Simplificate 2.0

Si algo parece muy complicado, es que esta mal explicado.

Preamplificador con Amplificadores Operacionales / LM324 ( Completo Hardware )

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Preamplificador con Amplificadores Operacionales LM324

Buenas, hoy me ha dado por experimentar un poco con audio, y lo primero que he realizado a sido un adaptador de impedancia, usando un Amplificador Operacional, pero después se me ocurrió realizar una pequeña etapa amplificadora usando el mismo Op-Amp.

Partiendo de la base:

Partamos desde el principio, no es lo mismo un amplificador  que un pre-amplificador, ni un pre-amplificador y un adaptador de impedancias, se suele confundir mucho estos últimos términos.

Amplificador: Es el equipo encargado de reproducir la señal de audio con la suficiente potencia como para poder mover un volumen de aire determinado, lo que es lo mismo, que es lo ultimo y es lo que se enchufa al altavoz.

Preamplificador: Es un equipo que amplifica la señal de audio que recibe en una cierta cantidad ( Ganancia ), pongamos que recibe 1, a la salida da 2, este equipo no se diseña para conectarlo a los altavoces, solo se usa para reconstruir la señal y darle mayor amplitud a la onda, garantizando que seremos capaces de excitar la base del transistor de la etapa amplificadora.

Adaptador de impedancia: Es un aparato que incluso puede ser pasivo, que se conecta en una linea de audio y que resuelve problemas derivados de fuentes de audio con muy poca potencia de salida que se conectan a grandes amplificadores, en audio es muy parecido al preamplificador pero no hacen lo mismo, aunque en ciertos casos puede parecer que nos soluciona el problema.

Para dejar claro los conceptos lo vamos a ver en más detalle:

Adaptando impedancias.

Se supone que todos sabemos lo que es la impedancia, es la resistencia que ofrece un elemento a la corriente alterna, hablando en plata, es la resistencia, así que, de aquí en adelante Impedancia = Resistencia , pues un adaptador de impedancia lo que hace es evitar problemas de bajos niveles de señal debido a la impedancia de los diferentes medios, pongamos un ejemplo, supongamos que tu tienes un amplificador en el coche, de esos Vieta, la mar de buenos que te a costado un riñón, y como te has gastado toda las pelas en el ampli no puedes comprar un Pioneer bueno, te conformas con el de oferta del Lidl de 35 € con USB y todo, una maravilla, conectas todo y cuando empiezas a darle volumen al amplificador no suena nada fuerte, no logras que suene bien, todo el fin de semana y el dinero para nada, ya no te puedes ir a la puerta de la discoteca a fardar.

Bueno pues aun tienes una solución, lo primero es saber cual es tu problema, seguramente sea que la impedancia de tu radio es muy alta si la comparamos con la impedancia de entrada de tu amplificador, y aunque no lo creas te chafa el fin de semana, lo podemos ver en una simulación de Proteus VSM ( tanto el amplificador como la radio se han convertido en sus circuitos de Thevenin equivalentes ).

Simulación VSM de una Radio y un Amplificador. ( Por Thevenin)

La radio se puede simplificar como un generador ideal de tensión y una resistencia en serie ( en nuestra simulación a la izquierda ) que equivale a la resistencia de la etapa de salida de la radio, el amplificador se simplifica como una resistencia en serie con la masa, ya que no emite tensión alguna al exterior, por ello nos quedaría como se ve en el esquema, el amplificador amplificara la tensión que “ve” sobre la resistencia interna propia, si esta es muy pequeña amplificara poco, se puede ver en la gráfica del “Osciloscopio” que la salida de la radio, la señal amarilla, es muy grande pero, la señal que ve el amplificador, la azul, es muy pequeña por el divisor de tensión que forman R1 y R2.

Y la culpa no es del amplificador, ni siquiera de la radio, es de las impedancias de uno y otro equipo, para solventarlo podemos o cambiar la radio por otra nueva, o adaptar las impedancias con un pre-amplificador o un adaptador de impedancias, primero lo vamos a hacer con un adaptador de impedancia que es más simple.

Adaptador de impedancia.

Es un equipo que va a procurar el mismo nivel de señal en la entrada que en la salida, vemos un esquema.

Adaptador de impedancia con OP-AMP

Como se ve en la gráfica del “Osciloscopio” podemos observar que ahora la señal tiene exactamente la misma amplitud en las dos partes del circuito, a la salida de la radio ( R1 ) y a la entrada del amplificador ( R2 ) , así logramos que el nivel de señal en la entrada del amplificador sea exactamente el mismo que tenemos a la salida de la radio, si nuestro problema es la impedancia de salida de la radio ya lo tendríamos solucionado.

Debemos partir también de la base que el OP-AMP tiene unas propiedades que son:

  1. Impedancia de entrada muy alta: La impedancia de cualquiera de las entradas ( + ) o ( – ) sera tan alta que podemos darla como infinita de forma que no hay consumo de corriente y si no hay consumo de corriente no hay caída de tensión en R1.
  2. Impedancia de salida muy baja: La impedancia de salida del OP-AMP es muy baja, del orden de 70 Ohmios o menos, de forma que puede compensar una baja impedancia de R2 dando mayor corriente en su salida.
  3. Cortocircuito virtual entre ( +) y ( – ): Esto tan enrevesado significa que el OP-AMP siempre va a intentar mantener la mínima diferencia entre el terminal ( + ) y (- ), para lograrlo intentara subir o bajar el voltaje de la salida según la diferencia entre el terminal ( +) y  ( – ), en este caso para tener en el terminal ( – ) el mismo voltaje que en el terminal ( + ) tiene que tener en la salida el mismo voltaje que el terminal ( + ).
  4. Ganancia de entrada muy alta: Esto dice que una señal entre el terminal ( + ) y ( – ) muy pequeña genera una señal de salida muy alta, la teoría dice que es infinito, pero no es cierto es del orden de 300.000 ó 500.000 más que en la entrada.

Preamplificador con OP-AMP.

Podemos tener otro problema que es que la salida en voltaje de la radio sea tan baja que nunca podremos llegar a darle el volumen que queremos, esto ocurre en equipos de poca calidad, tipo radio del Lidl, en este caso aunque adaptemos la impedancia siempre tendremos el volumen muy bajo, para solucionar esto debemos amplificar la señal entre que sale de la radio y entra en la etapa amplificadora, para ello podemos aprovechar la característica de ganancia del amplificador operacional.

Preamplificador con Op-amp

En este ejemplo podemos ver que la señal de entrada ( amarilla en la grafica ) es amplificada varias veces en la salida ( la señal azul ), la amplificación sera proporcional a las resistencias R3 y R4, segun la formula :

Vout = Vin( 1 +  R3 /  R4 )

Pero podemos sustituir cualquiera de las dos resistencias por un potenciometro y ya podemos graduar la amplificación, lo podemos ver en el siguiente esquema.

Podéis apreciar como cuando el potenciometro esta al mínimo de resistencia el pre amplificador se convierte en un adaptador de impedancia, ya que no hay ganancia ninguna ya que la resistencia es O y si dividimos O por algo vuelve a salir O, así que al final la formula queda como Vout = Vin * 1, que no hace falta decir que Vin * 1 es Vin.

El esquema final.

Aunque las simulaciones funcionan en la vida real no es posible conectar un previo con el esquema que tiene la simulación, hay que hacer uno algo más complicado, simplemente por que en las simulaciones tenemos alimentación simétrica de -15 a  +15 V y esta es complicada de conseguir, por lo que tenemos que hacerlo de otro modo y lo que hacemos es acoplar la alterna con condensadores, lo podéis ver en este esquema.

Esquema en PDF del circuito: SCHEMATIC1 _ PAGE1

Layout a tamaño real, escala 1:1 PREVIO CON LM324-4

Disposición de los componentes: PREVIO CON LM324-4 Comp

Donde la alimentación del circuito debe ser mínimo de 7 VDC, se ha diseñado para alimentarse con una pila de 9 Voltios aunque puede aceptar hasta 18 Voltios sin ningún problema, a la entrada desde la izquierda vemos que acoplamos la señal de alterna a dos OP-AMP en modo seguidor común ( adaptador de impedancia ) después la señal de salida de los dos OP-AMP se vuelven a acoplar en alterna a la entrada de dos OP-AMP en modo amplificador no inversor, la ganancia se puede ajustar con el potenciometro dual, podéis descargar el esquema en pdf debajo de la imagen.

La prueba de que funciona es este vídeo en YouTube, al principio el volumen del ordenador es de O según la barra de volumen, después lo subo poco a poco, si le dais mucho volumen distorsionara como todo precio, recomiendo ajustar la ganancia del previo al máximo y bajar el volumen del ordenador o de la radio al mínimo y así ir subiendo el volumen de la radio sin preocuparte de la ganancia del OP-AMP.

Aquí os dejo otro vídeo donde podéis ver el efecto de ganancia del preamplificador en su función final, todo el diseño es para lograr que la tele portátil que se ve en la imagen se pueda escuchar en los altavoces que se ven, al principio con la ganancia a 0 no se oye apenas nada, pero después a medida que subimos la ganancia podemos apreciar el efecto en el volumen del audio.

Cualquier cosa que se te ocurra, ponme un comentario.

La utilidad final del invento.

Written by cuningan

9 noviembre, 2011 a 11:50

34 comentarios

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  1. le queria preguntar, ¿si es q conoce o me recomendaria algun/os libro/s que hable sobre amplificadores operacionales ,la parte que me interesa a mi es la de calculo y diseño.? tan solo quiero aprender algo sobre como diseñar mi propio preamplificador o como medir las impedancias de entradas y salidas en sistems de audio..saludos atte

    fg

    16 enero, 2018 at 19:40

  2. Estimado, son muy buenos y didácticos tus análisis de circuitos. Muchas Gracias

    Alejandro

    19 abril, 2017 at 14:47

  3. Hola buenas, la verdad que estoy interesado en montar este pre y que me funcione bien, mi primer intento no funcionó. O está confuso o hay algo que no entiendo bien…

    Creo entender que los capacitores C1 a C6 son electrolíticos no polarizados, también he visto lo que han comentado sobre las patas 9 y 10 repetidas, pero encuentro diferencias entre el esquemático, los componentes y el Layout…

    Por ejemplo, en el esquemático están puenteadas las patas 1-2 (U1A) y 6–7 (U1B). En cambio en el Layout están puenteadas 6-7 y 8-9, porque según la disposición de componentes tienes la pata 1 del LM324 apuntando hacia el J3 (audio OUT).

    Estaría bien, aunque sea, corregir el esquemático de esta publicación para tener todo más claro, después que cada uno aplique sus conocimientos para realizar la PCB con el método que más le convenga.

    Sería de gran ayuda si me puedes despejar mis dudas. Gracias, un saludo.

    Edu

    25 agosto, 2014 at 15:10

  4. este circuito es lo que estaba buscando , aunque lo voy a reformar una partew para hacerlo rectificador de audio y la otra como pre , en la revista Saber Electronica hay un circuito con impreso para hacer una consola mezcladora, y usa lm324 , entren a la pagina y vean en la parte circuitos ,

    Vladimir Sacha Spergoff

    28 enero, 2014 at 20:59

  5. en la revista Saber Electronica hay un circuito con impreso para hacer una consola mezcladora, y usa lm324 , entren a la pagina y vean en la parte circuitos

    Vladimir Sacha Spergoff

    28 enero, 2014 at 20:48

  6. que es esto y que funcion cumple
    quisiera que me ayudes a buscar un proyecto buen con el c.i. 741 o el lm 324 algo novedoso por favor una una ayudita gracias

    luis

    20 noviembre, 2013 at 14:34

  7. donde puedo conseguir el programa proteus?
    espero la respuesta

    diego

    16 noviembre, 2013 at 12:23

  8. Hey.
    He tenido problemas con el seguidor de voltaje para una señal en DC proveniente de un sensor.
    Pasa que cuando la señal cae por debajo de 1.8 volts a la entrada, a la salida siguen saliendo 1.8 volts.
    ¿Es problema de saturación?
    ¿Tendrás alguna sugerencia?

    Estoy usando también el LM324 con una fuente de 8 volts.

    Gracias

    Elsenor

    26 junio, 2013 at 2:42

    • Muy bien diagnosticado, en efecto el problema es que llega al límite por abajo del chip y no baja más, es raro pero eso parece, prueba otro chip porque me parece demasiado alto, normalmente debería ser unos 0,2 voltios el nivel de saturación por debajo.

      cuningan

      26 junio, 2013 at 5:53

      • Ahh ok, pues dispongo de varios pero no obtengo algo aceptable.
        ¿Sabrás de algún (os) integrado (s) que tengan un mejor desempeño para esta tarea?

        Elsenor

        27 junio, 2013 at 5:36

    • Si tu señal es pequeña en voltios puedes hacer una tierra falsa y alimentar el chip con -4 y +4, yo no lo he probado pero se debería poder hacer.

      cuningan

      26 junio, 2013 at 5:54

      • Sí, pequeña en volts, y además la aplicación no requiere que el OPAMP disipe mucha potencia.
        Lo estuve pensando y mi idea es usar otro opamp como amplificador inversor y con esa salida “alimentar” la tierra del seguidor de voltajes. Lo implementaré y les cuento cómo me fue.

        ¡Gracias!

        Elsenor

        27 junio, 2013 at 5:38

      • Se puede

        Pepe

        8 abril, 2016 at 13:07

  9. Puedo hacer una pregunta relacionada?
    Compre unos monitores de estudio que tienen inpedancia de entrada en 10k ohms, y tengo una paca de audio cuya salida es de 200 ohm.
    Tendre algun problema al conectar los parlantes? puedo quemarlos? tengo q adaptar la impedancia?
    el equipo es caro y no quiero hacer macanas asique agradecere cualquier ayudin q me puedan dar para orientarme

    Saludos a todos!!

    Leandro Gimenez

    4 junio, 2013 at 18:04

    • Primero una consulta, ¿ Por monitores te refieres a altavoces?, si tienen 10k de entrada sera que son activos , y la placa de audio de salida 200 ohm sera antigua, me suena que es un previo o algo asi no?

      cuningan

      5 junio, 2013 at 14:14

  10. amigo quiero saber cuales son todos los materiales que necesitare para esto! Xq soy principiante y no conzco los nombres de estos elementos! Y graciass amigo eres excelente en esto!

    miguel

    16 mayo, 2013 at 11:02

  11. Hola: recorriendo la web encontré con este proyecto, y tengo interés en armarlo, pero viendo el esquema veo que hay dos patas del integrado marcadas como 9, y dos marcadas como 10, y me pone en duda al revisar el PCB ¿alguien me lo puede aclarar?

    Fabio

    21 enero, 2013 at 3:12

    • Efectivamente es una errata, si te descargas la hoja de datos del chip veras que solo te queda un op-amo libre y a ese es donde debes conectar.

      cuningan

      22 enero, 2013 at 10:37

      • OK, Gracias, sigo entonces con el proyecto

        Fabio

        22 enero, 2013 at 23:09

  12. ¿este previo servirá para un microfono dinámico de 600 ohm? Es que estoy buscando esquemas previos que funcionen a 9v .He encontrado algunos bastante simples ,pero ahora he visto el LM324 y me gustaría probar a ver si me sale.jeje

    Arturo

    16 enero, 2013 at 5:04

    • El micrófono dinámico podría funcionar con este esquema, de todas formas ten cuidado de no quemarlo garantizando que no le metes voltaje al microfono, usa un condensador.

      cuningan

      16 enero, 2013 at 11:18

  13. viejo me podria decir a cuantos voltios son los capacitores

    chucho

    29 diciembre, 2012 at 5:15

    • No soy tu viejo y tu pregunta se responde de dos maneras, la primera es que leas antes de preguntar y la segunda es que son condensadores no polarizados así que te da lo mismo.

      cuningan

      16 enero, 2013 at 11:19

  14. hola compañero mi pregunta es: como podria armar un amplificador completo de 1200w: un preamplificador + una etapa de potencia + un amplificador + divisores de frecuencia (crossover), que secuencia llevan para su colocacion, esto es en etapas de 200w para salida a bocinas = 200w+200w+200w =600w….200w+200w+200w=600w =total1200w. te pido tu ayuda tengo un diagrama por separado esto es con CI gracias rosanjor@hotmail.com

    ruperto

    24 diciembre, 2012 at 1:37

    • ¿tu te crees que trabajo en Pioneer?

      cuningan

      24 diciembre, 2012 at 14:33

    • No entiendo muy bien la forma en que planteas la potencia, creo que te refieres a 200 W por altos, medios y bajos, los diagramas que yo he visto manejan una etapa de amplificación independiente (a mi parecer es lo mejor para distribuir la disipación de potencia) por ejemplo este: http://construyasuvideorockola.com/proy_amp400w2.php , ahora que si quieres mantener toda la potencia en un sola etapa y distribuirla con un crossover pues una opción son los amplificadores de clase D ( IRS2092) checa la hoja de datos del IC y ahí encontraras un circuito completo (sin fuente de alimentación) para un amplificador de clase D de 500 W. El problema que yo veo es que necesitas un crossover adecuado para que soporte toda la potencia que mencionas.

      Saludos.

      tejonbikeronbiker

      29 diciembre, 2012 at 4:32

  15. Me parese interesante

    julio cesar lopez

    22 diciembre, 2012 at 15:54

  16. Hola, no se como te llamas, yo me llamo Ricardo.
    Se puede mejorar el sistema usando en LM833 en vez del LM324?
    Este último es un A.O. de uso general con una respuesta en frecuencia bastante mediocre.
    Enhorabuena por la explicación.

    Ricardo

    RickyThevi

    5 julio, 2012 at 13:50

    • Con que a 20Khz responda bien dará igual, pero claro a más calidad el Op Amp mejor todo.

      cuningan

      7 julio, 2012 at 16:29

  17. Cual es la lista de materiales?

    Andres

    2 julio, 2012 at 20:33

  18. La definición mas entendible y corta que he encontrado acerca de impedancia es la siguiente: La impedancia es la forma mas general de la resistencia, es la suma de la resistencia propia del material que observan los portadores de carga y la resistencia originada por los cambios de campos eléctricos y magnéticos. Si lo se no es una definición muy sencilla pero creo que es un buen equilibrio entre significado y concepto.

    FedericoRamos

    19 junio, 2012 at 20:37


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