1

MOMENTO 1

AMPLIFICADORES

DIEGO FERNANDO ALDANA RIAÑO 1073601803

EDGAR ALONSO GARZÓN VELANDIA

79502488

JORGE ARMANDO MARTINEZ 19003434

DIEGO ARMANDO VICIOSO PÉREZ

80851283

GRUPO 201425_9

ALFREDO LOPEZ

TUTOR

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES SEPTIEMBRE DE 2015

2

Contenido

Introducción .................................................................................................... 3

Objetivos ......................................................................................................... 4

Ejercicio 1. ....................................................................................................... 5

Ejercicio 2. ....................................................................................................... 6

Ejercicio 3. ....................................................................................................... 9

Ejercicio 4. ..................................................................................................... 13

Ejercicio 5. ..................................................................................................... 14

Ejercicio 6. ..................................................................................................... 14

Conclusiones .................................................................................................. 15

Referencias .................................................................................................... 16

3

Introducción

El presente trabajo se realiza con el fin de comprender mejor el funcionamiento de los

amplificadores tanto operacionales como los transistores bipolares, comprobando

la teoríade ganancia con ejercicios reales. Además se plasma el resultado de una actividad

colaborativa que centra sus esfuerzos en asimilar la temática relacionada con el diseño de

circuitos electrónicos

Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnífica la

amplitud de un fenómeno. Amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general

sonido. También podría ser luz o magnetismo, etc. En términos particulares,

"amplificador", es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la

magnitud del volumen.

La necesidad de amplificar las señales es casi una necesidad constante en la mayoría de los

sistemas electrónicos. En este proceso, los transistores desarrollan un papel fundamental,

pues bajo ciertas condiciones, pueden entregar a una determinada carga una potencia de

señal mayor de la que absorben.

Gracias a los transistores existen los amplificadores, que nos permiten aprovechar de la

mejor manera la intensidad de los sonidos y de las señales en general, de la misma manera

con el paso del tiempo y la evolución tecnológica, la electrónica analógica se ha visto

enriquecida con la incorporación de un nuevo componente básico: el amplificador

operacional (A.O.), El objeto de un amplificador electrónico, es elevar el valor de la

tensión, corriente o potencia de una señal variable en el tiempo, procurando mantenerla lo

más fiel posible, tiene dos o más entradas y una salida. La salida es la diferencia de las

entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia).

4

Objetivos

1. Identificar, entender y explicar cómo se realiza un diagrama de Bode para un

circuito tanto de amplitud como de fase.

2. Identificar, clasificar y exponer las clases de configuraciones compuestas

que existen para los transistores.

3. Relacionar las configuraciones básicas del amplificador operacional y explicar de

una forma sencilla sus ecuaciones matemáticas.

4. Entender, analizar y solucionar problemas cotidianos relacionados con el uso de

transistores y amplificadores.

5. Auto evaluar nuestros conocimientos en temas relacionados al curso amplificadores

a través de lecturas proporcionadas por la universidad.

5

Ejercicio 1. ¿Explique el método para hacer el diagrama de Bode de un circuito tanto el de amplitud como el de fase?

El diagrama de Bode es un tipo de representación gráfica de funciones complejas (en

nuestro caso, funciones de transferencia) dependientes de una variable real (la frecuencia

angular o lineal):

( ) | ( )| ( )

En un diagrama de Bode se representa por un lado el módulo de la función ( ) y por otro

la fase ( ). La figura muestra como ejemplo el diagrama de Bode de un filtro paso baja

de primer orden, cuya función de transferencia es:

( )

El diagrama de magnitud representa la ganancia en decibelios que tiene una fase en función

de la frecuencia.

El diagrama de fase lo que nos representa es el desplazamiento de la fase en base a la

frecuencia, esto se da en grados o radianes. Es decir, si tenemos por ejemplo las fases de

un circuito trifásico, podemos observar que estas se encuentran desplazadas 120° una de la

otra en base a la frecuencia, con esto evitamos que en un tiempo determinado se encuentren

y se produzca un corto circuito.

Si se modifica la amplitud de una fase también cambia el desfase de esta y viceversa, una es

dependiente de la otra.

6

Ejercicio 2.

¿Qué tipos de configuraciones compuestas basadas en transistores se pueden definir?

Las configuraciones compuestas se utilizan cuando un sistema se compone por más de una

etapa amplificadora, entre las más conocidas están, las etapas en cascada y las etapas

Darlington.

Darlington:

El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una alta ganancia

de corriente. Está compuesto internamente por dos transistores bipolares que se conectan

es cascada. El transistor T1 entrega la corriente que sale por su emisor a la base

del transistor T2.

la ecuación de ganancia de un transistor típico es: IE= β x IB (Corriente de colector es

igual a beta por la corriente de base).

Entonces analizando el gráfico:

Ecuación del primer transistor es: IE1 = β1 x IB1 (1),

Ecuación del segundo transistor es: IE2 = β2 x IB2 (2)

Observando el gráfico, la corriente de emisor del transistor (T1) es la misma que la

corriente de base del transistor T2.

7

Entonces IE1 = IB2 (3) Entonces utilizando la ecuación (2) y la ecuación (3) se obtiene:

IE2 = β2 x IB2 = β2 x IE1

Reemplazando en la ecuación anterior el valor de IE1 (ver ecuación (1) ) se obtiene la

ecuación final de ganancia del transistor Darlington.

IE2 = β2 x β1 x IB1

Como se puede deducir, este amplificador tiene una ganancia mucho mayor que la de un

transistor corriente, pues aprovecha la ganancia de los dos transistores. ( la ganancias se

multiplican). Se utilizan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas

grandes con corrientes muy pequeñas.

Muy importante:

La caída de tensión entre la base y el emisor del transistor Darlington es 1.4 voltios que

resulta de la suma de las caídas de tensión de base a emisor del primer transistor B1 a E1

(0.7 voltios) y base a emisor del segundo transistor B2 y E2 (0.7 voltios).

Cascada:

Para obtener mayor ganancia de tensión podemos unir dos o más etapas de amplificadores,

se hace utilizando la salida de la primera etapa como entrada de la segunda etapa y así

sucesivamente según el número de etapas que se acoplen.

La señal invertida y amplificada de la segunda etapa se acopla con la resistencia de carga,

la señal a través de la resistencia de carga está en fase con el generador, esto se debe a que

cada etapa invierte la señal 180° y en dos etapas la diferencia es 0°.

La ganancia total del amplificador es el producto de cada una de las ganancias por etapa.

8

Amplificador Diferencial:

El amplificador diferencial es la etapa de entrada característica de un amplificador

operacional. No tiene capacitores de acoplamiento ni de paso, lo que implica que está

directamente acoplado. Por esto, puede amplificar cualquier frecuencia incluyendo la señal

de DC, que es equivalente a una señal de frecuencia cero. La corriente de cola en un

amplificador diferencial se divide exactamente entre los transistores cuando estos son

idénticos.

Características de las dos entradas

Cuando los dos transistores de un amplificador diferencial no son idénticos, las dos

corrientes de base son diferentes. La corriente de desajuste de la entrada se define como la

diferencia entre las dos corrientes de base. La corriente de polarización de la entrada se

define como el promedio de las dos corrientes de base. Las hojas de datos especifican

Ien(desajuste) e Ien(polarización).

Ecuaciones Importantes

Fuente de corriente:

Son ampliamente utilizadas como elementos de polarización y como cargas activas en

etapas amplificadoras.

Espejo de corriente:

Este circuito actúa como una fuente de corriente, cuyo valor es un reflejo de la corriente

que pasa por una resistencia de polarización y un diodo. Proporciona corriente constante.

Amplificadores de continúa:

Son utilizadas para amplificar señales a muy baja frecuencia como por ejemplo en equipos

de medida, equipos de video entre otros. Podemos encontrar dos clases, transistor único y

varios transistores pero estos cuentan con dificultades las cuales son: un defecto se propaga

por todo el circuito, es muy difícil el cálculo para la polaridad.

9

Ejercicio 3.

¿Cuáles son las configuraciones básicas del amplificador operacional con sus

respectivas expresiones matemáticas de salida.

Los amplificadores operacionales son uno de los componentes activos más básicos en los

sistemas analógicos, se puede encontrar un amplificador operacional adecuado casi que

para cualquier aplicación analógica; con otros componentes externos es posible construir,

osciladores, convertidores de forma de onda, filtros activos etc.

En la mayoría de los A.O la salida es de un terminal, con alimentación positiva y negativa

la salida se diseña para tener una valor cero en el punto de trabajo. De esta forma, una

tensión de entrada cero produce idealmente una tensión de salida cero (esto se traduce en

menor ruido).

Amplificador inversor

Se llama así este montaje porque la señal de salida es inversa de la de entrada, en polaridad,

aunque pude ser mayor, igual o menor, dependiendo esto de la ganancia que le demos al

amplificador en lazo cerrado. La señal, como vemos en la figura, se aplica al terminal

inversor o negativo del amplificador y el positivo o no inversor se lleva a masa. La

resistencia R2, que va desde la salida al terminal de entrada negativo, se llama de

realimentación.

En todo A.O. podemos decir que:

10

Por tanto si:

Con lo cual las corrientes I1 e I2:

Como quedamos que Vx=0 quedará:

Al ser Ix=0, entonces: I1=I2 y por lo tanto:

Al final tenemos:

Fórmula que nos indica que la tensión de salida Vo es la tensión de entrada Vi multiplicada

por una ganancia R2/R1. El signo negativo de la expresión indica la inversión de fase entre

la entrada y la salida.

- Impedancia de entrada:

- Impedancia de salida:

Amplificador no inversor

Este circuito es muy parecido al inversor, la diferencia es que la señal se introduce por el

terminal no inversor, lo cual va a significar que la señal de salida estará en fase con la señal

de entrada y amplificada. El análisis matemático será igual que en el montaje inversor.

11

Consideramos:

Teniendo en cuenta que: Vy=Vi y Vx=Vi tenemos:

En este caso la ganancia será:

Como se ve la ganancia de éste amplificador no puede ser menor que 1. Como en el caso

del amplificador inversor R3 es igual a la combinada en paralelo de R2 y R1.

Sumador Inversor

Podemos usar el amplificador operacional para sumar varias señales, con su masa común.

Un amplificador de este tipo se denomina amplificador sumador. Amplificadores de este

tipo se encuentran en cualquier mesa de mezclas.

12

La forma básica del sumador inversor es:

Amplificador derivador:

En la salida se obtiene la derivada de la señal de entrada respecto al tiempo, multiplicado

por una constante.

Amplificador integrador:

La salida es el producto de una constante por la integral de la señal de entrada

13

Ejercicio 4.

Problema planteado

La casa de cultura de un pequeño municipio solicita a los futuros ingenieros de la UNAD

asesoría para comprar o construir un amplificador de audio que se usará en el auditorio

durante las distintas actividades culturales que allí se desarrollan.

Tenemos que tener en cuenta como premisa que la alcaldía dispone de poco presupuesto

para realizar la adecuación, pero que a la vez necesitan un amplificador de muy buenas

características ya que a los eventos que se realizan en esta casa de la cultura asisten

constantemente personalidades de carácter nacional y regional.

Casa de la cultura del municipio de Tumaco

El municipio de Tumaco nos contacta por medio de un funcionario para establecer, instalar

y construir un sistema de amplificación de audio. Este amplificador debe tener la suficiente

potencia para que el aforo total (167 personas) pueda escuchar con la mayor claridad

posible, este recinto está ubicado en Calle Mercedes Casa de la Cultura municipio de

Tumaco departamento de Nariño y sus dimisiones son 34.8 metros de largo por 27.5 metros

de ancho, con una altura variable de 2 a 5 metros para facilitar la acústica; el espacio es un

factor fundamental para este escenario puesto que la distribución de la sala no permite

albergar un equipo muy grande, también en el municipio de Tumaco es muy complicado

conseguir componentes electrónicos, por esto es necesario pensar en un sistema existente.

Aunque la construcción tiene una forma cóncava para facilitar la acústica es necesario tener

en cuenta un sistema de graduación de niveles de volumen, los diferentes parlantes a

instalar, según su tamaño con 8 sería suficiente para cubrir todos los lados del recinto.

14

Ejercicio 5.

Para el problema planteado, desarrolle el paso 2(lista de lo que se sabe) del ABP

Para el diseño de un amplificador de audio, es necesario, conocer las dimensiones

de la casa, (la posición del mismo también influye con la señal de audio y la

acústica) y así mismo saber la potencia necesaria para el diseño y los elementos que

se usarán bajo el presupuesto que se tiene.

Es necesario tener en cuenta la distancia a la cual los parlantes se distribuirán, para

buscar las menores perdidas de señal posible; para eso sabemos que el área total del

recinto es de 918 mt2 aproximadamente.

Es necesario tener en cuenta un suministro de energía o supresor de picos para que

cambios bruscos en la corriente no dañen los componentes del amplificador.

Los materiales del proyecto se deben transportar desde ciudades capitales más

cercanas, ya que el costo se aumentaría si se compran en el municipio y en algunos

casos puede que no se encuentren algunos materiales.

Ejercicio 6.

Para el problema planteado, desarrolle el paso 3 (descripción del problema).

la localidad de Tumaco necesita probar e instalar un sistema de amplificación para la casa

de la cultura de este municipio, el cual debe garantizar que todos los asistentes puedan

escuchar claramente a los exponentes, para esto cuenta con un presupuesto muy estrecho y

problemas con la acústica inherentes a la construcción.

Este amplificador deberá proporcionar señales de audio a frecuencias audibles para la

comunidad además de contener sistemas de limitación y protección electrónicos para

otorgar una gran robustez y fiabilidad en su señal de audio.

Se pretende proponer 3 opciones para el funcionario, donde habrá 2 alternativas, de dos

amplificadores que sean comerciales (Sony, Onkio, Yamaha…), y un diseño propio, bajo

las condiciones de presupuesto que se tienen, dado el tamaño del auditorio se plantearan

diseños de amplificadores mayores a 300 Watts rms.

15

Conclusiones

Entendimos que los diagramas de Bode son una forma muy útil para presentar la

ganancia y fase de un sistema como una función de la frecuencia. Esto se conoce como

el comportamiento dominio de la frecuencia de un sistema

Aprendimos que el propósito de un amplificador es tomar una señal de entrada y hacerla

más fuerte(o en términos más técnicamente correctos, aumentar su amplitud).

Comprendimos que los amplificadores encuentran uso en toda clase de dispositivos

electrónicos diseñados para realizar cualquier número de funciones. Hay muchos

diversos tipos de amplificadores, cada uno con un propósito específico.

Aprendimos cuales son las configuraciones básicas del amplificador operacional y sus

usos más relevantes.

Con este trabajo se pudo tener un primer acercamiento al problema planteado,

obteniendo información importante acerca del lugar y los datos más relevantes para el

perfecto desarrollo del mismo.

16

Referencias

Principios de electrónica – Paul Malvino Editorial McGrawHill 6a y 7a Edición

Boylestad, R. L. y Nashelsky, L. (2009). Electrónica: Teoría de Circuitos y

Dispositivos Electrónicos (8a ed.).

Hambley, A. R. (2001). Electrónica (2a ed.). Etapas de salida y fuentes de

alimentación (pp. 685-746). Madrid: Prentice Hall.

Miyara, F. (2001). Respuesta en frecuencia de amplificadores. Recuperado el 24 de

junio de 2014, del Sitio web de la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y

Agrimensura de la Universidad Nacional de Rosario:

http://www.fceia.unr.edu.ar/enica3/rtafrec.pdf

Domínguez, M. A. y Quintáns, C. (2010). Tema 9 Amplificadores de acoplo

directo. Fuentes de corriente. Recuperado el 24 de junio de 2014, del Sitio web de la

Universidad de Vigo: http://webs.uvigo.es/mdgomez/DEII/Tema9.pdf