“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”

AMPLIFICADOR DE POTENCIA

ESCUELA: INGENIERÍA MECATRÓNICA

CICLO: VII

CURSO: LAB. ELECTRONICA 1

INTEGRANTES:- CHOQUEHUANCA OBREGON CHRISTIAN- YUNCA ZEGARRA LUIS - COAQUIRA TICLAVILCA VICTOR-BLAS VILLANUEVA MIGUEL PROFESOR: ING. IVAN GONZALES CISNEROS

FECHA DE REALIZACION: 26/06/14

FECHA DE ENTREGA: 02/07/14

I.- OBJETIVOS

-Calcular el máximo pico a pico de la tensión alterna no recortada que es posible obtener con un amplificador de potencia determinado.

-Describir las características de un amplificador, incluyendo clases de operación, tipos de acoplamiento y rango de frecuencias.

-Conocer los factores que limitan la disipación máxima de potencia del transistor y las medidas que se pueden adoptar para mejorar dicha limitación. Transferir la señal utilizando canales poco ruidosos (conductores apantallados).

II.- PRE-INFORME

Resumen:

En esta oportunidad hablaremos del amplificador de Clase AB donde experimentaremos a partir de su circuito básico donde observaremos las formas de ondas a entrada del circuito y salida del mismo .Al final del experimento concluiremos si este amplificador es óptimo para ello tendremos que obtener su ganancia de voltaje, impedancia de salida y entrada la cual siendo la más importante la impedancia de salida para que se lo considere un buen amplificador. Los amplificadores de clase AB reciben una pequeña alimentación constante en su entrada, independiente de la existencia de señal. Es la clase más común en audio, al tener alto rendimiento y calidad. Estos amplificadores reciben su nombre porque con señales grandes se comportan como una clase B, pero con señales pequeñas se comportan como un clase A.

Introducción:

La amplificación significa que una señal de entrada de un circuito, se nos muestra a la salida una señal amplificada. Para ello usaremos el transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, entre otros. Lo estudiamos ya que es un tema importante de la electrónica la cual nos permite observar que con señales se puede obtener señales más grandes y estables para este caso de audio tendremos que un aparato a volumen 100% ya de ahí no pasara, a menos que le conectes un amplificador el cual hará que ese 100% se amplifique ciertas veces esa cantidad entonces si escuchas el 100% del aparato, con el amplificador podrá sonar más fuerte podría duplicar o triplicar depende de la potencia del amplificador. La cual nos lleva a definir un altavoz la cual es un transductor electroacústico, es decir, convierte energía eléctrica en energía acústica. Esta conversión tiene lugar en dos etapas: la señal eléctrica produce el movimiento del diafragma del altavoz y este movimiento produce a su vez ondas de presión (sonido) en el aire que rodea al altavoz.

Marco Teórico:

El propósito del amplificador de potencia es proporcionar una tensión de salida con máxima excursión simétrica sin distorsión a una baja resistencia de carga. En la práctica, un sistema puede consistir en varias etapas de amplificación, la última de las cuales suele ser un amplificador de potencia. La carga alimentada por este amplificador de potencia puede ser un altavoz, un excitador, un solenoide o algún otro dispositivo analógico. La entrada al sistema es una señal que se amplifica a través de etapas de ganancia de tensión. La salida de las etapas de ganancia de tensión tiene la suficiente amplitud para alimentar el amplificador de potencia de la salida.

En este caso estudiaremos el amplificador de clase AB, esta clase de amplificadores reciben una pequeña alimentación constante en su entrada, independiente de la existencia de señal. Es la clase más común en audio, al tener alto rendimiento y calidad. Estos amplificadores reciben su nombre porque con señales grandes se comportan como un clase B, pero con señales pequeñas se comportan como un clase A.

Equipos y materiales:

-Osciloscopio

-Generador de funciones

-Fuente de Alimentación

-Multímetro digital

-2 transistores BJT, TIP 31C y su complementario TIP 32C

-2 transistores BC 548

-Condensadores (25 v o más): 150pF, 10uF,2 x 1000uF

- Dos diodos 1N4148

-Potenciómetro de 100K

-Resistencias de 1/2W: 2x0.5 ohmios, 1.2K ohmios, 150K ohmios

- 1 Tablero de conexión

-Micrófono

- parlante de 4-8 ohmios de 2 W

Resultados obtenidos:

Al implementar este amplificador de potencia de clase AB observamos el uso de transistores complementarios, a la vez de dos diodos que ayuda a la polarización de los transistores. Primero pasa por un prefiltro para eliminar todo tipo de ruido, su eficiencia es baja menos del 50 %, se comporta como clase A cuando hay bajo nivel de salida. Mientras que, a altos niveles de salida, la señal sobrepasa el punto cero de cruce y se comienza a comportar como una clase B.

Por lo tanto cuando realizamos este experimento de laboratorio nos dio sonidos a una determinada frecuencia en el rango del oído humano, es un buen amplificador incluso mejor que el clase D.

III.-PROCEDIMIENTO

IV.PROCESO OPERATIVO

1.-implementar el circuito amplificador de simetría complementaria clase AB de la figura.

Implementación en protoboard

Implementación en simulador virtual

2.-conecte un voltímetro y mida Vcc =12 para nuestro circuito mida los voltajes Ve, Vb y Vc de los transistores y anote.

a) Hallamos los voltajes para BC548A

Ve=0, Vc=7.06v y Vb=0.562v.

Vce=7.06v, Vbe=0.562v y Vcb=6.497v.

b) Hallamos los voltajes para TIP31C

Vc=12v, Vb=8.182v, y Ve=7.674v

c) Hallamos los voltajes para TIP32C

Vc=0, Vb=7.06v y Ve=7.45v

Vbc=0.389v

3.- Aplique una señal senoidal de 1000 Hz y 300mVp-p. Observe en el osciloscopio las formas de onda de las señales de entrada y de salida simultáneamente. Dibuje las formas de onda de las señales de entrada y de salida. Mida y tome nota de las amplitudes. Dibuje:

*para el caso de 300mVp-p se puede observar que la onda de salida ya está recortada para este procedimiento tomaremos un voltaje de entrada más bajo que dado en la práctica ,para tener una mejor visualización.

Para 40mVp-p

Observamos que el voltaje de entrada que se uso es de 40mVp-p y el voltaje de salida es de 4.58Vp-p.

4.-Incremente la magnitud de la señal de entrada hasta que observe que la salida empieza a distorsionarse, justo antes, anote:

Aunque con 40mVp-p la onda ya se comienza a recortar pero muy poco subiremos la amplitud hasta tener un recorte muy visible.

Para 100mVp-p

Se puede apreciar en el recuadro como la parte negativa se ve recortada esto ocurre cuando se sube la amplitud. El voltaje de salida es de en la parte positiva 4.15Vp y la negativa es de -3.03Vp.

-Para el primer caso del problema a 300Vp-p

*es por eso que no utilizamos al comienzo de la simulación una amplitud de 300Vp-p en multisim ya que es una amplitud muy alta para este tipo de amplificador.

5.-Para las frecuencias dadas, ajuste el generador de frecuencias y mida el voltaje (en paralelo con el parlante) dibuje salida.

100Hz

1Khz

20Khz

50Khz

200Khz

Se puede notar que a frecuencias altas el voltaje de salida varia y disminuye en cambio al mantener una frecuencia media el voltaje aumenta levemente.

6.-con el parlante a la salida, compruebe hasta que frecuencia logra escuchar, utilice el osciloscopio y generador respectivamente. Anote los resultados. Incida en las frecuencias más bajas y las más altas.

*Con el parlante conectado a la salida hecho en el laboratorio y se puede escuchar desde 18hz hasta los 25khz aproximadamente que es el rango promedio donde el oído humano tiene una percepción del sonido donde están los ultrasonidos que superan los 20khz y los infrasonidos que están por debajo de los 20hz

7.-Mediante un micrófono y/o alterno (radio, dismac, u otros) compruebe la amplificación de nuestro amplificador. Halle dicha potencia. Tome los valores necesarios.

Al conectar una radio a la entrada del circuito amplificador podemos notar que existe una buena amplificación pero es necesario tener un parlante de salida que soporte más potencia ya que sonaría muy ruidoso además de romper la bobina móvil. Además el circuito implementado recalentaría mucho.

IV.- CUESTIONARIO:

1.- ¿Que se debe elegir amplificadores Analógicos o Digitales? Justifiqué su respuesta.

Se debe elegir los amplificadores analógicos (clase AB) ya que tiene mejor sonido es decir menos ruido que los amplificadores digitales (clase D).

A pesar que los amplificadores de clase D son más eficientes pues poseen 80 % a plena potencia pero puede tener distorsión por lo tanto se colocaría un filtro paso-bajo, el mejor uso hoy para estos amplificadores es en los subwoofers.

2.- ¿Para nuestros amplificadores elegimos Fuentes reguladas o no reguladas cual es recomendable?

Para el caso de este proyecto tendremos que tener una fuente regulada ya que se puede variar el voltaje para no sobrecalentar los transistores, en nuestro experimento al principio pusimos el valor indicado de 13.5 V a los pocos minutos se empezó a calentar rápidamente el circuito, lo tuvimos que bajar a 12 V para así se mantenga el circuito en zona estable y de fácil funcionamiento.

3.- Investigue sobre las características y tipos de los parlantes. ¿Cuál es el más adecuado?

Podemos encontrar en el mercado tecnológico muchos tipos de parlantes las cuales detallaremos a continuación:

Los tweeter: para altos estos parlantes son diseñados para reproducir altas frecuencias de audio, es decir, aquellas que van desde los 4 hasta los 20 kilohercios (kHz).

Midrange: para medios por su diseño, estos parlantes reproducen frecuencias medias (entre 400 Hz y 5 kHz), que a menudo sobrepasan las de los tweeter y bajos.

Midbass, para semibajos estos no son especialmente los más comunes, pero se diseñaron para cubrir la gama de sonidos entre los 200 Hz y los 3 kHz, es decir, entre la gama superior de los bajos y la inferior de los medios.

Woofer, para bajos trabajan en el rango de 30 Hz y 2 kHz. Se caracterizan por su gran tamaño (entre 20 y 30 centímetros) y por la construcción para trabajo pesado. Los materiales preferidos para elaborar el cono es una combinación de papel y cualquier otro material.

Subwoofer, para más bajos esta clasificación se ubica más dentro de los woofer, porque su finalidad es reproducir sonidos de más baja frecuencia (entre 20 Hz y 1 kHz). Por lo general se les ve instalados entre cilindros independientes o bazookas .

Multifrecuencia, para quienes quieren evitar la instalación de varios tipos de parlantes alrededor de la cabina se hicieron los multifrecuencia aunque, si bien se ahorra esfuerzo y espacio, se pierde calidad de sonido.

El más adecuado serían los midrange son muy importantes porque la mayoría del rango de audición humana se ubica dentro de este rango y, por consiguiente, son musicalmente cruciales para una correcta ejecución.

4.- Explique las características y funcionamiento del amplificador implementado

Clase AB

Amplificadores de Potencia Amplificador Clase AB es el más común utilizado en estéreo o audio. Tiene un excelente funcionamiento en alta frecuencia al tener una combinación de las características de los amplificadores clase A y clase B a pesar de que no es muy eficiente como el clase B ni tan lineal como el clase A. Este amplificador tiene la característica recibir una onda y amplificarla en más de un semiperiodo y menos de un semiperiodo. Descripción Análisis del Circuito el amplificador funciona cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que la corriente circule durante menos de un periodo y más de un semiperiodo. Para entenderlo mejor la onda de salida es: con simetría complementaria los dos elementos activos realizan más de la mitad del tiempo, produciendo una menor distorsión de cruce; esta clase de amplificadores con realimentación negativa grande, proporcionan excelentes características de distorsión con eficiencia, buena potencia y son ampliamente utilizados para amplificadores de estado sólido. El rendimiento del amplificador AB, expresa la relación entre la máxima potencia alterna, entregada a la carga (PL) y la potencia dada por la fuente de alimentación (Pcc). Esta relación suele expresarse en porcentaje:

η n= (PL max)/Pcc ×100

Sin embargo, su rendimiento varía entre el 60% y 70% .

5.-Halle los datos teóricos básicos del circuito implementado

Crossover te permite cortar frecuencias para tener una mejor calidad de audio ya sea altas ( hi) bajas (low ) en los componentes viene una caja que hace este corte de frecuencias para separar las altas de las bajas y así lograr una mejor calidad de audio por eso se recomienda comprar componentes porque constan de 1 medio-bajo un crossover y un tweeter lo que permite manejar a cada uno su frecuencia evitando la distorsión y dando como resultado una mejor calidad de sonido igual para los amplificadores separa la señal enviada por el estéreo y permite que los componentes trabajen en un rango de frecuencias altas sin dañarlo con las frecuencias bajas y un bajo trabaje sólo con frecuencias bajas dando un mejor sonido y evitando la distorsión.

Los transistores complementarios. Uno PNP y otro NPN, se utilizan preferentemente en: Amplificadores de potencia para sonido, sin tener que utilizar transformadores, que distorsionan el sonido. Como el sonido es una corriente alterna, y la polaridad de los transistores es negativa en el PNP y positiva en el NPN, cada uno de ellos se encarga de amplificar la polaridad correspondiente, que finalmente se reúnen en el altavoz.

Distorsión por cruce es una pequeña discontinuidad en la señal de salida cuando un circuito basado en transistores pasa por cero, es decir, cuando uno de ellos está activo (polarizado) y el otro está apagado, y viceversa. En otras palabras, cuando se pasa de la zona positiva a la negativa o viceversa en una señal alterna. En el momento que se pasa por cero, existe un tiempo en que ninguno de los transistores esta polarizado y la señal se distorsiona al mantenerse continua durante un instante en el nivel cero. Afecta a los amplificadores de clase B, y en menos medida a los de la clase AB.

6.- Anote observaciones y conclusiones del experimento

*El amplificador de clase AB incorpora un circuito que permite eliminar la distorsión de cruce que introduce el amplificador de clase B

* Observamos el rango auditivo que poseemos a una determinada frecuencia baja y otra frecuencia alta.

*Cada amplificador tiene sus ventajas y desventajas resumiendo que no hay amplificador ideal, por lo tanto es bueno usar los amplificadores de clase AB porque no tiene mucha distorsión a diferencia de una de clase D

* Podemos observar muchos tipos de parlantes dependiendo la frecuencia con la que queremos escuchar un sonido uno de los mejores son los midrange son muy importantes porque la mayoría del rango de audición humana se ubica dentro de este rango.

*Este circuito es usado como amplificador analógico la cual posee un pre filtro para que no halla distorsión, también el uso de transistores complementarios la cual ayudan a no usar transformadores y de esta manera tampoco se provoque ruidos.