jueves, 28 de marzo de 2013

Estéreo Lo-Fi.

Hola, sean bienvenidos a este espacio lleno de diversión, aventura y emoción... Este... Bueno, no realmente, pero como siempre acá andamos para debrayar en confianza.

En el post anterior mencioné que estaba probando amplificadores de baja potencia. Pues bien, los circuitos que probé fueron varias configuraciones del popular TDA2822M y la configuración recomendada del TA7368P. Realicé las pruebas con un par de bocinas marca Sony de 3.2[Ohm] con una capacidad de potencia de 2.3[W]. Cabe aclarar que la potencia nominal que aparece impresa en las bocinas es la potencia RMS que pueden soportar. A mayor potencia, la bocina tiene una mayor capacidad de corriente y el volumen máximo que puede entregar también es mayor. Es recomendable que una bocina tenga capacidad de potencia del doble que la potencia RMS del amplificador al que se conectará, de esta forma, al incrementar el volumen del amplificador al máximo no correremos el riesgo de dañar el embobinado de la bocina.

Pues bien, como resultados obtuve que el circuito más conveniente para armar un amplificador de baja potencia es el circuito recomendado del TDA2822M para la configuración estéreo, ya que entrega una buena calidad de sonido y tiene un consumo de corriente realmente bajo. Probé algunas combinaciones entre el circuito puente, el circuito estéreo y algunos híbridos que encontré en internet, pero ninguno aportó una mejora en la calidad de audio.

Las pruebas con el TA7368P no fueron satisfactorias, pues es muy sensible al ruido inducido por la fuente de alimentación, además de que al colocar dos TA7368P en paralelo se inducía un zumbido muy molesto en uno de los amplificadores. Además, el ruido blanco característico en los amplificadores de bajo voltaje es muy notorio en el TA7368P.

Un punto importante a considerar (quizás más importante que el propio circuito amplificador) al construir un amplificador de audio es la fuente de alimentación. Si el amplificador será alimentado con baterías estaremos en una zona segura, pues la demanda de potencia del amplificador sólo afectará la vida útil de las baterías. Si por otra parte optamos por utilizar una fuente de alimentación, tendremos que tomar en cuenta algunas consideraciones. La primera y más importante es la topología de la fuente de alimentación.

Existen tres tipos principales de fuentes de alimentación, fuentes conmutadas, fuentes reguladas y fuentes rectificadas. Las fuentes conmutadas basan su funcionamiento en semiconductores de potencia que conmutan constantemente entre estado de corte y conducción. Utilizan transformadores y bobinas de tamaño reducido, además de que tienen un buen rendimiento. Suelen ser fuentes compactas. Sin embargo, tienen la desventaja de inducir ruido de alta frecuencia.

Las fuentes reguladas basan su funcionamiento en un transformador que sirve para ajustar el voltaje de la línea al requerido por la carga. El voltaje entregado por el tranformador es rectificado por un arreglo de diodos, que puede rectificar ya sea media onda u onda completa. A continuación del arreglo rectificador se coloca un capacitor electrolítico de alto valor, que permite atenuar el voltaje de rizo. Por último, se utiliza un circuito semiconductor conocido como regulador de voltaje, que permite estabilizar el voltaje de la salida a un valor fijo. Ejemplos de circuitos reguladores de voltaje son el 7805 (positivo de 5[V]), el 7912 (negativo de -12[V]) o el famoso 317 (variable entre 1.2[V] y 30[V]). La ventaja principal de las fuentes reguladas es que suelen entregar un voltaje estable, sin ruido de alta frecuencia. Sus desventajas son su bajo rendimiento y su respuesta lenta.

Las fuentes rectificadas son muy similares a las fuentes reguladas, excepto que carecen de circuito regulador. En estas fuentes cobran gran importancia la capacidad de potencia del transformador y el capacitor que filtra el ruido del arreglo rectificador. Una fuente rectificada bien diseñada puede entregar un voltaje relativamente estable, además de que puede tener una respuesta mucho más rápida que las fuentes reguladas. Estas fuentes son las recomendadas para alimentar amplificadores de potencia de baja frecuencia, como son los amplificadores de audio.

Debido a que el TDA2822M puede ser alimentado con voltajes desde 1.8[V] hasta 15[V] lo recomendable es utilizar un transformador con voltaje RMS desde 3[V] hasta 9[V] para tener un margen de operación lo más amplio posible. Normalmente los transfomadores en el mercado suelen encontrarse determinados por dos valores, el voltaje que entrega en el devanado secundario y la corriente que puede soportar. Así, es común observar transformadores de 5[V] a 1[A] o de 9[V] a 300[mA]. Debido a que muchas veces los  transformadores son caracterizados de forma teórica, es conveniente calcular de antemano los requerimientos de nuestro circuito y establecer un margen de operación lo más amplio posible.

En un ejemplo práctico, supongamos que vamos a armar un amplificador con el TDA2822M en modo estéreo. La potencia máxima total que puede entregar el circuito es de 1.4[W]. Decidimos entonces alimentarlo con 6[V], para tener un márgen de operación lo más amplio posible. Si dividimos 1.4[W] entre 6[V] encontramos que la corriente máxima que puede circular por el amplificador es de 233[mA]. Considerando el margen de 25%, tenemos que la corriente que debe soportar nuestro transformador es de 291.25[mA]. Por lo tanto, compraremos o construiremos un transformador de 6[V] a 300[mA] o más. Con esto garantizamos que nuestro circuito estará alimentado de forma adecuada. Los transformadores suelen ser elementos eléctricos costosos, además de que a mayor capacidad de corriente, incrementan su tamaño de forma considerable. Es posible alimentar el circuito con un transformador de 6[V] a 5[A], pero estaríamos desperdiciando una gran cantidad de espacio y dinero.

La etapa de rectificación puede realizarse con puentes de media onda (dos diodos) o puentes de onda completa (cuatro diodos). Para amplificadores de audio, se recomienda el uso de rectificadores de onda completa, pues nos permiten aprovechar cerca de 86% de la potencia disponible en el devanado secundario.

En este punto es conveniente medir el voltaje que entrega el puente rectificador, pues utilizaremos ese valor para calcular el último elemento de la fuente, el capacitor de filtrado de rizo. Volviendo a nuestro ejemplo, supongamos que nuestro transformador nos entregó un voltaje RMS en alterna de 6.5[V] y después del puente rectificador de onda completa obtenemos 7.3[V]. Aunque este valor de voltaje podría parecer erróneo en primera instancia, en realidad no lo es, pues a la salida del rectificador se tiene una señal de voltaje con el doble de la frecuencia que el voltaje de la línea. Pues bien, un décimo de 7.3[V] es 0.73[V], el cual estableceremos como nuestro voltaje de rizo.

Para obtener el valor del capacitor que utilizaremos para el filtrado requerimos dividir el valor de la corriente que demanda el amplificador entre la frecuencia que entrega el circuito rectificador, en nuestro ejemplo dividimos 0.233[A] entre 120[Hz] (si la frecuencia de la línea es de 60[Hz]). Esto nos da como resultado 0.00194 [A*s]. Ahora bien, este último valor lo dividimos entre el voltaje de rizo que establecimos, en nuestro ejemplo es de 0.73[V]. Si dividimos 0.00194[A*s] entre 0.73[V] obtendremos 2660[uF] como el valor de nuestro capacitor de filtrado. Debido a que 2660[uF] no es un valor comercial, debemos utilizar el valor comercial superior inmediato que es 2700[uF]. Como se utilizará un capacitor electrolítico se debe considerar el voltaje de operación. Debido a que el voltaje pico que puede entregar el transformador de nuestro ejemplo es 9.19[V], es conveniente utilizar un capacitor de 2700[uF] a 16[V] o más, para tener un margen de seguridad lo más amplio posible, ya que un capacitor de 10[V] estará trabajando muy cerca de su límite.

Hay que considerar que en un amplificador de audio, las partes que se someten a una mayor exigencia son el circuito amplificador y el transformador. Por ello, a pesar de que nuestros cálculos nos indican un transformador de 6[V] a 300[mA], es buena idea utilizar un transformador de 6[V] a 500[mA] o de 6[V] a 1[A], pues estaremos ganando bastante capacidad de potencia sin sacrificar mucho espacio. Cuando el transformador es bien seleccionado, notaremos que éste no elevará su temperatura a pesar de que el amplificador esté operando al máximo volumen, además de que el ruido inducido tendrá un volumen muy bajo (en ocasiones imperceptible). Si el transformador eleva su temperatura de forma notable, debemos considerar reemplazarlo, pues corremos el riesgo de dañarlo y en el peor de los casos, provocar una falla de circuito corto entre los embobinados, lo que puede estropear no solo al amplificador, sino a la fuente de audio y a la instalación eléctrica. De igual forma, si el ruido inducido es muy alto, hay que considerar cambiar el transformador por uno de mayor potencia o incrementar el valor del capacitor de filtrado.

Pues bien, en este punto ya tenemos una fuente de alimentación adecuada para nuestro amplificador, que le permitirá operar con seguridad. Si se han tomado todas las precauciones de armado obtendremos un amplificador que será capaz de operar a su máxima potencia sin dañarse y sin poner en riesgo los componentes a los que esté conectado. Si pensamos agregar un control de volumen a nuestro amplificador estéreo debemos utilizar un potenciómetro doble de 10[kOhm]. Estos potenciómetros son difíciles de encontrar en casas de electrónica convencionales como Steren, pero fáciles de encontrar en sitios donde vendan refacciones electrónicas o componentes recuperados. La conexión correcta de un control de volumen (viendo al potenciómetro de frente) es la siguiente: La terminal de la izquierda va a tierra (0[V]), la terminal central va hacia la entrada del amplificador y la terminal de la derecha va hacia la fuente de la señal de audio. De esta forma, cuando desplazamos el potenciómetro hacia la izquierda, conectamos la entrada del amplificador a tierra y obtenemos silencio a la salida. Cuando desplazamos el potenciómetro a la derecha conectamos la fuente de audio directamente a la entrada del amplificador y obtenemos a la salida el máximo volumen que la fuente de audio puede entregar.

Esperen actualizaciones próximamente y como siempre, estamos en contact.

Soundblaster Audigy SE front panel.

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