amplificador para microfono en tres etapas en cascada

1. Amplificador de Audio para Micrófono a 9Volts
Bruno G. Quichimbo M [1]
, Leonardo Renteria[2]
[1]
Profesionales en formación, Escuela de Electrónica y telecomunicaciones, UTPL
[2]
Docente EET - UTPL
Loja – Ecuador
[1]
bgquichimbo@utpl.edu.ec
[2]
lfrenteriax@utpl.edu.ec
Resumen.- En el presente trabajo se muestran
consideraciones técnicas tomadas en cuenta para el
diseño y elaboración de un amplificador de audio
para un micrófono con salida “directa” del sistema a
un parlante y con nivel de volumen regulable, así
como los pasos seguidos para la elaboración del
mismo.
Términos clave.- transistor BJT, parlante, micrófono
electrostático, polarización, acople de impedancias,
quemar baquelitas.
I.- Introducción
Debido a que los sistemas desalidadeaudio nos dan
una señal, sea en variaciones de voltaje o de
corriente, que se encuentran por el orden de los mili
volts o miliamperios respectivamente, es necesario
que para que esta señal sea “transmitida” por un
altavoz o parlante, esta sea amplificada a un nivel
acordea los parlantes,los que están dimensionados
en función de cuan fuerte se desea oír dicha señal.
Para ello existen los denominados amplificadores de
audio (en adelante se lo denominara simplemente
como amplificador),quepara el presente trabajo, no
son más que una configuración de un transistor BJT
que me permita “dar potencia” a la señal, sea
incrementado su nivel de voltaje o su nivel de
corriente, ó ambos a la vez.
Considerando además que el presente trabajo está
orientado a un amplificador de audio para
micrófono, es necesario mencionar que, por su
forma “interna” de funcionamiento,existen una gran
variedad de micrófonos, siendo una de las
variaciones quizá más importantes a considerar
entre uno u otro micrófono su forma de polarización
y su impedancia interna, sirviendo estos datos para
acoplar impedancias entre el micrófono y el sistema
de amplificación.
II.- Diseño del amplificador
Una vez que se tiene una idea clara de que se desea
hacer, y como primer paso para pasar esa idea a un
circuito, inicia la etapa de diseño del circuito que
cumpla con esa idea,por ello y para cumplir con este
primer paso, en el presente trabajo, el diseño por
“facilidad” se ha divido en tres etapas que se las ha
denominado: el micrófono y acople de impedancia,
pre-amplificación, sistemas en cascada,
amplificación y finalmente simulación.
A) El micrófono y acople de impedancias.- Para
seleccionar el micrófono adecuado seha analizado la
amplia variedad disponible, buscando el que mejor
se ajuste a lo que queremos captar, encontrando
que en una muy rápida descripción, que un
micrófono piezoeléctrico por ejemplo no sirve para
la voz, pero es una única opción para grabar
ultrasonidos. Un micrófono de carbón responde
justo en las frecuencias de la voz, sin embargo su
sensibilidad es pobre. Uno de condensador es mejor,
pero se necesita un voltaje extra y un circuito
complicado para que funcione, mientras que las
características del micrófono electret posee las
ventajas del micrófono de capacitor pero la
electrónica para su control es bastante básica.
Como ya se menciono de acuerdo a su
funcionamiento existe una gran variedad de
micrófonos, el presente trabajo esta orientando a
trabajar con micrófonos electrostáticos o de
condensador, por ser los de uso más frecuente,
muestra de ello es que los micrófonos para el
computador son de este tipo [1].
Las características que nos interesan del mismo son
su impedancia interna que se encuentra alrededor
de 1kΩ y su polarización la cual se realiza con su
denominado pin común a tierra y el otro entre una
resistencia (conectada a la fuente) y la entrada al
amplificador. En el jacket (o conector del micrófono)
estos pines se encuentra desde adentro hacia afuera
respectivamente.
El acople de impedancias no busca otra cosa más
que evitar el denominado efecto de carga, es decir
busca que la resistencia interna del dispositivo sea
mucho menor que la resistencia “que ve” el
micrófono a la entrada del amplificador, esto es con
el fin que de la señal que genera el proceso de
transducción del micrófono vaya en su mayor
porcentaje al amplificador y las perdidas por la
resistencia interna del mismo sean mínimas.Para los
micrófonos electrostáticos esta resistencia debe
estar por valores cercanos a los 10kΩ debido a que si
excede con mucho a este, la señal se va a perder

2. entre esta resistencia y la resistencia interna de
mismo. [1] de
B) Pre-amplificación.- Ya con las características del
micrófono y su polarización definidas, empieza la
parte de diseño de la amplificación, y como en el
presente trabajo la salida va ha ser “directa” del
sistema a un parlante se necesita que esta
amplificación sea en un rango significativo, por ello
se ha realizado una etapa de pre-amplificación que
igual sigue siendo amplificación, es decir, usar una
configuración de polarización del transistor BJT.
La configuración del transistor BJT usada, es la de,
POLARIZACIÓN POR DIVISOR DE VOLTAJE, mostrada
en la figura 1, debido a ser una de las
configuraciones más estables, relativamente
independientes del β del transistor y permitir una
ganancia de voltaje y ganancia de corriente
relativamente altas [2].
Los valores inicialmente fueron designados para usar
el método aproximado, pero ya con el circuito
montado en proto-board se empezó a cambiar
componentes obteniendo mejores resultados,
siendo los valores obtenidos de este “proceso” los
mostrados en la figura 1.
El transistor BJT elegido es por recomendación de
fabricación para audio el BC548.
Figura 1.- Configuración Polarización por divisor de
voltaje
Para analizar esta configuración se hace análisis en
DC y análisis en AC
i) Análisis en DC.
Para el análisis en DC se debe recordar que los
capacitores equivalen a circuito abierto.
Por análisis exacto:
Se determina la resistencia y el voltaje de Thevening
para la red de la izquierda de la terminal de la base.
RTh:
RTh= R1 ΙΙ R2 = 100KΩ ΙΙ 50KΩ = 33.33KΩ
VTh:
VTh =
𝑅2 𝑉𝑐𝑐
𝑅1+𝑅2
=
(50𝑘Ω)(9𝑉)
100𝑘Ω+50𝑘Ω
= 3𝑉
IB =
𝑉𝑇ℎ−𝑉𝐵𝐸
𝑅𝑇ℎ+( 𝛽+1) 𝑅𝐸
=
3𝑉−0,7
33.33𝑘Ω+(121)1𝑘Ω
= 14.9𝜇𝐴
IC = βIB = 120(14,9μA) = 1.79mA
VCE = VCC - IC(RC + RE ) = 9V - 1.79(0.56 + 1)V = 6.2V
IE = IB + IC = 14.9𝜇𝐴 + 1.79mA = 1.8mA
ii) Análisis AC.
Para el análisis AC recordamos que los capacitores
equivalen a circuito cerrado.
re =
0.26mV
𝐼𝐸
= .
26𝑚𝑉
1.8𝑚𝐴
= 14.44Ω
R’ = R1 ΙΙ R2 = 100KΩ ΙΙ 50KΩ = 33.33KΩ
Zi = R’ ΙΙ βRE = 33.33KΩ ΙΙ 120(14.44 Ω) = 1.64KΩ
La impedancia de entrada del sistema ≈
impedancia del micrófono
Av = −
𝑅𝑐
𝑟𝑒
= −
560
14.44
= 38.78
Dado hoe = 20μS [3] ro= 50kΩ
50kΩ > 10 (.56kΩ) (cumple)
Y 33kΩ > (120)(0.01444kΩ) (cumple)
 Ai ≈ β ≈120
iii) Sistemas en cascada y amplificación.- Se
denomina a sistemas en cascada a circuitos
conectados en serie, se puede decir a circuitos cuya
salida de un primer circuito es la entrada de un
segundo circuito,cuya característica principal es que
su ganancia en escala normal se suman, para el
presente trabajo el circuito amplificador o segunda
etapa consiste en una réplica de la primera, lo que
me da como características principales del sistema.
Zi = 1.64KΩ
AvT = 2Av= (38.78)^2 = 1053
 AiT ≈ 2Ai ≈ 2β ≈ 2(120) = 240
D) Simulación.-
Ya obtenidos los valores teóricos y para concluir con
la fase de diseño es recomendable realizar una
simulación del circuito para comprobar y/o
contrastar resultados.
La figura 2 muestra el circuito armado en el
programa para simulación ISIS del paquete
PROTEUS. Para probar el circuito en este programa
se lo ha realizado poniendo a la entrada del sistema
una señal senoidal (lo que sería el micrófono),
debido a que este programa tiene limitaciones para
probar como entrada una señal de voz o sonidos,
mientras que la salidaes medida por un osciloscopio
(equivalente al parlante), el cual nos entrega las
formas de onda a la entrada como a la salida del
circuito como se muestran en la figura 3.

3. Figura 2.- Simulación del circuito en ISIS (PROTEUS)
Figura 3.- Señal entrada y salida del sistema
III. ELABORACIÓN DEL CIRCUITO
Para la elaboración del circuito en primer lugar se
monta el diagrama del circuito simulado en un
proto-board, el del presente proyecto se muestra en
la figura 4, y una vez de comprobar que funciona se
procede a realizar el diseño para l baquela ,el cual se
lo puede realizar a mano o a través de programas
apropiados para, en la figura 5 se muestra el diseño
para la baquela y una vista en 3D de cómo debería
quedar el diseño ya armado, imágenes obtenidas
con el programas ARES igualmente proveniente del
paquete PROTEUS.
Figura 4.- amplificador armado en proto-board.
Figura 5.- Pista de la baquela y vista rotada del
circuito armado (simulación)
Ya una vez simulado por competo el circuito y
comprobado que funciona armándolo físicamente en
un proto-board el siguiente paso es proceder a
quemar la baquela, para ello describiendo a rasgos
tosco este proceso, se imprime en papel fotográfico
las pista,sepasa laslíneas del papel fotográfico a la
superficiede cobre limpia de la baquela a través del
planchado del papel sobre la baquela , ya con las
líneas marcadas sesurgela baquela en acido para ue
únicamente quede la superficie marcada, luego se
procede a perforar, se monta los dispositivos por el
lado averso a la superficie de cobre, y suelda los
pines de este en la pista correspondiente y después
de haber cumplido con éxito todo este proceso se
tienen listo el amplificador.
IV.- CONCLUSIONES
 La elaboración de un amplificador de audio para
micrófono simplemente consiste en usar una
configuración de polarización del transistor BJT y
acoplar tanto la impedancia de entrada del circuito
con la impedancia interna del micrófono.
 La simulación nos sirve como referencia como
debería funcionar mi equipo pero al ser una
herramienta computacional tiene ciertas
limitaciones de programación, por ello en estos
casos lo más importantees realizar bien el diseño en
papel y comprobar en proto-board.
 Ya con el circuito armado se puede empezar a mover
componentes para cual es el rendimiento el mismo,
lo que nos puede ayudar a mejorar el trabajo
deseado.
 Los capacitores nos sirven para filtrar el ruido y
tratar que la señal lleguelo más pura a la salida,para

4. saber cuál es el que mejor rendimiento da al
sistema, se puede aplicar la conclusión anterior.
 Al momento de quemar la baquela es importante
revisar bien las conexiones a existir para evitar
cortos y revisar que las pistas estén bien marcadas
para evitar circuitos abiertos.
 Quizá como lección del presente trabajo quede que
antes de empezar a preguntarnos cómo hacer y
querer armar cosas parecidas pero no lo que
queremos, debemos enterarnos bien que es lo que
realmente se quiere y que se debe hacer para ello.
 De las experiencia adquirida mientras se buscaba
diseños y armaba en protoboard las diversas
configuraciones para amplificación de audio, se
deduce que hacer un amplificador de audio con BJT
básicamente consiste en usar una o varias
configuraciones de polarización de los BJT
considerando la impedanciasdeentrada como las de
salida para adaptarlas a los valores de los
dispositivos a usar
V.- Referencias
[1] Lasso A.Germania,Construcción deun equipoportátil
deaudio para el centro cristiano Herencia Escogida(pdf
en línea),EPN-2006disponibleen:
http://www.epn.edu.ec [consulta:domingo
20/06/2010]
[2] BoylestadNashelsky,Electronica:teoría decircuitos y
dispositivoselectrónicos (octavaedición).
[3] Malvino L,Fundamentosde Electrónica (séptima
edición)
[4] Motorola,Hojadeespecificacionespara BC548 (pdf en
linea),disponibleen:
http://www.datasheetCatalog.com
[5] El transistorbipolar(pdf en línea) disponibleen
www.google.com#El_transistor_bipolar
[6] www.elprisma.com