esta etapa para cancelar losfiltros de agudos y graves.

4.- Controladores de señal: Cancelador de Controles de tono.




La mayoría de los equipos HIFI incorporan uno o más filtros. Su finalidad es suprimir o atenuar unas determinadas gamas de

frecuencias. A diferencia con los controles de tono que permitendarle ganancia a la señal, en un rango de frecuencias).

Esta funcionalidad reduce el ancho de la curva de respuesta enfrecuencia del amplificador pero permite suprimir efectos nocivosy molestos producidos por el amplificador, las fuentes o inclusoagentes externos como los parásitos de la red eléctrica.

Los filtros más utilizados en audio son: Subsónicos: Es un filtro paso alto que elimina las frecuencias

inferiores a 20 Hz. (Umbral de audición). Graves: Trabajan entre los 50 y los 80 Hz (ruidos mecánicos del

giradiscos y ruidos por un mal filtrado de la rectificación de la F.A.),afectando a las señales que se van a reproducir. Agudos: Trabajan con frecuencias de corte a partir de los 7 a 8 KHz.

Están destinados a suprimir los ruidos molestos que contaminan laseñal original. Restan linealidad a la curva de respuesta en frecuencia.

4.- Controladores de señal: Los filtros.


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El compensador acústico (loudness) es una etapa que tiene pormisión realzar las frecuencias graves y agudas y mantenerconstante el nivel de medias frecuencias.

Este dispositivo se utiliza para compensar la respuesta enfrecuencia del oído humano. Como ya sabemos el odiohumano es mas sensible a frecuencias intermedias entorno a1Khz, es por ello que estas siempre van a “destacar” por encimade bajas y altas frecuencias. Es a aquí donde aparece elloudness con el objetivo de realzar esas frecuencias de graves yaguados.

4.- Controladores de señal: Compensador acústico (Loudness) .




Coloquialmente se entiende como control de volumen el mandoque permite regular la ganancia de la etapa de potencia.

En realidad, el control de volumen existente en la etapa depreamplificación permite regular el nivel de la señal de salida delpreamplificador, que es la señal que entra a la etapaamplificadora de potencia.

El mando del control de volumen tiene por misión controlar lamagnitud de los niveles sonoros producidos por las pantallasacústicas, aumentando y/o disminuyendo la amplitud de la señalde salida del amplificador, que se aplica a éstas. La adaptacióndel nivel de esta señal a las pantallas (altavoces) se puede

realizar mediante el control de ganancia/atenuación en lasdistintas etapas del equipo amplificador: Preamplificador, etapade potencia o incluso en alguna otra etapa de control intercaladaen una posición previa o intermedia.

4.- Controladores de señal: Control de volumen.


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Coloquialmente se entiende como control de volumen el mandoque permite regular la ganancia de la etapa de potencia.

En realidad, el control de volumen existente en la etapa depreamplificación permite regular el nivel de la señal de salida delpreamplificador, que es la señal que entra a la etapaamplificadora de potencia.

El mando del control de volumen tiene por misión controlar lamagnitud de los niveles sonoros producidos por las pantallasacústicas, aumentando y/o disminuyendo la amplitud de la señal

de salida del amplificador, que se aplica a éstas. La adaptacióndel nivel de esta señal a las pantallas (altavoces) se puederealizar mediante el control de ganancia/atenuación en lasdistintas etapas del equipo amplificador: Preamplificador, etapade potencia o incluso en alguna otra etapa de control intercaladaen una posición previa o intermedia.

4.- Controladores de señal: Control de volumen.




El silenciado (muting) se encarga de reducir el nivel sonoro desalida en un valor prefijado por el fabricante (generalmente entre

15 y 20 dB) o eliminarlo por completo instantáneamente.

4.- Controladores de señal: El Silenciador.

Solo se utiliza en equipos estereofónicos.

El control de balance (balance control) tiene por objeto regular avoluntad el nivel de potencia de cada canal, equilibrando en todomomento el nivel sonoro de cada una de las salidas.

Cuando la potencia acústica que percibimos, procedente de los

dos canales es distinta por alguna causa (característicasarquitectónicas de la sala, ubicación del oyente, posición de losaltavoces…) se puede intentar nivelar utilizando el control deequilibrio o balance.

4.- Controladores de señal: El Control de Balance.


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3.- Otros dispositivos presentes en el Preamplificador.

Hay otros dispositivos que tienen como misión actuar sobre laseñal que se recibe en el preamplificador, sin modificarla.

Pueden tener muy diversas funcionalidades, pero entre las másextendidas, en los equipos de hace algún tiempo (1980 aprox.),podemos distinguir:

Copiar la señal. (Duplicar la señal de entrada en otra cinta)

Invertir la señal.

Monitorizar la señal.

Seleccionar el modo de reproducción: mono (L o R o L+R) / estéreo(Normal (L+R) o reverse (R+L).

Separar los circuitos del preamplificador y del amplificador depotencia. El preamplificador y el amplificador se quedan comounidades independientes. Se podría intercalar otro equipo (p.e.:ecualizador).



4.- El Amplificador de Potencia. Su finalidad es la de amplificar la señal presente a su entrada a una

magnitud de potencia (tensión e intensidad) adecuada para moverlos conos de los altavoces.

Esto es debido a que la señal que sale del preamplificador no tienesuficiente nivel de tensión/intensidad para activar adecuadamentelos altavoces.

OPCIONES DEL AMPLIFICADOR DE POTENCIA:

Conmutador selector de altavoces. Permite seleccionar laconfiguración/estructura de la red de altavoces conectados.

Circuito protector (desconexión) de altavoces, contra impulsos deencendido “antibump”, o cortocircuito en la carga (altavoces).

Sistema de medida de salida. Vúmetros analógicos, led o pantalla

que indican la potencia (amplitud) a la salida del amplificador.

Mandos de propósito general: Alimentación, fusibles, entradas deseñal y salidas hacia altavoces.


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E A B L

EEMA


UD4. Parte 2. Características y parámetros del amplificador de audio.

1.- Sensibilidad de entrada. Es el mínimo nivel de tensión de entrada capaz de excitar al

amplificador para que este entregue su máximo nivel depotencia a la salida. Esta tensión varia con la impedancia de

entrada, cuanto menor tensión de entrada sea necesaria,mayor será la sensibilidad.

Hay 3 niveles:

Muy Bajo: De 0,15 mV a 0,3 mV. (Cápsulas de bobina móvil).

Bajo: De 1 mV a 10 mV. (Resto de Cápsulas y micrófonos).

Alto: De 150 mV a 500 mV. (CD, TV, Radio).

Cuando la tensión de entrada es muy baja no se aprovechatoda la potencia del amplificador, y cuando es muy altadistorsiona.


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2.- Impedancia de entrada. La impedancia de entrada de un amplificador debe estar entre

10-50KΩ para garantizar el acoplo en tensión a la entrada.Raramente se mide este parámetro en la actualidad

En el caso de entradas balanceadas, la impedanciabalanceada es el doble de la impedancia de cada línea, y laimpedancia de ambas líneas debe ser la misma para evitarproblemas de ruido de tierra y reducción del CMRR

La impedancia de entrada varía poco en frecuencia y su partereactiva suele ser despreciable.



3.- Impedancia de salida. Parámetro muy importante en un amplificador de

potencia, que caracteriza su comportamientocomo fuente ideal de voltaje.

Su valor debe ser lo más bajo posible. El amplificador debe tener la capacidad para

mantener el voltaje a la salida para distintosvalores de impedancia en los altavoces.

En el caso ideal la corriente (potencia) seduplica cada vez que se divide por dos laimpedancia. En la práctica existen limitacionespor valor no nulo de la impedancia de salida ypor limitación de corriente en la fuente dealimentación.

impedancia de entrada varía poco en frecuenciay su parte reactiva suele ser despreciable.


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Otras ventajas del amplificador como actuando generador ideal de tensión son:

Se mejora la respuesta del amplificador ante variaciones en frecuencia de laimpedancia de la carga. Se reduce el riesgo de saturación (clipping) y, en consecuencia, la destrucción de

los altavoces por reducción de la impedancia de éstos por debajo de su valornominal.

Un altavoz en funcionamientopuede reducir su impedanciahasta en 1/6 de su valornominal.

3.- Impedancia de salida.



3.- Impedancia de salida.

El valor de impedancia de salida en los equipos profesionales actuales es menor de100mΩ . Se puede determinar experimentalmente a partir de la medida de dos tensiones de

salida para diferentes cargas (por ejemplo 4 y 80)

No se debe realizar la medición del voltajede salida con el amplificador funcionandoen vacio (sin carga) porque se puededañar la etapa de salida.


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Presencia de una o más componentes de señal a la salida que son múltiplosenteros de la frecuencia de entrada (armónicos)

Distorsión no deseada producida por la no linealidad del amplificador

Se suele especificar como la relación entre el nivel de los armónicos y elnivel de la señal de entrada que los generó, expresado en porcentaje o dB.

Se puede especificar para armónicos individuales o para un valor compuestorepresentando todos los armónicos (Total Harmonic Distortion, THD)

Se debe medir en toda la banda de frecuencia, a potencia nominal.Norma DIN: THD < 1%.Equipos profesionales actuales: THD < 0.1%

8.- Distorsión armónica.



El ruido se determina como:la tensión de salida enausencia de señal deentrada, conectando unaresistencia a la entrada quesimule la impedancia desalida del equipo fuente(típicamente: Generador con0 V, y Rin=1KΩ).

Es necesario aplicar un filtropaso banda (típicamente de20Hz-22KHz).

Relación entre la tensión de la señal de salida (S) para la potencianominal y la tensión de ruido (N).

9.- Relación Señal/Ruido.


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10.- Potencia de salida. Potencia nominal (potencia eficaz, continua o senoidal): indica la máxima

potencia que el amplificador funcionando en régimen continuo entregará a

una carga determinada (altavoz entre 2 y 16 Ω), con ambos canalesexcitados simultáneamente, y con una distorsión armónica THD y en unancho de banda dados.

Potencia musical: máxima potencia que el amplificador puede entregar ala carga en intervalos cortos de tiempo. Se obtiene utilizando una señal detest compuesta por pulsos, que trata de imitar las características dinámicasde un programa real.

Potencia de pico: especificado por algunos fabricantes por interesescomerciales. Medida sin restricciones (condiciones de distorsión o duración)

Si se supera esta potencia serecorta la señal de salida (clipping)

No muy diferente de la potencianominal (+1dB en equiposprofesionales)



11.- Factor de amortiguamiento.

Consiste en amortiguar la resonancia de los conos de losaltavoces de las pantallas acústicas, ya que estos después deproducir una nota de un mensaje musical, tienden a permaneceren movimiento y pueden llegar afectar a la siguiente nota musicalcontenida dentro del mensaje sonoro.

El factor de amortiguamiento (damping factor) es una medida decalidad del amplificador derivada de la impedancia de salida. Sedefine como el cociente entre la impedancia del altavoz y laimpedancia de salida del amplificador.

Su valor oscila entre 10 y 50 para amplificadores acopladosmediante transformador y entre 50 y 2000 para los equiposprofesionales actuales.


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11.- Factor de amortiguamiento.

La resistencia de los cables y cualquier dispositivo intermedio entre el

amplificador y los altavoces (filtros de cruce) reduce el factor deamortiguamiento. Es muy importante utilizar cables cortos y de grancalibre.

Un factor de amortiguamiento alto (mayor calidad del amplificador)permite mayor control del movimiento de los altavoces (evitaoscilaciones) y por tanto reduce la distorsión, especialmente en graves

El factor de amortiguamiento es un parámetro quedepende de la frecuencia.



12.- Diafonía o Separación entre canales.

Es la señal no deseada que se obtiene a la salida del canal no excitado yque procede del canal excitado. La atenuación de diafonía del canal Rrespecto al L es:

El canal excitador sealimenta con lasensibilidad nominal y semide la señal de salidaen el otro canal (canalexcitado)


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13.- Valores típicos de preamplificadores y amplificadores de potencia.



13.- Valores típicos de preamplificadores y amplificadores de potencia.


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3. Amplificadores de potencia.

1. Etapas básicas de un amplificador de potencia.

2. Clasificación y análisis de las etapas de potencia.

3. Factores que intervienen en las etapas de potencia.

4. Configuración de salida típicas utilizadas por las etapas de

potencia.

5. Funcionamiento de una etapa de potencia.



ETAPAS BÁSICAS DE UN AMPLIFICADOR DE POTENCIAControl de volumenPreamplificador de entradaEtapa excitadoraEtapa de potenciaCircuito de realimentaciónCircuito de protección de los transistores finales de salida

CLASIFICACIÓN Y ANÁLISIS DE LAS ETAPAS DE POTENCIAAmplificadores de clase AAmplificadores de clase BAmplificadores de clase AB

FACTORES QUE INTERVIENEN EN LAS ETAPAS DE POTENCIAEl rendimientoLa potencia disipada en la cargaLa máxima potencia disipada en la carga

CONFIGURACIONES DE SALIDA TÍPICAS UTILIZADAS POR LASETAPAS DE POTENCIAAmplificador DarlingtonEl amplificador en push-pull o simetría complementariaEl amplificador booster

FUNCIONAMIENTO DE UNA ETAPA DE POTENCIACircuito de una etapa de potencia con elementos discretos.Circuitos de una Etapa de Potencia con Circuitos Integrados.

ÍNDICE: (Detalle de Amplificadores de Potencia)


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UD4. Parte 3. Amplificadores de potencia.

1.- Etapas básicas de un amplificador de potencia.



1.- Etapas básicas de un amplificador de potencia.

C

.

.

E , .

P .

,

.

L .


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2.- Clasificación y análisis de las etapas de potencia.

P ( ). .

P : A .

E , .

: D . M .

50% 2030% 210%

A: , ,




. ( 0).

E . E (). , .

E . N , .

78.5% (5065% )

. C

. I . , .

I →N .


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A A

A B

A AB

A C



3.- Factores que intervienen en las etapas de potencia.

ENDIMIENO:

M

. L .

B .

B , .


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4.- Configuraciones de salida típicas para las etapas de potencia.

P A. P .

G .

C .

M .

E

( ) .

G , .(: 25%) P = I , :

P = ( I ) / 2



E AB, .

C , , .

P ,

,



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A , , .

, , H. D .




, ; , , .E

.

5.- Funcionamiento de una etapa de potencia.1. CICIO DE NA EAPA DE POENCIA CON ELEMENO DICEO.

2. CICIO DE NA EAPA DE POENCIA CON N CICIO INEGADO.


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. E (, ,, , ) , , , .

5.- Funcionamiento de una etapa de potencia.1. CICIO DE NA EAPA DE POENCIA CON ELEMENO DICEO.

2. CICIO DE NA EAPA DE POENCIA CON N CICIO INEGADO.

El Amplificador Como Bloque Funcional Esencial Para Los EEAA

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