MÓDULO DIDACTICO PARA EL ESTUDIO DE AMPLIFICADORES DE AUDIO TIPOS A, B, AB, D, E, G, H.

MARCO ENRIQUE CHACÓN GOMEZDAVID EDUARDO CARRASCAL BAQUERO.

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANAINGENIERIA ELECTRONICA

BUCARAMANGA2011

MÓDULO DIDACTICO PARA EL ESTUDIO DE AMPLIFICADORES DE AUDIO TIPOS A, B, AB, D, E, G, H.

MARCO ENRIQUE CHACON GOMEZDAVID EDUARDO CARRASCAL BAQUERO.

ANTEPROYECTO PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO ELECTRÓNICO

DIRECTORRAÚL RESTREPO AGUDELOINGENIERO ELECTRICISTA

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANAFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA

BUCARAMANGA2011

1. INTRODUCION

El trabajo consiste en el diseño y elaboración de un módulo didáctico, donde se puedan trabajar los distintos amplificadores de audio y observar los distintos comportamientos que tienen; también se contempla la elaboración de una serie de guías de laboratorio apoyadas en el módulo construido.

Este proyecto está basado en los estudios realizados dentro de las materias de la línea de electrónica (electrónica I, II, III, industrial, instrumentación electrónica, etc.), y en él se podrán estudiar las características de rango de potencia, respuesta en frecuencia, distorsión armónica, distorsión por intermodulación, slew rate, relación señal/ruido, rendimiento, factor de amortiguamiento y sensibilidad, dependiendo del tipo de amplificador a usar.

1.1. Marco teórico:

Los amplificadores se encuentran en prácticamente en todas las aplicaciones de sonido. Lo que se quiere con un amplificador de potencia es elevar la misma hasta obtener la potencia necesaria para excitar un altoparlante. A pesar de contar con una función aparentemente simple, los amplificadores presentes en el mercado tienen una gran cantidad y calidad.

En este trabajo de grado se hablará de las siguientes clases de amplificadores para audio:

Clase A: Son aquellos por los que circula la corriente en el circuito de salida para todo el periodo de la señal de entrada, e incluso en ausencia de esta. Su principal ventaja es su linealidad y su gran desventaja es su poca eficiencia.

Clase B: Son aquellos en los que la señal de salida solo circula durante un semiperiodo de la señal de entrada. Gracias a esto el punto de operación de cada transistor está ubicado en donde la corriente de colector vale cero y en consecuencia la disipación es nula en estado de reposo. La desventaja de esta configuración es que se produce una distorsión en el punto de cruce por cero (crossover) de la señal debido a la tensión de polarización de la juntura base emisor.

3

Clase AB: Son aquellos donde la señal de salida circula durante menos de un ciclo y más de medio ciclo de la señal de entrada, lo cual se logra desplazando el punto de operación de los transistores de forma que en estado de reposo la corriente de colector sea ligeramente superior a cero para eliminar la distorsión por crossover. Como vemos, es un caso intermedio entre la clase A y la clase B.

Clase D: Son aquellos donde los transistores trabajan en corte y saturación. Según los fabricantes en estos amplificadores se puede obtener una eficiencia del 90%, pero sus circuitos son bastante complejos y su uso en sonido es bastante deficiente por encima de los 5KHz

4

Clase E: Su operación se basa en el uso de fuentes de alimentación con tensiones diferentes, de forma que se suministre la tensión apropiada en cada momento de acuerdo con la potencia instantánea de salida.

Clase H y G: Su principio de funcionamiento es el mismo que para el clase E, pero se diferencia de ésta en que la tensión que se emplea en la fuente de alimentación es variable. Tienen mayor eficiencia que la clase AB, pero se añade distorsión a la señal debido a las múltiples fuentes de alimentación.

2. TITULO DEL PROYECTO

MÓDULO DIDACTICO PARA EL ESTUDIO DE AMPLIFICADORES DE AUDIO TIPOS A, B, AB, D, E, G, H.

3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

3.1. ANTECEDENTES

El semillero de audio de la Facultad de Ingeniería Electrónica de La Universidad Pontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga ha venido trabajando desde el 2004 en el estudio, generación y conceptos básicos en los temas de audio.

Se pueden encontrar proyectos basados en la construcción de productos de audio, tales como:

Nivel local:

Gómez John. Amplificador para instrumento musical. Rumbo Leybeth, Segovia Andrés. Sistema de seguridad de fuentes

sonoras. Mutiz Ana Beatriz. Amplificador de 50W con mezclador de señales de

audio. Barriga Gilberto. Amplificador de audio con tubos de vacío. Osorio Iván. Laboratorio de cajas acústicas. Suarez Miguel Ángel. Transmisor receptor inalámbrico de cuatro canales

para instrumentos musicales.

5

Nivel nacional: Yamaki Spain Emisora portátil FM estéreo, Jose Eliseo Giraldo Zuluaga, Universidad del

Valle, Cali. "Pre-amplificador basado en convertidores DC-DC boost en configuración

en interleaved para la mitigación del rizado de corriente y mejoramiento de la eficiencia". Laura Cristina Paniagua Palacio e Iván José Ramírez Álvarez, Universidad Nacional de Colombia sede Medellín.

Nivel internacional:Están las empresas fabricantes de dispositivos entre ellos se nombran los siguientes:

TDA 7498 de ST HMA 8300 de Hitachi Pioner Sony Philips “Plan de negocios para una microempresa que ofrece servicios de

diseño y fabricación de circuitos impresos. Desarrollo de tres prototipos de tarjetas que se usan en los laboratorios de la Facultad: Fuente de poder, circuito amplificador y tarjeta de control electrónico.”, AGAMA CHICO ALFONSO JACINTO, Guayaquil – Ecuador

Y los siguientes trabajos de grado:

3.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El problema consiste básicamente en que no se cuenta con equipos didácticos en los que se puedan estudiar las diferentes clases de amplificadores, de forma que el alumno pueda conocer las diferencias entre ellos.

3.3. DEFINICION DEL PROBLEMA

Teniendo en cuenta que la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga no cuenta con un laboratorio de audio, se decide crear un módulo didáctico en donde se puedan observar los distintos tipos de amplificadores de audio.

4. OBJETIVOS

6

4.1. OBJETIVO GENERAL

Diseñar y construir un módulo didáctico de amplificadores de audio en donde se puedan estudiar los diferentes tipos de amplificación.

4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Construir un prototipo que contenga amplificadores de audio de los siguientes tipos A, B, AB, D, E, G, H.Crear un documento donde se presente la teoría de operación de los amplificadores de audio usados en el módulo.Elaborar un conjunto de guías de para el desarrollo de prácticas de laboratorio basadas en el modulo desarrollado.

5. METOLOGIA

- Revisión bibliográfica para consultar la fundamentación teórica de las clases de amplificación propuestas.

- Diseño electrónico de los diferentes amplificadores que conforman el prototipo.

- Diseño del circuito impreso y del gabinete del prototipo.- Realización de pruebas con el prototipo.- Ajustes al equipo final.- Definición de una estructura del texto.- Redacción del documento.- Revisión y correcciones finales. - Definición de un plan de trabajo del laboratorio para un periodo semestral.- Elaboración de un formato de prácticas.- Redacción de cada una de las prácticas.- Desarrollo experimental de cada una de las prácticas para su verificación.

6. ALCANCES

El proyecto tendrá el siguiente alcance:

- Construcción del módulo didáctico para el estudio de los amplificadores de audio.

- Redacción del manual en donde se exponga información del módulo.

- Elaboración de las guías

7. INTEGRANTES DEL PROYECTO

7

David Eduardo Carrascal Baquero.Estudiante de Ingeniería Electrónica, UPB seccional Bucaramanga.

Marco Enrique Chacón Gomez.Estudiante de Ingeniería Electrónica, UPB seccional Bucaramanga.

8. DIRECTOR DEL PROYECTORAÚL RESTREPO AGUDELOIngeniero Electricista

8

9. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADESSemana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Tiempo ago-01 ago-08 ago-15 ago-22 ago-29 sep-05 sep-12 sep-19 sep-26 oct-03 oct-10 oct-17 oct-24 oct-31 nov-07 nov-14 nov-21 nov-28 dic-05 dic-12 dic-19 dic-26 ene-02 ene-09

Actividad ago-05 ago-12 ago-19 ago-26 sep-02 sep-09 sep-16 sep-23 sep-30 oct-07 oct-14 oct-21 oct-28 nov-04 nov-11 nov-18 nov-25 dic-02 dic-09 dic-16 dic-23 dic-30 ene-06 ene-13

Investigación y documentación

Elaboración del Anteproyecto

Selección de montajes y prácticas de laboratorio

Elaboración de inventario de componentes

Obtención y compra de materiales.

Ejecución de pruebas y simulación de circuitos.

Diseño del módulo entrenador.

Manufactura de la tarjeta.

Construcción del módulo entrenador.

Redacción de guías de laboratorio.

Redacción del libro.

Correcciones del libro.

Sustentación del proyecto a los evaluadores

Sustentación pública del proyecto.

Tabla 1. Cronograma de actividades.

9

10. VISIBILIDAD DEL PROYECTO

El proyecto se dará a mostrar mediante:

- Sustentación pública.- Publicación de un artículo científico.- Socialización de pruebas con los integrantes del semillero de audio.

11. PROPIEDAD INTELECTUAL

Los derechos morales de autor corresponderán a los estudiantes David Eduardo Carrascal Baquero y Marco Enrique Chacón Gómez. Al Director del mismo, le asiste el derecho en mención. Adicionalmente, en cualquier tipo de divulgación que se haga del trabajo se dará crédito a la Universidad Pontificia Bolivariana y a la Facultad de Ingeniería Electrónica.

Igualmente, la información recopilada respecto a los productos y patentes de dispositivos o tecnologías afines al campo de la investigación se mantendrá dentro de las normas y regulaciones nacionales e internacionales, que conllevará al respeto intelectual de derechos de autor correspondientes.

12. PRESUPUESTO

Descripción Cant. Unidad Vr Unitario Vr. ParcialMano de obra 600 Hora $ 5.300 $ 6.360.000Director del proyecto 60 Hora $ 30.000 $ 3.600.000Papelería $ 100.000Laboratorio 300 Hora $1.000 $ 300.000Circuitos integrados de audio $ 80.000Componentes electrónicos varios

$ 40.000

Fuente de alimentación 1 Und $ 30.000 $ 30.000Circuito impreso 1 Und $ 120.000 $120.000Altavoces 2 Und $ 12.000 $ 12.000Gabinete del prototipo 1 Und $140.000 $ 140.000Total $ 10.782.000

10

MCIP (Matriz de Coherencia Interna del Proyecto)Objetivo General Objetivos Específicos Metodología

Diseñar y construir un módulo didáctico de amplificadores de audio en donde se puedan estudiar los diferentes tipos de amplificación.

Construir un prototipo que contenga amplificadores de audio de los siguientes tipos A, B, AB, D, E, G, H.

Revisión bibliográfica para consultar la fundamentación teórica de las clases de amplificación propuestas.

Diseño electrónico de los diferentes amplificadores que conforman el prototipo.

Diseño del circuito impreso y del gabinete del prototipo.

Realización de pruebas con el prototipo.

Ajustes al equipo final.

Crear un documento donde se presente la teoría de operación de los amplificadores de audio usados en el módulo.

Revisión bibliográfica para consultar la fundamentación teórica de las clases de amplificación propuestas.

Definición de una estructura del texto.

Redacción del documento.

Revisión y correcciones finales.

Elaborar un conjunto de guías de para el desarrollo de prácticas de laboratorio basadas en el modulo desarrollado.

Definición de un plan de trabajo del laboratorio para un periodo semestral.

Elaboración de un formato de prácticas.

Redacción de cada una de las prácticas.

Desarrollo experimental de cada una de las prácticas para su verificación.

11

1. BIBLIOGRAFÍA

Databook. 5000 Integrated Circuitspower audio amplifiers. Eugene Turuta. 2008 Edition.Rosalfonso Bortoni. Amplificadores De Potência. SINGMIN Andrew. Practical Audio Amplifier Circuit Projects. Editorial Newnes. RUIZ VASSALLO, FRANCISCO. Diseño y fabricación de bafles. Editorial Creaciones Copyright. 2006.PUEO ORTEGA, BASILIO y ROMA ROMERO Miguel. Electroacústica, Altavoces y Micrófonos. Editorial Pearson Educación.LINSLEY HOOD JOHN. Audio electronics. Editorial Newnes. Hoja de datos de los componentes electrónicos y circuitos integrados. Páginas de internet disponibles en: http://alldatasheet.es/ y http://www.datasheetcatalog.org

12