amplificador de audio basico usando transistores bjt amplificador de bajo costo ingenieria electronica

1. Abstract— The project was developed in order to analyze and
build an audio amplifier using BJT, analyzed and gathered all the
necessary information for the design of it, and then proceed to use all
the knowledge gained in the course of Analog Electronics, the
amplifier was built in three stages, the configuration of the three
stages is "common emitter" stages serves to amplify the current and
voltage at the end we have an amplifier with a current gain and high
enough voltage.
KEYWORDS:, BJT transistor, capacitor, resistor, current source
INTRODUCCIÓN
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor
que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador
o rectificador. El término "transistor" es la contracción en
inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia").
Un amplificador de sonido o de potencia (etapa
de potencia).Son los nombres que se usan para denominar a
un amplificador de audio. La función del amplificador es
aumentar el nivel de una señal, incrementando, para ello, la
amplitud de la señal de entrada mediante corrientes de
polarización (voltaje negativo, voltaje positivo) en el transistor
de salida. Cuando se diseña un amplificador, es fundamental
la refrigeración del mismo. Por ello, siempre encontraremos
rejilla de ventilación y los fabricantes habrán instalado en su
interior ventiladores (como en el ordenador). Esto es porque
durante el procesado de amplificación, en su interior, se disipa
gran cantidad calor. Físicamente, cuando vemos un
amplificador, nos encontramos con un equipo en el que,
habitualmente, sólo hay un botón: el de encendido/apagado.
En la parte posterior suele situarse el panel con
las correspondientes entradas y salidas. El número y tipo de
ellas depende de la cantidad de señales que soporte el
amplificador.
PROPIEDADES DEL TRANSISTOR.
Hay cuatro conceptos que debemos tener muy claros antes de
entrar en el análisis de los transistores. Estos son:
amplificación, impedancia, fase y frecuencia. Los dos
primeros hacen referencia tanto a circuitos de corriente alterna
como de corriente continua, mientras que la fase y la

A. F. Gonzalez, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, México,
Hidalgo, alanfher@hotmail.com
A. M. Gayosso, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, México,
Hidalgo, amgo1194@gmail.com
frecuencia son fenómenos producidos en la corriente alterna.
La amplificación, como su nombre indica, consiste en
aumentar el valor de una cantidad; en un transistor podemos
hablar de amplificación de corriente, de tensión y de potencia.
La impedancia es la resistencia, es decir, la oposición al paso
de corriente. Cuando hablamos de fase nos referimos a la
sincronización que hay entre tensión a la entrada y a la salida,
es decir, cuando la tensión de entrada está en su punto
máximo, ¿También lo estará la tensión de salida?, o ¿El valor
de la salida se retrasará respecto del primero?. En caso de que
exista retraso se dice que hay un desfase entre ambas
tensiones. La frecuencia es la velocidad con la que cambia la
polaridad en la corriente alterna, esto es, la rapidez con la que
pasamos de tensión positiva a negativa. (fig. 1)
Fig. 1.La señal de salida puede estar o no en fase con la de
entrada
Respecto a la amplificación, habrá que determinar si el
transistor produce amplificación o no. En caso de producir
amplificación, hay que saber si ésta es de tensión, de corriente
o de ambas, y cuánto vale. Respecto a la impedancia, hemos
de saber qué impedancia ofrece a la entrada y a la salida.
Igualmente, con la fase tendremos que ver si los valores de la
tensión a la entrada y a la salida coinciden o existe algún
desfase entre ellos. De existir desfase, hemos de poder
determinar su valor. Y, por último, respecto a la frecuencia,
habrá que ver si el circuito es válido para una sola frecuencia o
para un margen determinado. Y cuál es su comportamiento
frente a frecuencias altas, medias y bajas. (fig. 2)
A. F. Gonzalez & A. M. Gayosso
Amplificador de audio basado en transistores
BJT

2. Fig 2. Existen tres tipos de frecuencias: alta, media y baja.
Dependiendo de la configuración de un transistor se puede
comportar mejor frente a unas o frente a otras.
3.1. CURVAS CARACTERÍSTICAS.
Como vemos, los transistores tienen múltiples formas de
comportarse, dependiendo de las tensiones entre sus
terminales. Cuando un usuario adquiere un transistor, necesita
saber este comportamiento para ponerlo en práctica en su
circuito y utilizarlo como más le convenga.
Los fabricantes proporcionan esta información para evitar que
el usuario la tenga que deducir a base de hacer medidas. A
primera vista, lo más lógico es que el fabricante diese una
tabla con todos los valores posibles de las corrientes según los
valores de los potenciales. Este sistema sería un tanto lioso.
Sin embargo, existe una forma mucho más completa de
proporcionar esta información que consiste en dar la curva
característica del transistor. La curva característica de un
transistor es una gráfica donde, en el eje horizontal, está
representado el valor del potencial entre el colector y el
emisor, VCE y en el eje vertical el valor de la corriente del
colector, IC. Cada línea, a su vez, corresponde a una corriente
de base, IB, distinta. (fig. 3)
Fig. 3 curvas características del transistor
Observando pues la curva característica de un transistor
podemos saber cómo funciona éste, según las condiciones a
que esté expuesto. Sin embargo, si únicamente disponemos de
esta gráfica no nos resultará muy útil, ya que lo que nos
interesa de verdad es saber el comportamiento del transistor en
un circuito concreto, no en general. Al poner un transistor en
un circuito, en realidad, lo que estamos haciendo es limitar los
valores posibles que pueden tomar sus terminales. Por
ejemplo, si en un circuito tenemos el colector a ocho voltios y
el emisor a tierra (0 voltios) la diferencia de potencial entre
ambos es, como mucho, de 8 voltios; pero nunca podrá ser
mayor. A efectos prácticos esto se traduce en que existe una
recta (llamada recta de carga) que depende del circuito en
cuestión, la cual representa todos esos valores posibles.
Solapando esta recta junto con la curva característica del
transistor obtenemos gráficamente la respuesta del transistor
en ese circuito. (figura 4)
Fig. 4 respuesta del transistor
La corriente del colector que está totalmente relacionada con
la corriente del emisor, si IE aumenta o disminuye, IC hará lo
mismo. IC también se encuentra relacionada con la corriente
de la base, IC es proporcional a IB cuando el transistor está
trabajando en modo activo. La relación que existe es
exactamente la siguiente:
IC = b . IB
Siendo b o HFE lo que se denomina ganancia del transistor y
es una característica de éste que nos da el fabricante.
EFECTOS DE LA TEMPERATURA.
Un factor muy importante, capaz de desestabilizar a los
transistores y que todavía no hemos tenido en cuenta, es la
temperatura. Vimos que los semiconductores pueden permitir
el paso de corriente, pero necesitan una pequeña ayuda; se les
puede dopar, o aumentar la temperatura, para que circulen los
electrones de la última capa. Pues bien, los transistores son
uniones P-N, y los materiales tipo P y tipo N son
semiconductores dopados, luego van a permitir el paso de la
corriente. Pero, por ser semiconductores, les va a influir
mucho una variación de temperatura.
Si tenemos un circuito de emisor
común aparentemente estable, con un punto de
funcionamiento definido, se puede producir una gran
inestabilidad con un aumento de temperatura. Esto sucede
porque al aumentar la temperatura se incrementa la corriente
del colector, aunque la corriente de base permanezca
constante. Este incremento en IC produce que la caída de
potencial en la resistencia RC sea mayor, luego la tensión
VC va a ser menor. La consecuencia inmediata de este hecho

3. es que el punto de funcionamiento se va a desplazar. Esto
ocurriría en el mejor de los casos porque incluso puede llegar
a producirse la destrucción del transistor. (figura 5)
Fig. 5 Un aumento de temperatura produce un incremento en la
corriente de colector. Pero puede llegar a producir la destrucción
del transistor.
La primera solución que se nos puede ocurrir para evitar que
se produzca un aumento de la temperatura es colocar un
ventilador, o algo que baje la temperatura cuando esta
aumente y la mantenga siempre constante. Pero esto tiene dos
inconvenientes, el primero es que resulta muy costoso y el
segundo que ocupa mucho espacio, y al diseñar un circuito
electrónico siempre se tiende a reducir el espacio al máximo.
La segunda solución es colocar una resistencia RE en el
emisor; al aumentar la corriente del colector, Ic, también se
incrementa la corriente del emisor. Si ponemos una
resistencia, se va a producir una caída del potencial, luego la
tensión en el emisor va a ser menor. Si tenemos un circuito P-
N-P, que es el que estamos analizando desde el principio,
cuanto más grande pongamos la Re más negativa va a ser la
tensión VE; hacer la tensión de emisor más negativa es
exactamente igual que hacer la tensión de base más positiva;
la unión emisor-base va a estar menos directamente polarizada
y esto va a producir que el transistor conduzca menos. Luego,
se compensa el aumento de la corriente de colector, debido al
aumento de la temperatura, con la disminución de esta misma
corriente debida a la disminución de la corriente que circula
por el transistor al estar menos directamente polarizado.
Conectar RE produce una desventaja para nuestro circuito, y
ésta es la disminución de la ampliación de tensión en el
transistor. Este es el precio que tenemos que pagar para que
nuestro circuito sea estable.
APLICACIONES DE LOS TRANSISTORES
Llegado el momento de seleccionar una configuración para un
determinado circuito transistorizado hemos de tener en cuenta
tanto las condiciones de funcionamiento extremas, requeridas
por dicho circuito, como la configuración más idónea para
conectar el transistor empleado. Aunque el futuro del
transistor, tal y como hoy lo conocemos, no está tan claro.
Al diseñar un circuito electrónico que incorpore transistores y
cierta dosis de complejidad no bastará con los conocimientos
básicos sobre la polarización o el cálculo asociado a un
circuito de transistor en modo emisor común. Debemos, en
este punto, decantarnos también por un determinado
encapsulado, como ya hemos visto asociado íntimamente a la
potencia manejada por el circuito donde trabaje el citado
transistor y por uno de los tres tipos posibles de configuración,
a saber: Emisor común (E.C.), base común (B.C.) y colector
común (C.C.).
Como quiera que el transistor posee tres patillas, lo normal
suele ser que una de ellas reciba la señal de entrada, la otra la
de salida y la tercera sea común a ambas señales. Cada una de
estas configuraciones recibe un nombre que, dependerá del
punto en común que guarde la señal de entrada y la de salida.
Cabe pues suponer que en la configuración de emisor común
el emisor es la patilla que está permanentemente en contacto
con la señal de entrada y de salida, y de forma similar ocurre
con las demás configuraciones tanto en base como en colector
común, tomando el relevo en cada caso la patilla de base y la
de colector respectivamente.
10.1. Parámetros, ventajas y aplicaciones.
La utilización de uno de los tres tipos de configuraciones
dependerá en gran medida de lo que cada una de ellas aporte
como ventajoso a la hora de trabajar, es decir, elegiremos de
forma que aprovechemos las características más sobresalientes
de cada montaje. Vamos ahora a dar un breve repaso a estas
características para razonar de forma clara el porqué de las
aplicaciones de uno u otro montaje.
Entre los parámetros de interés podemos destacar:
- Ganancia de corriente en cortocircuito:
Fig. 6 Uno de los parámetros que han de tenerse en cuenta a la
hora de comparar las diversas configuraciones es la denominada
"ganancia en cortocircuito".
Este término se utiliza en circuitos amplificadores también
como "ganancia de señal" y hace mención a la relación
existente en la corriente de salida y la corriente de entrada ante
muy pequeñas variaciones en esta última (se supone que no
existe resistencia en el circuito de salida y que la tensión
VBC se mantiene constante).

4. - Impedancia de entrada:
Como su nombre indica no representa más que la resistencia
interna que ofrece el montaje de transistor tratado a la señal
que aparece en su entrada. (fig. 7)
Fig. 7 La impedancia de entrada es un factor donde la conexión
de transistores en modo colector común se lleva el gato al agua.
- Impedancia de salida:
En este caso, se trata de la resistencia interna en los terminales
de salida del circuito transistorizado. (fig. 8)
Fig. 8 La conexión de un circuito de transistor en modo base
común posee las mejores características desde el punto de vista
de la Z de salida.
- Ganancia o amplificación de tensión:
Cifra la relación o cociente entre la tensión de salida y la de
entrada.
- Ganancia o amplificación de corriente:
Es, en este caso, la relación entre la intensidad de salida y la
de entrada.
- Ganancia o amplificación de potencia:
Refleja el cociente entre la potencia disponible a la salida del
transistor y la de entrada.
Debido a las particularidades que podemos encontrar, dentro
de cada una de las tres configuraciones disponibles, podemos
deducir ya que cada una de ellas será algo más adecuada que
las otras dos para una aplicación determinada. A manera de
resumen, y de modo orientativo, vamos a comentar las
aplicaciones más usuales de cada una de las conexiones
posibles.
La configuración de emisor común es, además de la más
utilizada, la de mejor asimilación desde el punto de vista
teórico. Desde la perspectiva de las ventajas a aportar
podemos destacar que sus características medias son las
mejores, tanto en amplificación de tensión como de corriente,
lo cual se traduce, a su vez, en una amplificación de potencia
bastante aceptable. Otro punto a tener en cuenta en esta
configuración es el mínimo desequilibrio existente entre las
impedancias de entrada y salida. Todo ello conlleva el que sea
el circuito de más sencilla adaptación a cualquier diseño y, por
tanto, el más utilizado. Resulta especialmente adecuado en el
acoplamiento entre diferentes etapas.
El conexionado en modo de base común guarda su principal
ventaja en su frecuencia máxima de operación, la cual es
bastante elevada. Esto hace que su uso en amplificadores de
alta frecuencia sea relativamente frecuente. Otra aplicación
típica para este montaje es su utilización como adaptador de
impedancias.
El montaje en colector común ofrece dos características de
relieve. Por un lado su distorsión es baja, y por otro resulta la
configuración idónea para trabajar como transformador de
impedancias, debido principalmente a la relación entre la
elevada impedancia de entrada frente a la reducida impedancia
que ofrece a su salida.
CONFIGURACION EN CASCADA
Una conexión popular entre etapas de amplificador es la
conexión en cascada. Básicamente una conexión en cascada es
aquella en la cual la salida de una etapa se conecta a la entrada

5. de la segunda etapa.
La figura 9 muestra una conexión en cascada de dos etapas de
amplificador. La conexión en cascada proporciona una
multiplicación de la ganancia en cada una de las etapas para
tener una mayor ganancia en total.
La ganancia total del amplificador en cascada es el producto
de las ganancias de las etapasAv1 yAv2 en cascada con
acoplamiento RC construido utilizando BJT se ilustra en la
figura 9. La ventaja de las etapas en cascada es la mayor
ganancia total de voltaje.
Figura 9 Amplificador BJT en cascada ( acoplamiento RC ).
La impedancia de entrada del amplificador es la de la
etapa 1:
y la impedancia de salida del amplificador es la de la
etapa 2:
El siguiente ejemplo muestra el análisis de un
amplificador BJT en cascada exhibiendo la gran
ganancia de voltaje conseguida.
UTILIZACION DEL TIP 120
El TIP120 es un ejemplo de par Darlington, tiene un
encapsulado del tipo TO220 como el de la figura 10
Figura 10. Encapsulado del tip 120
La ganancia de corriente según las especificaciones del
fabricante es de 1000, y la máxima corriente que puede
circular por el colector es de 5 A.
Además de los dos transistores propios del par Darlington,
este dispositivo, lleva un diodo adicional y un par de
resistencias con fines de protección
DARLINGTON
1. Estructura y características
Está formado por dos transistores conectados como puedes
ver en la figura 11
Figura 11. Par Darligton
El hecho de que la salida del emisor del transistor de la
izquierda, esté conectado a la base del otro transistor hace que
la ganancia de corriente sea mucho más alta que para un único
transistor -de hecho es el producto de las ganancias de
corriente individuales de los dos transistores que forman el
par- y la corriente que soporta en el emisor-colector sea mayor
lo que permite que esta configuración sea interesante por
ejemplo para alimentar una carga como un pequeño motor de
corriente continua.
Un valor típico de ganancia de corriente puede ser de 1000.
Lo que quiere decir que la corriente que pasa por el colector
hacia el emisor, es unas mil veces mayor que la corriente que
entra por la base.
FORMULARIO MATEMÁTICO
Formulas para hacer el calculo de corrientes, voltajes, y
resistências, para um amplificador.
Parámetro del transistor B
B=IC/IB
α=B/B+1
IE=IB+IC
IC= Αie
IC=(VCC-VC)/R
VC=VCC-ICR

6. IE=(B+1)IB
GM= IC/VT
Rπ=BVT/IC
GMRπ=B
G=V0/VIN
AV=-R3/R4
IP>1OIB
CALCULO DE VALORES DE RESISTENCIAS PARA
EL AMPLIFICADOR
Sabemos que tenemos un vcc de 12 y un vcc negativo de -12v
esto para tener un rango dinámico mas grande, para esto
utilizamos una fuente simétrica (figura 12). Usando la
configuración de emisor común (figura 14) hacemos el cálculo
de la primera etapa, en este caso necesitamos uma ganancia
grande para poder obtener um buen sonido , se decidió hacerlo
mediante dos etapas, usando la configuracion de cascada,
sabemos que en esta configuracion las ganancias se
multiplican, y tambien se utilizo un tip 120 que no es mas que
dos transistores conectados en la configuracion de Darligton
(figura 11) para obtener una mayor ganancia.
Figura 12 fuente simetrica
Figura 13. Configuración emisor común
PASO 1
Suponemos que los transistores están polarizados en la región
activa.
PASO 2
Proponemos um Vc y uma Ic obteniendo asi el valor para la
resistência de colector.
PASO 3
Sabemos que la ganancia puede tambien expresarse como
Av=-R3/R4 tenemos el valor de R3 y sabemos la ganancia que
necessitamos asi que obtenemos el valor de la resistência de
emisor R4
PASO 4
Sabemos que vcc=IP(RB1+RB2) COM IP>10IC/B sabendo
esto realizamos uma malla para obtener el valor de R2
IPR2=VBE+R4IE
PASO 5
Sabemos que VCC=IP(R1+R2) despejamos y obtenemos el
valor para R1
Ahora sabiendo los valores las resistências nuestra primera
etapa como el circuito de la figura 14
Figura 14. Primera etapa
Como en un principio decidimos que se haria en dos etapas usando la
misma ganancia para ambas etapas tendran los mismos valores para
las resistências, es decir, tendran la misma configuración.
En la última parte del amplificador se utiliza una etapa de ganancia 1
con el fin de obtener mas corriente de la fuente, un seguidor de
corriente como la figura 15.
Figura 15. Etapa de ganancia 1
Analizando la primera etapa notamos que la amplificacion es la
correcta. (figura 16)
Figura 16. Amplificación
Notamos que la señal de entrada es amplificada, esto ocurre tanto en
la primera etapa como en la segunda y tercera.
Ahora que sabemos que nuestro amplificador funciona
continuaremos armandolo fisicamente.
Primero diseñados el circuito en PCB circuito impreso el cual
queda de la sig. Manera (fig. 17)

7. Figura 17. Circuito impreso del amplificador
El resultado final debe parecerse al circuito de la imagen 15.
Figura 18. Amplificador de 3 etapas con seguidor de corriente
Tambien utilizamos una fuente simétrica de +12v,-12v para
tener un mayor rango dinamico esta fuente fue construida y se
obtuvo físicamente como la siguiente figura 19.
Figura 19. Circuito impreso de la fuente simétrica
Obtuvimos un circuito armado físicamente como el siguiente
(figura 20)
Figura 20. Fuente simétrica real Word
El amplificador terminado se muestra en las siguientes figuras
Figura 21 Amplificador de audio
Figura 22. Amplificador de audio con fuente simetrica

8. Figura 23. Etapas de amplificación
Figura 24. Fuente simétrica +12v, -12v
Figura 25. Amplificador de audio en operación
CONCLUSIÓN
En conclusion sabemos que el transistor sirve para amplificar
señales si este está polarizado en la region activa y podemos
utilizar distintas configuraciones dependiendo de lo que
deseemos amplificar, emisor común, colector común o base
común, en este caso se utilizó la de emisor común esto debido
a que esta configuración permite tener ganancia tanto de
corriente como de voltaje.
Podemos construir um amplificador de la ganancia que
nosotros deseemos si realizamos los cálculos necesarios de la
manera correcta obtendremos um amplificador que
amplificará nuestra señal de entrada el numero de veces para
el que se haya realizado el calculo

9. I.II. BIBLIOGRAFÍA
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=configuracion+emisor+comun&gs_l=img.3.2.0j0i24l3.1051.7847.0.9795.26.17.0.8.8.6.1393.8121.0j3j2j6j0j4j0j2.17.0...
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