AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 WUNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES ELECTRÓNICA ANALÓGICA PROYECTO: AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W CON ECUALIZADOR DE 3 BANDAS DOCENTE: ING. VINICIO IÑIGUEZ ALUMNOS: ERIKA MALDONADO JONNATHAN PERALTA GRUPO: 4 FECHA: 15 DE ENERO DEL 2014 ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 1 AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 2 . ........................................................... Filtro Pasa-alto ............................................... Diseño de un amplificador de audio de 20W con ecualizador de 3 bandas ..................... Objetivos ........ 9 6.................................................................................1.............. Amplificadores de audio ...... 5 4.................................................................................... 10 Figura 6................................................ Conclusiones.................................................................................................................... Objetivo General ...................................1..............1............ 7 Figura 2.................................... 13 Tabla de Figuras Figura 1..................................... Diagrama de filtro pasa-alto de segundo orden ............................. 12 7...................... 12 8....... Anexos ......................... 12 9............................... Objetivos Específicos ................................................................... 5 3..............................AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W Contenido 1.................... Diagrama de filtro pasa-bajo de segundo orden ....2................. 8 Figura 4....................................................................... Materiales ..... Red de amplificación de sonido de 20W ....................... Filtro Pasa-bajo .................................................................................. 8 5...................................................... 5 5...................... 5 3....... Recomendaciones ............. 11 Figura 7......................... 7 5....................................................... Introducción ............................................................................................ Resumen ........................ Etapa de Ecualización ..........................................................1.................................................................... 7 5.......................... 6 5........................................3.. Bibliografía ........ Circuito ecualizador de 3 bandas adicional ....2...... 13 ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 3 ................................................................................................ Filtro Pasa-banda....................................... 9 Figura 5. Circuito ecualizador de 3 bandas con filtros de segundo orden ............................................................................... 4 3...........................................1................................................................................................... 4 2..........1................................................................................................................... y ofrecer una impedancia de salida baja hacia la etapa de filtros. medios y bajos cuando deseemos. mientras bloquean. etc. celulares. el cual sirve para amplificar la salida de: PC. se conocen como filtros a los sistemas selectivos de frecuencias que permiten el paso de una banda específica. con el objetivo de reducir al mínimo cualquier riesgo de sobre tensión a la fuente. o a través de circuitos basados en amplificadores operacionales. Una de las principales ventajas que ofrecen los filtros activos consiste en que son ideales para operar a bajas frecuencias. El circuito completo del amplificador ecualizador aparece en la Figura 6. inductancias y condensadores. ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 4 . El ecualizador de audio presentado en este documento se encuentra construido a partir de tres etapas de filtrado basadas en redes Sallen-Key. se utilizan seguidores de tensión como acopladores de impedancia. Los filtros pueden construirse a partir de la interconexión de resistencias. Resumen El presente proyecto tiene como objetivo el diseño y construcción de un amplificador de sonido de 20W con ecualizador de 3 bandas. Este proyecto se divide en 2 etapas. además de aprovechar el predecible comportamiento que poseen los amplificadores operacionales en las regiones inferiores del espectro. a los cuales se les conoce como pasivos. la señal de audio se hace pasar a través de un filtro paso alto configurado para permitir el paso de los componentes espectrales superiores a 4 kHz. Antes de ingresar a la etapa de filtrado. pasa-banda y pasa-alto para poder variar los altos. con el fin de poner en práctica los conocimientos adquiridos en la materia de Electrónica Analógica. Introducción En ingeniería. En este informe se detallará paso a paso la construcción y montaje de los elementos que conforman el amplificador de sonido. La primera de ellas consiste en un filtro activo pasa bajos de segundo orden diseñado para una frecuencia de corte de 250 Hz. Las salidas de los tres selectores de frecuencias ingresan a un sumador de ganancia configurable en el cual es posible ajustar el valor de ganancia de la banda pasante de cada filtro. así como las conexiones de los mismos mediante planos eléctricos diseñados con el objetivo de su fácil interpretación y lectura. y de un filtro pasa banda con un límite inferior situado en 500 Hz y superior en 2 kHz. El amplificador de este proyecto presenta una potencia de salida de 20W y posee un ecualizador de 3 bandas que permite el control de tonos a gusto del operador. donde haremos uso del amplificador operacional TDA2003.AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W 1. o por lo menos atenúan. De forma paralela. la señal es amplificada en tensión por medio de una etapa no inversora con amplificador operacional. Esto hace que este tipo de sistemas sean sumamente versátiles a la hora de procesar señales cuyo ancho de banda se sitúa dentro de la audio frecuencia. la cual será implementada en el transcurso de nuestra carrera en prácticas de laboratorio siguientes. los componentes espectrales que se encuentran por fuera de este intervalo. 2. mp3. descritas a continuación: Etapa de Amplificación. en cuyo caso se denominan filtros activos. tv. y finalmente la Etapa de Ecualización en la que mediante cálculos haremos uso de filtros pasa-bajo. región en la cual los filtros pasivos presentan algunas dificultades. Posteriormente. Como el disipador de calor. Protoboard. Objetivos 3.9 kΩ 2 resistencias de 33 kΩ 2 resistencias de 8. tres capacitores y cuatro resistores. constituido básicamente por un circuito integrado TDA2003. 2 TDA2003 1 C4558 4 TL084 2 resistencias de 47 Ω 2 resistencias de 2. Objetivos Específicos - Analizar teóricamente y de forma práctica la aplicación de amplificadores operacionales en filtros pasa-bajo.2.2 kΩ ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 5 . pasa-banda y pasa-alto. 4.7K 2 resistencias de 100K 2 resistencias de 220K 1 resistencia de 2.2 Ω 2 resistencias de 220 Ω 2 resistencias de 1 Ω 4 resistencias de 1K 2 resistencias de 10K 4 resistencias de 2. Osciloscopio. Objetivo General Diseñar y construir un amplificador de sonido de 20W con ecualizador de 3 bandas. calcular los parámetros de los elementos empleados en su construcción y comprobar su funcionamiento. empleando amplificadores operacionales para filtrar las señales de entrada.2k 2 resistencias de 68kΩ 8 resistencias de 5. en este montaje.8 kΩ 4 resistencias de 15 kΩ 8 resistencias de 10 kΩ 2 resistencias de 3. Materiales - Multímetro. 3.1. 3. siendo cada amplificador. a su vez.AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W El amplificador de potencia está constituido por dos amplificadores en puente. usado para los TDA2003. Hacer uso de filtros de segundo orden y dimensionar sus parámetros para frecuencias de corte impuestas. posee una superficie de disipación suficiente para evitar el calentamiento indebido de los mismos. Cable multipar. 047 uF (473) poliéster 2 Condensadores de 0. Se toma un valor típico de 100uF. y también debe presentar una impedancia despreciable. cuya la resistencia parece ser de 15 Ohmios de la red zóbel. Esto es así porque el altavoz es una carga ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 6 . Se calculan para que presenten una impedancia despreciable frente a las impedancias de entrada y salida. El condensador de tal red sirve para eliminar el posible nivel de continua en la salida del TDA. Por otro lado la red RC conectadas entre las patillas 4 y 2 forma una red de realimentación. Nos imponemos f=20Hz y Zi=150kΩ Para calcular C5. La realimentación está conectada entre la salida y la mitad del amplificador interno del TDA.01uF (104) cerámico 1 Condensador de 10 uF 2 Condensadores de 0.AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W - 2 Condensadores de 1000 uF 2 Condensadores de 470 uF 2 Condensadores de 100 uF 6 Condensadores de 1 uF 2 Condensadores de 0. podemos asumir que la impedancia que ve el altavoz venga determinada por la red zóbel en paralelo con de la red de realimentación más la impedancia de salida del TDA. Los condensadores conectados a las patillas 1 y 4 son condensadores de desacoplo. Amplificadores de audio Si observamos la Figura 1. ya que una asociacion paralela siempre da el resultado menor de la asosiacion. responde a la fórmula: Que es la típica en un amplificador operacional no inversor. y determina la ganancia. así que: Redondeando a 1000uF conseguimos minimizar la impedancia del mismo. y sirve para linealizar la respuesta en frecuencia del amplificador. podemos ver que el Condensador conectado a la patilla 5 sirve para aplanar el posible rizado de la fuente de alimentación. Junto con la resistencia interna de la FA. forma un filtro RC.0047 uF (472) poliéster 4 Condensadores de 470 pF (471) cerámico 4 potenciómetros dobles de 20KΩ 1 Disipador de aluminio conector RCA doble 2 bocinas de 8Ω Hojas características de amplificadores operacionales:TDA2003 y TL084 5.1 uF (104) poliéster 8 Condensadores de 0. Nos queda la red RC a la salida que forma un filtro Zóbel. o sea si la impedancia del condensador es 10 veces menor que la Zi o la Zo. Se calcula tal que XC es 10<=Z. esto hace que se produzcan picos en la respuesta en frecuencia. Red de amplificación de sonido de 20W 5. Figura 1. 5.AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W inductiva. ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 7 . medios y altos. Etapa de Ecualización Para la construcción de nuestro ecualizador.1. En la Figura 2 se presenta un filtro pasa-bajo de segundo orden de Sallen-Key. usamos tres clases de filtros. A continuación se describirá cada uno y se realizarán los respectivos cálculos de sus componentes.1. Filtro Pasa-bajo Este tipo de filtro deja pasar todas las frecuencias desde cero hasta la frecuencia por encima de la frecuencia de corte y bloque todas las frecuencias por encima de la misma. el cual permite pasar frecuencias por debajo de la frecuencia de corte deseada.1. y es gracias a esta red Zóbel que compensa la carga inductiva del altavoz. los bajos. los cuales nos permitirán variar con la ayuda de potenciómetros. Filtro Pasa-alto Este tipo de filtro elimina todas las frecuencias desde cero hasta la frecuencia de corte y permite el paso de todas las frecuencias por encima de la frecuencia de corte. para lo cual nos imponemos un valor resistivo para cualquiera de las dos incógnitas. decidimos que . el cual por lo general tiene un valor de 0. Entonces será igual a: Ω 5. Diagrama de filtro pasa-bajo de segundo orden Para iniciar nuestros cálculos es indispensable imponernos una frecuencia de corte y un valor de capacitancia. Solo nos queda reemplazar los valores conocidos en la ecuación.AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W Figura 2.1.2. con el fin de ajustar el factor de calidad Q. el cual permite pasar frecuencias por encima de la frecuencia de corte deseada. simplemente se reemplazan dichos valores en la ecuación: Donde R será igual a: De igual forma. Entonces se obtiene una ganancia de tensión del circuito es igual a: Solo nos queda encontrar los valores de y . en nuestro caso usaremos y . En la Figura 3 se presenta un filtro pasa-alto de segundo orden de Sallen-Key.707. ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 8 . se halla la ganancia de la red de amplificación no inversora . Conocidos ambos valores es posible encontrar el valor resistivo que permite ajustar el valor de deseado. 1. los circuitos de ajuste de factor de calidad y normalización de la ganancia en la banda pasante. Filtro Pasa-banda Un filtro pasa banda el útil cuando se quiere sintonizar una señal de radio o televisión. en nuestro caso usaremos y . 5. son idénticos a los del pasa bajos. simplemente se reemplazan dichos valores en la ecuación: De donde R será igual a: Como la ecuación para calcular la ganancia de la etapa de amplificación no inversora es idéntica a la del filtro pasa bajos. con frecuencias de corte configuradas en y respectivamente. es posible conectar un filtro pasa bajos en cascada con un pasa altos.AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W Figura 3. permite pasar todas aquellas que están entre la frecuencia de corte inferior y la frecuencia de corte superior y elimina todas las frecuencias por encima de la frecuencia de corte superior. cuyas salidas ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 9 . 2 y 3 están precedidos por seguidores de tensión. Para obtener un sistema que permita el paso de los componentes espectrales pertenecientes al intervalo .3. Diagrama de filtro pasa-alto de segundo orden Como para el filtro pasa-bajo es indispensable imponernos una frecuencia de corte y un valor de capacitancia. los cuales realizan el acople de impedancias entre la fuente y el sistema. con una atenuación inferior a 3dB. La señal ingresa en forma simultánea a cada una de las tres etapas. y fue diseñado siguiendo los criterios establecidos en los numerales anteriores. Los filtros construidos en lo numerales 1. La respuesta ideal elimina todas las frecuencias desde cero a la frecuencia de corte inferior. El ecualizador presentado en este proyecto contiene una pasa banda entre 500Hz y 2kH. Conocidos ambos valores es posible encontrar el valor resistivo que permite ajustar el valor de deseado. Figura 4.AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W se conectan a un sumador en el cual es posible modificar la ganancia de la banda pasante de cada filtro y así lograr la operación de ecualización. En la Figura 4 se puede observar el diagrama completo del circuito ecualizador de 3 bandas. uniendo los filtros explicados anteriormente. para posteriormente ser elevada en corriente mediante un amplificador de potencia clase AB en simetría complementaria acoplado por diodos. Circuito ecualizador de 3 bandas con filtros de segundo orden ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 10 . La señal arrojada por el sumador es llevada a un amplificador no inversor en el cual se ajusta el volumen. y así alimentar un parlante. en la Figura 5. Figura 5. Para obtener las frecuencias deseadas para cada una de las bandas Bajos. el cual hace uso de dos resistencias de 10k entre el positivo y los pines 3 y 5. la otra resistencia del mismo valor se coloca a tierra. luego el pin 4 que era voltaje negativo se conecta a tierra lo que hace que el integrado trabaje con un voltaje 1/2VCC. Circuito ecualizador de 3 bandas adicional ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 11 . Medio y Altos se hace uso de configuraciones de filtros de primer orden basadas en resistencias y capacitores. Para hacer uso de este amplificador sin usa una fuente simétrica en nuestro caso +-12 se implementa un divisor de tensión en las entradas no inversoras (pines 3 y 5). se muestra el esquema de este ecualizador el cual implementa el C.I c4558 el cual es un amplificador operacional dual de alto desempeño. Sin entrar en detalle de cálculos.AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W Presentamos en este informe un circuito ecualizador de 3 bandas adicional el cual presenta un circuito más compacto pero con la diferencia que a simples rasgos su análisis no es muy comprensible. las cuales nos permiten regular cuanta potencia de cada filtro se desea fijar para aplicarla a nuestro amplificador operacional el cual nos permite sumar las señales con una ganancia constante debido a su construcción específicamente dedicada al audio. el cual nos provee una gran respuesta con respecto a audio gracias a su compensación a bajas frecuencias que posee internamente y a su bajo ruido. Conclusiones Para la construcción de un amplificador de sonido de 20W con ecualizador de 3 bandas óptimo mediante el uso de diversos dispositivos electrónicos. El uso de amplificadores operacionales son muy útiles ya que dichos elementos responden bien ante los resultados esperados. fue indispensable la realización de un esquema de circuitería. TL081B.AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W 6. en especial de condensadores. año 1993. TL081A. TL082A. pues puede ocasionar mal funcionamiento en los componentes o incluso hacerlos explotar debido a la mala conexión. medios y bajos de dicha señal solo con potenciómetros. TL082. 7. Datasheet: TL081. como lo que le ocurrió a un compañero. TL082Y. año 1999. TL084B. TL082B. año 1998. TL084A. Libro: Principios de Electrónica Datasheet: BIPOLAR ANALOG INTEGRATED CIRCUIT PC 4558 NEC. 8. TL084Y Texas Instruments. Recomendaciones Es de vital importancia siempre tener en cuenta la polaridad de los elementos. Otra recomendación es hacer uso de las hojas de especificaciones siempre que se vaya a realizar alguna conexión. y cálculos necesarios para adecuar cada uno de los elementos a los valores nominales que deseamos obtener con nuestra fuente. TL084. ya que se pudo amplificador la señal de audio ingresada y variar los altos. puesto que cada CI tiene una configuración de patillas diferente y conectarlos mal producirá daños en los mismos. Sexta Edición. lo que conlleva a que el circuito no funcione correctamente. ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 12 . Bibliografía - Albert Paul Malvino. Datasheet: TDA2003 10W CAR RADIO AUDIO AMPLIFIER Futurlec. AMPLIFICADOR DE SONIDO DE 20 W 9. Anexos Figura 6. Diseño de un amplificador de audio de 20W con ecualizador de 3 bandas ERIKA MALDONADO Y JONNATHAN PERALTA 13 .