Diseño de un preamplificador usando MAX4468 ​​– 8/9

En todos los tutoriales anteriores se diseñaron amplificadores de potencia. Según la aplicación, existen dos tipos de amplificadores de audio:
1) Preamplificador
2) amplificador de potencia
Los preamplificadores se utilizan para nivelar las señales de audio de un micrófono o una fuente de audio a niveles de voltaje estándar, mientras que los amplificadores de potencia se utilizan generalmente en la etapa de salida de los sistemas de audio para aumentar las señales de audio antes de reproducirse a través de los altavoces. Como su nombre indica, un preamplificador prepara la señal procedente del micrófono o de la entrada de línea para su posterior procesamiento y transmisión. Un preamplificador es la parte oculta de cualquier dispositivo. Está integrado en micrófonos USB, tarjetas de sonido y mezcladores.
El preamplificador se puede clasificar en dos tipos:
1 ) Preamplificador pasivo : estos preamplificadores utilizan un transistor o tubo OPAM discreto para amplificar la señal de entrada.
2) Preamplificador activo : estos preamplificadores utilizan un transformador u otros componentes de adaptación de impedancia para amplificar la señal.
Los preamplificadores se utilizan generalmente para proporcionar la ganancia de voltaje para aplanar una señal en milivoltios a unos pocos voltios, como aumentar la amplitud de una señal en unos pocos milivoltios al nivel de 1 V para eliminar cualquier ruido de la señal de entrada proveniente de. un micrófono o una fuente de audio. Lo ideal sería conectar el micrófono con el dispositivo de conexión más corto para evitar ruidos o distorsiones, pero esto no es posible en la práctica. Por lo tanto, los preamplificadores ayudan a eliminar el ruido de las señales de audio originales.
Obviamente, los preamplificadores deben necesariamente nivelar las amplitudes de la señal a niveles de línea. Ésta es la función más primitiva y esencial de cualquier preamplificador. El preamplificador ajusta la señal de entrada a un nivel de línea. El nivel de línea es la intensidad de la señal de audio estándar para transmitir la señal entre fuentes de audio a amplificadores, radios, televisores y reproductores de DVD. El nivel de línea se expresa en dBu (decibeles descargados) o dbV (voltaje en decibeles). Según los estándares telefónicos, si 1 Vrms es igual a 0 dBV , entonces el voltaje descargado de referencia en decibeles o 0 dBu es el voltaje de CA necesario para generar 1 mW de potencia en una carga con una impedancia de 600 ohmios. El nivel de línea más nominal es -10 dBu, que es 0,316 V, y +4 dBV , que es 1,228 V.
El preamplificador está destinado a fortalecer la señal de entrada. No proporcionan alta corriente de salida . Por lo tanto, después de un preamplificador, se debe utilizar un amplificador de potencia si se desea reproducir la señal de audio utilizando un altavoz, reproductor de CD o auriculares en la salida. Por lo tanto, se puede suponer que un preamplificador es un pequeño amplificador antes del amplificador de potencia que tiene una corriente de salida en el rango de microamperios.
Los amplificadores pasivos son la opción preferida entre los preamplificadores, ya que hacen lo que realmente se supone que debe hacer un preamplificador. Por eso, en esta serie, se diseñan preamplificadores pasivos. En este tutorial, se diseñará un preamplificador pasivo utilizando IC MAX4468. MAX4468 ​​​​es un preamplificador de micrófono de micropotencia de bajo costo. Este IC funciona con un voltaje de suministro en el rango de 2,4 V a 5,5 V y proporciona una ganancia de alto voltaje de hasta 125 dB.
En el artículo introductorio de esta serie, se analizaron varios parámetros de diseño de circuitos amplificadores de audio, como ganancia, volumen, tasa de pendiente, linealidad, ancho de banda, efecto de recorte, estabilidad, eficiencia, SNR, potencia de salida, THD y bucle de conexión a tierra. Este circuito amplificador se diseñará considerando los siguientes parámetros de diseño:
Ganancia (voltaje) – 20 dB
Ancho de banda: 20 Hz a 20 KHz
Componentes necesarios –
Lista de componentes necessários para o pré-amplificador baseado em IC MAX4468
Fig. 1: Lista de componentes necesarios para el preamplificador basado en IC MAX4468
Diagrama de bloques -
Diagrama de blocos do pré-amplificador de áudio de microfone baseado em IC MAX4468
Fig. 2: Diagrama de bloques del preamplificador de audio de micrófono basado en IC MAX4468

Conexiones de circuito –

Este circuito de preamplificador se construye ensamblando los siguientes componentes:
1) Fuente de CC: se utiliza una batería de 5 V y 1,5 A para alimentar el circuito.
2) Fuente de entrada: se utiliza un micrófono para proporcionar la señal de audio de entrada. Se consideró un MIC electret como fuente de entrada. El MIC electret requiere un voltaje de polarización de entre 1 y 5 V para alimentar el búfer FET incorporado que está presente en el MIC. Generalmente, este micrófono se alimenta de 1V a 5V CC a través de una resistencia con un valor de 1K ohmios a 10K ohmios. Debe haber suficiente voltaje en el pin de polarización del micrófono para que pueda detectar la señal de audio.
Imagem típica de microfone de eletreto
Fig. 3: Imagen típica de un micrófono electret
El circuito de polarización para este micrófono se muestra a continuación:
Diagrama de circuito de polarização do microfone de eletreto
Fig. 4: Diagrama del circuito de polarización del micrófono electret

En el diagrama del circuito, se utiliza una red divisoria resistiva (que se muestra como R1 y R2 en el diagrama del circuito) para suministrar un voltaje fijo al MIC. Un condensador (que se muestra como C1 en el diagrama del circuito) de 10 uF está conectado en el punto de unión de la resistencia, lo que ayuda a mantener el voltaje en la clavija del micrófono. El otro pin del micrófono electret está conectado a tierra común.

3) Amplificador de micrófono MAX4468: MAX4468 ​​es un preamplificador de micrófono de micropotencia de bajo costo. Este IC funciona con un voltaje de suministro en el rango de 2,4 V a 5,5 V y proporciona una ganancia de alto voltaje de hasta 125 dB.
Imagem típica do IC MAX4468
Fig. 5: Imagen típica de IC MAX4468

IC MAX4468 ​​​​tiene la siguiente configuración de pines:

Tabela de listagem de configuração de pinos do IC MAX4468
Fig. 6: Tabla que enumera la configuración de pines del IC MAX4468
Los pines IC son los mismos que los pines OPAM, con la única diferencia que el pin de polarización MIC. El IC viene en un paquete SMD y tiene el siguiente diagrama de pines:

Diagrama de pinos do MAX4468 ​​IC

Fig. 7: Diagrama de pines de IC MAX4468

El IC se utiliza como amplificador inversor. Los amplificadores inversores tienen retroalimentación negativa, lo que los hace mejores que los amplificadores no inversores. El amplificador inversor cambia la fase de la salida (amplitud de la señal) en 180 grados con la entrada (amplitud de la señal). Sin embargo, esta inversión de fase no afecta la señal de audio, ya que los oídos humanos sólo responden a la intensidad del sonido. La intensidad es la energía que fluye por un área en un tiempo determinado, expresada en julios/s/m2. La energía de la onda es proporcional al cuadrado de su amplitud. Entonces, para una unidad de área, la intensidad también es proporcional al cuadrado de la amplitud.
Yo A2
Por tanto, cambiar el signo de la onda no afecta a I.
Para proporcionar polarización de CC al pin no inversor del amplificador, se conecta un condensador (que se muestra como C3 en el diagrama del circuito) de 0,01 uF junto con una red divisoria de resistencias en el pin 3 del IC. Un condensador (que se muestra como C2 en el diagrama del circuito) de 0,1 uF está conectado al pin de entrada inversor del IC para proporcionar el desacoplamiento de la señal de CA de la CC. Un condensador (que se muestra como C4 en el diagrama del circuito) de 47 pF cambia la respuesta de frecuencia del amplificador. Este condensador actúa como un cortocircuito a alta frecuencia y permite que la señal pase por alto la resistencia R2 para que la ganancia del amplificador se reduzca a alta frecuencia. En baja frecuencia, este condensador actúa como un circuito abierto, por lo que no afecta la ganancia. Por tanto, este condensador actúa como un filtro de paso alto en el circuito.
Para diseñar este preamplificador se utiliza el circuito de aplicación típico que figura en la hoja de datos del MAX4468. La salida de línea se toma del pin 8 del IC.
Se deben tomar las siguientes precauciones al ensamblar este circuito:
1. Mantenga el pin de apagado bajo para activar el amplificador.
2. Coloque siempre los componentes lo más cerca posible entre sí para reducir el ruido en el circuito.
3. Siga la topología en estrella al realizar la conexión a tierra, esto mantendrá el ruido bajo.
4. Utilice un condensador de alto voltaje en lugar de una señal de entrada.
5. Utilice siempre el condensador de filtrado en el terminal de entrada de la fuente de alimentación para evitar ondulaciones no deseadas.

Protótipo de pré-amplificador de áudio de microfone baseado em IC MAX4468

Fig. 8: Prototipo de preamplificador de audio de micrófono basado en IC MAX4468

Cómo funciona el circuito –

IC MAX4468 ​​​​es un OPAM de micropotencia diseñado para preamplificadores de micrófono. Dado que el preamplificador sirve únicamente para proporcionar ganancia y filtrado, el IC no es capaz de proporcionar corrientes más altas. La señal de entrada del micrófono electret varía de 1 mV a 10 mV cuando el usuario habla con voz normal. En el caso de los gritos, el nivel de entrada puede aumentar hasta 50 mV. Por tanto, el valor medio de la señal de entrada puede considerarse 20 mV. La tensión máxima que se debe obtener en la salida es de 200 mV. Por lo tanto, la ganancia de voltaje deseada se puede calcular de la siguiente manera:
Ganancia = Vsal/Vin
ya que Vout = 200 mV y Vin = 20 mV
Ganancia = (0,2/0,02)
Ganancia deseada = 10
Por tanto, la ganancia deseada es de 10 o 20 dB. En el circuito, la ganancia de voltaje se puede definir a través de la red de resistencias R5 y R6 donde la ganancia se puede calcular de la siguiente manera:
Ganancia = -(R6/R5)
Si se supone que la resistencia R5 es de 20 K ohmios y la ganancia deseada es de 10 o 20 dB, entonces el valor de la resistencia R6 se obtiene de la siguiente manera:
R6 = Ganancia * R5
R5 = 200 mil ohmios
El signo negativo significa la inversión en la salida. Por lo tanto, se utiliza una resistencia de 20 K ohmios como R5 y una resistencia de retroalimentación R6 de 200 K ohmios en el circuito. El amplificador proporciona una señal de salida que es 10 veces la señal de entrada.
Probando el circuito –
Para probar el circuito amplificador, se utiliza el generador de funciones como fuente de entrada. El generador de funciones se utiliza para generar una onda sinusoidal de amplitud y frecuencia constantes. Cualquier señal de audio también es básicamente una onda sinusoidal, por lo que se puede utilizar un generador de funciones en lugar de un micrófono o una fuente de audio real. Por lo tanto, el generador de funciones se puede utilizar como fuente de entrada para probar el circuito amplificador de audio. Durante la prueba, en la salida, es necesario comprobar la tensión de línea.
Para probar el circuito amplificador, primero se establece el voltaje de entrada dentro del rango aplicable entre 10 mV y 50 mV. La frecuencia de la señal de entrada se establece en 1 KHz. Luego, las formas de onda de salida y entrada se observan en el DSO.
La siguiente forma de onda de entrada (forma de onda roja) se observa en DSO:

Gráfico da forma de onda de entrada do microfone observada no osciloscópio de armazenamento digital

Fig. 9: Gráfico de la forma de onda de entrada del micrófono observada en el osciloscopio de almacenamiento digital

En el DSO se observa la siguiente forma de onda de salida (forma de onda amarilla).
Gráfico do nível da linha de saída do pré-amplificador MAX4468 ​​observado no osciloscópio de armazenamento digital
Fig. 10: Gráfico del nivel de línea de salida del preamplificador MAX4468 ​​observado en un osciloscopio de almacenamiento digital

Por lo tanto, se puede ver que la señal de audio de entrada del micrófono se nivela exitosamente al voltaje de línea. Por lo tanto, el preamplificador funciona de la mejor manera. Este circuito preamplificador se puede utilizar en teléfonos móviles, micrófonos, audífonos y dispositivos de audio portátiles.

En el próximo tutorial, se diseñará un preamplificador utilizando IC LM358.

Vídeo del proyecto

contenido relacionado

Regresar al blog

Deja un comentario

Ten en cuenta que los comentarios deben aprobarse antes de que se publiquen.