Los amplificadores son dispositivos que producen una señal de salida con una amplitud varias veces mayor que las señales de entrada. La relación entre la amplitud de la señal de salida de un circuito amplificador y la amplitud de la señal de entrada se llama ganancia. Los circuitos amplificadores suelen estar diseñados para una cantidad fija de ganancia. Hay amplificadores con muy baja ganancia, como los amplificadores del lado del altavoz de un dispositivo de audio, y también hay amplificadores con muy alta ganancia, como los amplificadores de los receptores de radio o amplificadores del lado del micrófono de un dispositivo de audio.
Fig. 1: Circuito de control automático de ganancia en la placa de pruebas
Los amplificadores de control automático de ganancia ( AGC ) son otra categoría de amplificadores que pueden variar su ganancia según el nivel de la señal de entrada. Proporcionan suficiente amplificación para señales débiles y evitan que las señales fuertes se sobreamplifiquen. Fueron diseñados básicamente para el circuito receptor de radio que recibe señales de intensidad muy variable según las condiciones climáticas. Aplican una ganancia muy alta siempre que las señales son débiles y, a medida que la intensidad de la señal disminuye, automáticamente disminuyen su ganancia. También se utilizan en la mayoría de los circuitos amplificadores de audio, circuitos integrados de audio, analizadores de señales, etc. Se encuentran comúnmente con circuitos de micrófono para grabar voz al nivel de señal ideal.
Este proyecto demuestra el funcionamiento de un amplificador AGC de audio de muy alta ganancia que se utiliza para amplificar señales de micrófono. Las señales se reproducen en un conector para auriculares a través del cual se puede escuchar la mayor parte del sonido ambiental. La música se reproduce en un teléfono móvil colocado cerca y lejos del micrófono y se puede observar que el volumen del sonido reproducido en los auriculares es constante en un rango razonable del micrófono.
DESCRIPCIÓN:
Este circuito utiliza una amplificación de las señales en dos etapas, primero con un amplificador de transistor simple y luego con un amplificador AGC basado en amplificador operacional. Se utiliza un micrófono de condensador en la entrada y unos auriculares normales con función de controlador de volumen en la salida. Todo el sistema se puede representar mediante el siguiente diagrama de bloques:
Figura 2: Diagrama de bloques del circuito de control automático de ganancia (AGC)
1) ACOPLADOR DE MICRÓFONO
El acoplador de micrófono es un circuito que ayuda a acoplar las señales de audio débiles generadas en el micrófono. Existen diferentes tipos de micrófonos que tienen diferentes principios de funcionamiento, pero todos tienen un diafragma que vibra según las señales sonoras. A medida que el diafragma vibra, la corriente que fluye a través del micrófono varía dependiendo de la amplitud de la señal de sonido que hizo que el diafragma vibre. Aquí, en este circuito, se utiliza un micrófono de condensador y la corriente variable fluye a través de una resistencia a través de la cual se genera el voltaje equivalente debido al flujo de corriente. Este voltaje a través de la resistencia tendrá un voltaje de CC al que se suma el voltaje variable. Esta tensión variable se separa de la tensión continua mediante un condensador de acoplamiento y se alimenta a los siguientes circuitos amplificadores.
Con un micrófono de condensador, en la mayoría de los circuitos se utiliza una resistencia de 10K y un condensador de acoplamiento de 0,1uF.
Fig. 3: Diagrama del circuito del acoplador de micrófono
dos) AMPLIFICADOR DE VOLTAJE
Este es un amplificador de ganancia fija y se utiliza para preamplificar las señales de audio del micrófono al nivel requerido por el circuito amplificador AGC. Las señales producidas en el micrófono, especialmente provenientes de fuentes de sonido distantes, serán muy débiles y deberán amplificarse varias veces antes de poder aplicarse a cualquier otro circuito.
Aquí, se utiliza un circuito amplificador basado en un solo transistor para amplificar las señales de audio acopladas al micrófono. Este circuito está diseñado para tener una ganancia extremadamente alta para que las señales de audio se amplifiquen lo suficiente. El transistor está conectado en una configuración de emisor común y se utiliza una técnica de polarización fija para polarizar el transistor.
A medida que aumenta el valor de Rc, la ganancia del circuito aumenta y se debe tener cuidado de que cuando no hay señales de entrada presentes, el amplificador debe estar en su estado de reposo, es decir, en el caso de un circuito basado en transistores, la salida de voltaje sin ninguna entrada. La señal debe ser exactamente la mitad del voltaje de suministro total.
Aquí, se selecciona una resistencia de 2,2 K ohmios, que permitirá que fluya más de mil amperios de corriente a través del transistor y la resistencia misma en serie con él, creando aproximadamente 2,8 voltios en Vce.
Vce = 5 – (2200 * 1 mA) = 2,8 V; (voltaje casi inactivo)
Dado que la corriente de salida esperada Ic se fija en 1 mA, la corriente de entrada en estado de reposo que producirá esta corriente de salida se puede calcular con la ayuda de la relación entre la vida útil de un transistor y las corrientes de entrada y salida. La hfe generalmente se denomina ganancia actual y viene dada por la ecuación
hfe = Ic/Ib; donde Ic es la corriente del colector de salida y Ib es la corriente base de entrada
El hfe del transistor BC548 tiene un valor máximo de 300 y, aplicando los valores de Ic y hfe en la ecuación anterior, el Ib se puede calcular en alrededor de 4uA.
El voltaje Vb a través de la resistencia base Rb será el voltaje de suministro menos 0,7 voltios para un transistor de silicio en estado de reposo. Aquí, como el voltaje de suministro es de 5 V, el Vb se puede calcular como 4,3 V. Ahora, como se conocen el voltaje Vb a través de la resistencia y la corriente Ib que fluye a través de la resistencia, el valor requerido de la resistencia se puede calcular usando la ley de ohmios. ;
Rb = 4,3V / 4,3uA = 1M
Normalmente se utiliza un condensador de 0,1 uF para acoplar señales de audio entre etapas del amplificador.
Circuitos amplificadores y AGC
3) AMPLIFICADOR + AGC
Este circuito utiliza un amplificador de retroalimentación negativa basado en un amplificador operacional normal con una red de retroalimentación adicional en su pin de entrada positivo. Normalmente, la ganancia de un amplificador de retroalimentación negativa está fijada por la resistencia de retroalimentación en su pin de entrada negativo, pero como este circuito tiene una red de retroalimentación conectada al pin de entrada positivo, la ganancia también depende de este circuito. La red de retroalimentación en el pin positivo incluye principalmente un FET que actúa como una resistencia de voltaje variable, un transistor para controlar este FET y un circuito de filtro RC que genera el voltaje de compuerta variable al FET de acuerdo con la intensidad variable de la señal en la salida. del amplificador operacional.
Fig. 4: Diagrama del circuito de control automático de ganancia con amplificador
El condensador C1 acopla las señales de audio de la salida del amplificador operacional a la base del transistor PNP. Convierte la señal acoplada de CA de la salida del amplificador operacional en un voltaje equivalente de CC con la ayuda de C2 y R4. El funcionamiento de Q1, C2 y R4 es muy similar a un rectificador de diodo único, donde Q1 actúa como rectificador y C2 y R4 actúan como filtro RC suavizando las ondulaciones en la salida del diodo rectificador y creando un voltaje de corriente continua. Aquí el valor de este voltaje CC depende de la amplitud de la señal en la salida del amplificador operacional. Si la salida del amplificador operacional es baja, el voltaje de CC será bajo y si la salida del amplificador operacional es alta, el voltaje de CC también será alto.
Este voltaje se aplica a la puerta FET para controlar su transconductancia, que actúa como una resistencia de voltaje variable en este circuito. Si el voltaje de la puerta del FET disminuye, conduce menos desde tierra al pin de entrada positivo del amplificador operacional, lo que aumenta la ganancia del amplificador operacional. Cuando el voltaje de puerta del FET aumenta, conduce más y, por lo tanto, reduce la ganancia. Por tanto, este mecanismo controla la ganancia del amplificador operacional según la amplitud de la señal a la salida del amplificador operacional, lo que ocurre según la amplitud de la señal de entrada al amplificador operacional.
En señales de amplitud muy pequeña, el voltaje de compuerta del FET será muy pequeño y no conducirá desde tierra al pin positivo del amplificador operacional. En este caso, la red de retroalimentación en el pin positivo se puede ignorar por completo y todo el circuito se comporta como un simple amplificador operacional de retroalimentación negativa. La ganancia será máxima en ese momento y se puede descubrir usando la siguiente ecuación:
GRAMO = – (R2 / R1) dB
Este circuito en particular proporciona una ganancia máxima de aproximadamente 50 dB y mantiene la amplitud de la señal de salida constante a 2,5 V pp desde la amplitud de la señal de entrada de 50 mV pp.
Diagrama de circuito
Figura 5: Diagrama del circuito de control automático de ganancia con conexiones de micrófono y auriculares
Fig. 6: La imagen explica sobre el circuito de ganancia automática conectado a la placa.
Vídeo de demostración del circuito.
1comentario
Reporting an error: The resistor and capacitor connected to the JFET gate are shown with values of 1kΩ and 0.1µF, respectively. That time constant (R*C) is impossibly small. The circuit works perfectly when I simulate it using the same 1kΩ resistor and a 100µF capacitor. In other words, the RC time constant in the illustration is off by a factor of 1000.