Diseño y Simulación Electrónica. Desarrollo de la asignatura 3
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- David Domingo Cáceres Márquez
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2 Diseño y Simulación Electrónica Desarrollo de la asignatura 3
3 Desarrollo de la Asignatura Objetivo Amplificador de audio para casa Diagrama de bloques principal 3 Especificaciones: Conexión a la red eléctrica 220V ef. Admita varios tipos de entrada de señal Ecualizador (Bass, Middle, Treble) Conectable a Baffle (caja acústica) de 3 vías. Mejoras, ampliaciones, etc.
4 Amplificador de audio para casa 4 Etapa amplificadora ( 10W Mono) a) Transistores (Clase A/AB) b) Circuito integrado (TDA2003) V CC : 9-24V. I CC : hasta 4A. P OUT : 10W. Z OUT : 4-8Ω. 4
5 Clasificación de amplificadores Ecuaciones Previas P U η % = = PT P P Altavoz Fuente PCarga= Vef Ief P Carga V = R 2 ef 2 VCC PFuente = VCC ICC = R P P Carga Carga V I V I = = p p p p 2 VPP VPP VP = = = R 8R 2R 5
6 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 6
7 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 7
8 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 8
9 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 9
10 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 10
11 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 11
12 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 12
13 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. Modelo equivalente en Π 13 Modelo equivalente en R o en T
14 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 14
15 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 300mV 2 VCC PFuente = VCC ICC = R P Carga 2 VP = 2R 200mV 100mV 2 VCC PCarga 2R 50 η % = = = = = 25% PFuente VCC 2 R 0mV -100mV mV -300mV 0s 0.1ms 0.2ms 0.3ms 0.4ms 0.5ms 0.6ms 0.7ms 0.8ms 0.9ms 1.0ms V(Rg:1) V(Cd:2) Time
16 Clasificación de amplificadores Clase A En este tipo de amplificadores el transistor está conduciendo todo el tiempo, es decir, el punto Q nunca alcanza el estado de corte o saturación. Esto quiere decir que, incluso sin entrada de señal, el transistor está disipando potencia. Por este motivo, el rendimiento de un amplificador trabajando en clase A no es muy alto. Su límite teórico es del 25%. Paraunaentradasenoidallasalidadelcircuitotambiénes senoidal. 2 VCC PFuente = VCC ICC = R P Carga 2 VP = 2R 16 2 VCC PCarga 2R 50 η % = = = = = 25% PFuente VCC 2 R Modelo equivalente en Π
17 Clasificación de amplificadores Clase B Dado que el rendimiento de los amplificadores en clase A no es muy alto, se ideó otra configuración para tratar de aumentar el rendimiento de los amplificadores de audio. Se denominaron amplificadores en clase B, también llamados Push-Pull o de simetría complementaria. En estos circuitos conduce un transistor en cada semiperiodo de la señal. En estos montajes son necesarios dos transistores, un NPN y un PNP, éstos deben ser complementarios para un mejor funcionamiento del conjunto. Además, necesitamos dos fuentes de alimentación, una positiva y otra negativa. El amplificador Clase B no tiene Ganancia de tensión (Colector Común) VCC PCarga π η = = 2R % = = = 78.5% 2 P V Fuente CC 4 2 VCC R π
18 Clasificación de amplificadores Clase B Dado que el rendimiento de los amplificadores en clase A no es muy alto, se ideó otra configuración para tratar de aumentar el rendimiento de los amplificadores de audio. Se denominaron amplificadores en clase B, también llamados Push-Pull o de simetría complementaria. En estos circuitos conduce un transistor en cada semiperiodo de la señal. En estos montajes son necesarios dos transistores, un NPN y un PNP, éstos deben ser complementarios para un mejor funcionamiento del conjunto. Además, necesitamos dos fuentes de alimentación, una positiva y otra negativa. El amplificador Clase B no tiene Ganancia de tensión (Colector Común). No existe desfase entre entrada/salida 18 Distorsión de cruce
19 Clasificación de amplificadores Clase AB Para conseguir la muy baja distorsión de los amplificadores en clase A y obtener un rendimiento mayor que éstos, la solución viene de la mano de los amplificadores que trabajan en la denominada clase AB. Para ello, se polariza el punto de trabajo un poco porencimadelazonadecorteyasíseevitala zona no lineal de trabajo del transistor entorno a este punto de funcionamiento, mediante diodos. Al igual que sucedía en los amplificadores clase B, no existe desfase entre la entrada y la salida del circuito. Tampoco obtendremos ganancia alguna de tensión. 19 V 2 CC PCarga 2R π % η% = = = = = 2 P V Fuente CC 4 2 VCC R π
20 a) Etapa amplificadora con transistor Datos del esquemático Transistor en emisor común Polarización de emisor Transistor Darlington Impedancia de salida 8Ω Ancho de banda 30kHz Circuito de partida 20
21 a) Etapa amplificadora con transistor Circuito de partida 21 Introducción de datos
22 a) Etapa amplificadora con transistor Circuito de partida 22 Circuito equivalente de c.c. Cálculos de c.c., Punto Q Zona de trabajo, Potencias, etc.
23 Etapa amplificadora a) Etapa amplificadora con transistor Circuito de partida 23 Circuito equivalente de c.a. Cálculos modelo en R Cálculos modelo en π
24 Etapa amplificadora a) Etapa amplificadora con transistor Circuito de partida 24 Circuito equivalente de c.a. Cálculos modelo en R Cálculos modelo en π
25 a) Etapa amplificadora con transistor Montaje ProtoBoard Circuito de partida 25
26 a) Etapa amplificadora con transistor Montaje ProtoBoard Circuito de partida 26
27 a) Etapa amplificadora con transistor Circuito de partida Prototipo definitivo 27 V CC = 0.4A Punto Q = 0.41A V IN = 106mV PP V OUT = 2.7V PP V OUT = 840mV ef G V = 26 BW = 1KHz 105KHz
28 a) Etapa amplificadora con transistor Circuito de partida Prototipo definitivo 28 Análisis termográfico V CC = 0.4A Punto Q = 0.41A V IN = 106mV PP V OUT = 2.7V PP V OUT = 840mV ef G V = 26 BW = 1KHz 105KHz
29 b) Etapa amplificadora con Circuito Integrado Circuito de partida 29
30 b) Etapa amplificadora con Circuito Integrado Circuito de partida 30
31 b) Etapa amplificadora con Circuito Integrado Circuito de partida 31 Modificaciones para el control de volumen
32 b) Etapa amplificadora con Circuito Integrado Circuito de partida Técnica para evitar el Ground Bounce Disposición PCB del fabricante 32
33 b) Etapa amplificadora con Circuito Integrado Circuito de partida B = Frecuencia de respuesta (-3dB) R L = 4Ω, P O = 1W Freq. = Hz 1) B = 18.5kHz. G V = 100. R 2 2) R X y R 1 3) C X 33 SVR = Supply Voltage Rejection
34 b) Etapa amplificadora con mayor potencia Amplificador 20W Serie TDA 34 TDA W Mono TDA W Mono TDA W Estéreo TDA W+10W (20W Bridge) TDA W Mono Hi-Fi (0,4%THD)
35 b) Etapa amplificadora con mayor potencia Total Harmonic Distorsion Amplificador 20W Serie TDA 35 TDA W Mono TDA W Mono TDA W Estéreo TDA W+10W (20W Bridge) TDA W Mono Hi-Fi (0,4%THD)
36 b) Etapa amplificadora con mayor potencia Amplificador 20W Amplificador 50W 36
37 b) Etapa amplificadora con mayor potencia 37 Amplificador 260W
38 c) Etapa amplificadora comercial V - Mono Power Stage 38 Alimentación 220Vcc. Impedancia entrada 100 KΩ. Impedancia salida 4 u 8 Ω. Medidas 110 x 60 x 35mm. Peso 270gr.
39 d) Filtros de cruce pasivos BEYMA 3V Hi-Fi Tipo: Frecuencia Cruce: Potencia admisible: Impedancia BF: Impedancia HF: Pendiente: Atenuación HF: 3 vías Hz 300WRMS 8Ω 8Ω 12, 12 y 6dB/oct 0 db 39
40 d) Filtros de cruce pasivos Pasivos Activos BEYMA 3V Hi-Fi Tipo: Frecuencia Cruce: Potencia admisible: Impedancia BF: Impedancia HF: Pendiente: Atenuación HF: 3 vías Hz 300WRMS 8Ω 8Ω 12, 12 y 6dB/oct 0 db 40
41 d) Filtros de cruce pasivos Pasivos Activos BEYMA 3V Hi-Fi Tipo: Frecuencia Cruce: Potencia admisible: Impedancia BF: Impedancia HF: Pendiente: Atenuación HF: 3 vías Hz 300WRMS 8Ω 8Ω 12, 12 y 6dB/oct 0 db Basados en la topología del circuito 41
42 d) Filtros de cruce pasivos (Concurso DIY2000 Speakers) Crossover Pasivo-Paralelo 42
43 d) Filtros de cruce pasivos (Concurso DIY2000 Speakers) Crossover Pasivo-Paralelo Software diseño de Baffles CALSOD (Computer Aided Loudspeaker Optimization and Design software, by Audiosoft), Melbourne, Australia. Bode de amplitud y fase Woofer 43 LspCAD IJData (Ingemar Johansson), Luleå, SWEDEN.
44 d) Filtros de cruce pasivos (Concurso DIY2000 Speakers) Crossover Pasivo-Paralelo Software diseño de Baffles CALSOD (Computer Aided Loudspeaker Optimization and Design software, by Audiosoft), Melbourne, Australia. Bode de amplitud y fase Tweeter 44 LspCAD IJData (Ingemar Johansson), Luleå, SWEDEN.
45 d) Filtros de cruce pasivos (Concurso DIY2000 Speakers) Crossover Pasivo-Paralelo Shareware and freeware 45 Software diseño de Baffles CALSOD (Computer Aided Loudspeaker Optimization and Design software, by Audiosoft), Melbourne, Australia. LspCAD IJData (Ingemar Johansson), Luleå, SWEDEN. Abacus 2.1 [Win] Audua Speaker Workshop [Win] BoxModel old DOS programs w/bandpass and TL [Dos] BoxPlot 3.02 [Win] FlexSys Loudspeaker System modeling program [Dos] Loudspeaker Design 3.00 [Dos] Loudspeaker Modeling Bode Program de amplitud v2.15 [Dos] y fase lspcad Lite [Win] Tweeter MacSpeaker 1.6 [Mac] Perfect Box 4.5 [Dos] System Simulator and a Delay Lattice calculator WinISD [Win] Winsub Subwoofer Designer [Win]
46 1 e) Cajas acústicas
47 Etapa amplificadora e) Cajas acústicas y II 47
48 Amplificador de audio para casa Normativa Canadian Standards Association VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.v. Association for Electrical, Electronic & Information Technologies 48 La Marca CE proviene del francés y significa "Conformité Européenne" o de Conformidad Europea y es una marca europea para ciertos grupos de servicios o productos industriales. Se apoya en la directiva 93/68/EEC. Fue establecida por la Comunidad Europea y es el testimonio por parte del fabricante de que su producto cumple con los mínimos requisitos legales y técnicos en materia de seguridad de los Estados miembros de la Unión Europea. Se debe tener presente que la marca CE no implica la calidad del producto.
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