Un amplificador y receptor estéreo doméstico en una sola unidad. Cuando las personas se refieren a "amplificadores", generalmente se refieren a componentes estéreo o equipos musicales. Pero esto es solo una pequeña representación del espectro de amplificadores de audio. En realidad, hay amplificadores a nuestro alrededor. Los encontrará en televisores, computadoras, reproductores de CD portátiles y la mayoría de los demás dispositivos que usan un parlante para producir sonido.
El sonido es un fenómeno fascinante. Cuando algo vibra en la atmósfera, mueve las partículas de aire a su alrededor. Esas partículas de aire, a su vez, mueven las partículas de aire a su alrededor, llevando el pulso de la vibración a través del aire. Nuestros oídos captan estas fluctuaciones en la presión del aire y las traducen en señales eléctricas que el cerebro puede procesar.
El equipo de sonido electrónico funciona de la misma manera básica. Representa el sonido como una corriente eléctrica variable. En términos generales, hay tres pasos en este tipo de reproducción de sonido:
Como puede ver, todos los componentes principales de este sistema son esencialmente traductores:toman la señal de una forma y la ponen en otra. Al final, la señal de sonido se vuelve a traducir a su forma original, una onda de sonido física.
Para registrar todas las fluctuaciones mínimas de presión en una onda de sonido, el diafragma del micrófono debe ser extremadamente sensible. Esto significa que es muy delgado y se mueve solo una corta distancia. En consecuencia, el micrófono produce una corriente eléctrica bastante pequeña.
Esto está bien para la mayoría de las etapas del proceso:es lo suficientemente fuerte para usar en la grabadora, por ejemplo, y se transmite fácilmente a través de cables. Pero el paso final del proceso, empujar el cono del altavoz hacia adelante y hacia atrás, es más difícil. Para hacer esto, debe aumentar la señal de audio para que tenga una corriente mayor y al mismo tiempo conservar el mismo patrón de fluctuación de carga.
Este es el trabajo del amplificador. Simplemente produce una versión más potente de la señal de audio. En este artículo, veremos qué hacen los amplificadores y cómo lo hacen. Los amplificadores pueden ser dispositivos muy complejos, con cientos de piezas diminutas, pero puede hacerse una idea clara de cómo funciona un amplificador examinando los componentes más básicos. En la siguiente sección, veremos los elementos básicos de los amplificadores.
Contenido- Bombéalo
- Elementos electrónicos
- Aumento del voltaje
Bombéalo
El concepto básico de un amplificador:Se usa una corriente más pequeña para modificar una corriente más grande. En la última sección, vimos que el trabajo de un amplificador es tomar una señal de audio débil y aumentarla para generar una señal lo suficientemente potente como para impulsar un altavoz. Esta es una descripción precisa cuando se considera el amplificador como un todo, pero el proceso dentro del amplificador es un poco más complejo.
En realidad, el amplificador genera una señal de salida completamente nueva basada en la señal de entrada. Puede entender estas señales como dos circuitos separados. El circuito de salida es generado por la fuente de alimentación del amplificador , que extrae energía de una batería o toma de corriente. Si el amplificador funciona con corriente alterna doméstica, donde el flujo de carga cambia de dirección, la fuente de alimentación lo convertirá en corriente continua, donde la carga siempre fluye en la misma dirección. La fuente de alimentación también suaviza la corriente para generar una señal absolutamente uniforme e ininterrumpida. La carga del circuito de salida (el trabajo que hace) es mover el cono del altavoz.
El circuito de entrada es la señal de audio eléctrica grabada en una cinta o que se ejecuta desde un micrófono. Su carga está modificando el circuito de salida. Aplica una resistencia variable al circuito de salida para recrear las fluctuaciones de voltaje de la señal de audio original.
En la mayoría de los amplificadores, esta carga es demasiado para la señal de audio original. Por este motivo, la señal se refuerza primero con un preamplificador , que envía una señal de salida más fuerte al amplificador de potencia . El preamplificador funciona básicamente de la misma manera que el amplificador:el circuito de entrada aplica una resistencia variable a un circuito de salida generado por la fuente de alimentación. Algunos sistemas amplificadores usan varios preamplificadores para construir gradualmente una señal de salida de alto voltaje.
Entonces, ¿cómo hace esto el amplificador? Si busca una respuesta dentro de un amplificador, solo encontrará una masa compleja de cables y componentes de circuitos. El amplificador necesita esta configuración elaborada para asegurarse de que cada parte de la señal de audio se represente de manera correcta y precisa. La salida de alta fidelidad requiere un control muy preciso.
Dentro de un amplificador, verá una gran cantidad de componentes electrónicos. Los componentes centrales son los grandes transistores. Los transistores generan mucho calor, que es disipado por el disipador de calor. Todas las piezas de un amplificador son importantes, pero ciertamente no es necesario examinar cada una de ellas para comprender cómo funciona un amplificador. Solo hay unos pocos elementos que son cruciales para el funcionamiento del amplificador. En la siguiente sección, veremos cómo estos elementos se unen en un diseño de amplificador muy básico.
Elementos electrónicos
Un transistor bipolar estándar El componente central de la mayoría de los amplificadores es el transistor . Los elementos principales de un transistor son los semiconductores, materiales con capacidad variable para conducir la corriente eléctrica. Por lo general, un semiconductor está hecho de un conductor deficiente, como el silicio , que ha tenido impurezas (átomos de otro material) añadidos a él. El proceso de añadir impurezas se llama dopaje .
En el silicio puro, todos los átomos de silicio se unen perfectamente a sus vecinos, sin dejar electrones libres para conducir la corriente eléctrica. En el silicio dopado, los átomos adicionales cambian el equilibrio, ya sea agregando electrones libres o creando agujeros donde pueden ir los electrones. La carga eléctrica se mueve cuando los electrones se mueven de un orificio a otro, por lo que cualquiera de estas adiciones hará que el material sea más conductor. (Consulte Cómo funcionan los semiconductores para obtener una explicación completa).
tipo N Los semiconductores se caracterizan por tener electrones adicionales (que tienen una carga negativa). tipo P los semiconductores tienen una gran cantidad de agujeros adicionales (que tienen una carga positiva).
Veamos un amplificador construido alrededor de un transistor de unión bipolar básico . Este tipo de transistor consta de tres capas de semiconductores, en este caso, un tipo p semiconductor intercalado entre dos tipo n semiconductores Esta estructura se representa mejor como una barra, como se muestra en el siguiente diagrama (el diseño real de los transistores modernos es un poco diferente).
La primera capa de tipo n se denomina emisor , la capa de tipo p se llama base y la segunda capa de tipo n se llama colector . El circuito de salida (el circuito que impulsa el altavoz) está conectado a electrodos en el emisor y el colector del transistor. El circuito de entrada se conecta al emisor y la base.
Los electrones libres en las capas de tipo n naturalmente quieren llenar los huecos en la capa de tipo p. Hay muchos más electrones libres que huecos, por lo que los huecos se llenan muy rápidamente. Esto crea zonas de agotamiento en los límites entre el material de tipo n y el material de tipo p. En una zona de agotamiento, el material semiconductor vuelve a su estado aislante original. -- todos los huecos están llenos, así que no hay electrones libres o espacios vacíos para los electrones, y la carga no puede fluir. Cuando las zonas de agotamiento son gruesas, muy poca carga puede pasar del emisor al colector, aunque haya una gran diferencia de voltaje entre los dos electrodos.
En la siguiente sección, veremos qué se puede hacer para cambiar esta situación.
Aumentando el voltaje
Cuando las zonas de agotamiento son gruesas, puede aumentar el voltaje en el electrodo base . El voltaje en este electrodo está directamente controlado por la corriente de entrada . Cuando la corriente de entrada fluye, el electrodo base tiene una carga relativamente positiva, por lo que atrae electrones hacia él desde el emisor. Esto libera algunos de los agujeros, lo que reduce las zonas de agotamiento. A medida que se reducen las zonas de agotamiento, la carga puede pasar del emisor al colector más fácilmente:el transistor se vuelve más conductor. El tamaño de las zonas de agotamiento y, por lo tanto, la conductividad del transistor, está determinada por el voltaje en el electrodo base. De esta forma, la corriente de entrada fluctuante en el electrodo base varía la salida de corriente en el electrodo colector. Esta salida impulsa el altavoz.
Un solo transistor como este representa una "etapa" de un amplificador. Un amplificador típico tendrá varias etapas de refuerzo, con la etapa final impulsando el altavoz.
En un amplificador pequeño, por ejemplo, el amplificador de un teléfono con altavoz, la etapa final podría producir solo medio vatio de potencia. En un amplificador estéreo doméstico, la etapa final puede producir cientos de vatios. Los amplificadores utilizados en conciertos al aire libre pueden producir miles de vatios.
El objetivo de un buen amplificador es causar la menor distorsión posible. La señal final que activa los altavoces debe imitar lo más posible la señal de entrada original, aunque se haya potenciado varias veces.
Este enfoque básico se puede utilizar para amplificar todo tipo de cosas, no solo señales de audio. Cualquier cosa que pueda ser transportada por una corriente eléctrica (señales de radio y video, por ejemplo) puede amplificarse por medios similares. Sin embargo, los amplificadores de audio parecen captar la atención de las personas más que cualquier otra cosa. Los entusiastas del sonido están fascinados con las variaciones en el diseño que afectan la potencia nominal , impedancia y fidelidad , entre otras especificaciones.
Para obtener mucha más información sobre los amplificadores, consulte los enlaces en la página siguiente.