Amplificadores de audio

Preamplificador de micrófono inversor de ultra bajo ruido NE5532

Preamplificador de audio inversor de ultra bajo ruido monocanal basado en el amplificador operacional Texas Instruments NE5532, con ganancia de +33.4 dB en bucle cerrado, bloqueo de CC de entrada y compensación de fase de alta frecuencia.

Ganancia de CA en bucle cerrado (Av)
-47 V/V (+33.44 dB, inversión de fase de 180°)
Componentes
9
Fórmulas
4
Trampas
4
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Mesa de trabajo del esquema

NE5532 Dual Low-Noise Inverting Microphone PreamplifierExported from CircuitBaseMIC_IN+C110µFR11kΩU1ANE5532PR247kΩC247pFR31kΩ+C310µFGNDGNDR447Ω+C610µFAUDIO_OUT+15V-15V

Resumen del circuito

Ganancia de CA en bucle cerrado (Av)
-47 V/V (+33.44 dB, inversión de fase de 180°)
Componentes
9
Fórmulas
4
Trampas
4

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Resumen del circuito

Este preamplificador implementa una etapa de ganancia de audio de ultra bajo ruido optimizada para micrófonos dinámicos de baja impedancia (150 Ω a 600 Ω) utilizando el amplificador operacional Texas Instruments NE5532 (hoja de datos SLOS075K). Alimentado desde raíles simétricos de ±15 V, el circuito opera en configuración inversora con una ganancia de tensión en bucle cerrado Av = -RF / RI = -47 kΩ / 1 kΩ = -47 V/V (+33.44 dB, inversión de fase de 180°). El ajuste de la resistencia de entrada R1 en 1 kΩ se adapta a las cápsulas dinámicas de micrófono y suprime la contribución de la corriente de ruido de entrada del amplificador operacional (0.7 pA/√Hz). El condensador de bloqueo de CC de entrada C1 (10 µF) forma un corte de paso alto a 15.9 Hz, evitando que corrientes continuas parásitas o de polarización desplacen el nodo sumador interno. El condensador de compensación de fase C2 (47 pF C0G) deriva la resistencia de realimentación R2 por encima de 72 kHz, garantizando una estabilidad incondicional y bloqueando interferencias de RF sin comprometer la fidelidad acústica. La entrada no inversora (pin 3) está referenciada a masa a través de la resistencia de polarización R3 (1 kΩ) para compensar las caídas de tensión por corrientes de polarización, mientras que el condensador C3 (10 µF) proporciona una masa de CA de muy bajo ruido. La resistencia serie R4 (47 Ω) aísla la salida de la carga capacitiva de los cables, y el condensador de salida C6 (10 µF) garantiza una entrega limpia a nivel de línea libre de componente continua.

Especificaciones técnicas clave

Ganancia de CA en bucle cerrado (Av)-47 V/V (+33.44 dB, inversión de fase de 180°)
Resistencia de entrada (RI / R1)1 kΩ, 1%, 0.125 W, película metálica
Resistencia de realimentación (RF / R2)47 kΩ, 1%, 0.125 W, película metálica
Respuesta en frecuencia (-3 dB)15.9 Hz a 72.0 kHz
Tensión de ruido de entrada equivalente≈ 6.5 nV/√Hz total (5.0 nV/√Hz banda ancha del AO)
Raíles de alimentación (V+ / V-)±15 V simétricos regulados (±3 V a ±20 V)
Impedancia de entrada (ZIN)1 kΩ (fijada por R1 en nodo de masa virtual)
Capacidad de salidaHasta ±38 mA de cortocircuito, excita cargas de 600 Ω

Principio de funcionamiento y análisis teórico

01

Raíles de alimentación duales simétricos y rango dinámico

El amplificador operacional NE5532 se alimenta desde raíles regulados simétricos de ±15 V (+15 V en el pin 8, -15 V en el pin 4). Estos raíles divididos permiten a la etapa de salida interna de Clase AB entregar oscilaciones de audio de CA simétricas de hasta ±13.5 V de pico a pico sobre cargas estándar sin requerir polarización de punto medio. La alimentación simétrica elimina la distorsión de cruce por cero y mantiene un rango dinámico superior a 110 dB.

02

Nodo sumador de masa virtual y ganancia inversora

La entrada no inversora (pin 3) se mantiene a un potencial de 0 V CC respecto a masa. Dado que el NE5532 exhibe una elevada ganancia de tensión en bucle abierto (A_OL ≈ 100 dB) y un ancho de banda de 10 MHz, la realimentación negativa obliga al terminal inversor (pin 2) a igualar el pin 3, creando un nodo de masa virtual ideal a 0 V. La corriente de señal del micrófono fluye a través de la resistencia de entrada R1 (1 kΩ) directamente hacia la red de realimentación. La ganancia de tensión de CA queda fijada por la relación de resistencias:

FORMULA & CALCULATION
AV = -(RF) / (RI) = -(47 kΩ) / (1 kΩ) = -47 V/V

En decibelios, esto corresponde a 20 \log10(47) ≈ +33.44 dB de ganancia lineal con inversión de fase de 180°.

03

Acoplamiento de CA y corte en baja frecuencia

La corriente continua del transductor de entrada queda bloqueada por el condensador en serie C1 (10 µF). Junto con la resistencia de entrada R1 (1 kΩ), el condensador C1 establece una respuesta de filtro paso alto de un polo con una frecuencia de corte a -3 dB:

FORMULA & CALCULATION
fL = (1) / (2\pi × RI × C1) = (1) / (2\pi × 1000\,Ω × 10 × 10^(-6) F) ≈ 15.9 Hz

Este corte transmite el espectro de graves audible completo por encima de 20 Hz con una atenuación inferior a 0.8 dB y rechaza las vibraciones mecánicas infrasónicas de manipulación.

04

Compensación de fase ultrasónica y limitación de ancho de banda

En paralelo con la resistencia de realimentación R2, el condensador cerámico C2 (47 pF C0G) introduce un cero que atenúa la ganancia por encima del rango audible:

FORMULA & CALCULATION
fH = (1) / (2\pi × RF × CF) = (1) / (2\pi × 47000\,Ω × 47 × 10^(-12) F) ≈ 72.0 kHz

La limitación de la ganancia en alta frecuencia evita que las interferencias de RF procedentes de transmisores móviles y fuentes conmutadas entren en el bucle de realimentación, preservando un margen de fase amplio y asegurando estabilidad incondicional.

05

Ecualización de polarización de entrada y aislamiento del cable

La etapa de entrada bipolar del NE5532 absorbe corrientes de polarización de entrada (I_B ≈ 200 nA típica) por ambas bases diferenciales. La resistencia R3 (1 kΩ) en la entrada no inversora compensa la resistencia de fuente de CC vista por el nodo inversor (R1 || R2 ≈ 980 Ω), cancelando la deriva de tensión de compensación. El condensador C3 (10 µF) deriva el ruido térmico de R3 a masa para frecuencias audibles (> 16 Hz). En la salida, la resistencia de aislamiento R4 (47 Ω) amortigua la reactancia capacitiva del cable de interconexión, evitando oscilaciones parásitas, mientras que el condensador C6 (10 µF) entrega una señal de audio aislada en CC.

Ecuaciones y fórmulas de cálculo de diseño

Ganancia de tensión de CA inversora en bucle cerrado

AV = − RFRI

Calcula la magnitud de ganancia de tensión en bucle cerrado y la inversión de fase fijadas por la relación de resistencias.

SímboloParámetroValor típico
AVGanancia de tensión en bucle cerrado-47V/V
RFResistencia de realimentación47kΩ
RIResistencia serie de entrada1kΩ

Frecuencia de corte paso alto a -3 dB en baja frecuencia

fL = 12π · RI · C1

Calcula la frecuencia de corte paso alto establecida por el condensador de desacoplo C1 y la resistencia R1.

SímboloParámetroValor típico
fLFrecuencia de corte a -3 dB15.9Hz
RIResistencia serie de entrada1kΩ
C1Condensador de acoplo de entrada10µF

Frecuencia de corte paso bajo a -3 dB en alta frecuencia

fH = 12π · RF · CF

Calcula el polo de corte superior formado por el condensador C2 en paralelo con la resistencia R2.

SímboloParámetroValor típico
fHFrecuencia de corte superior a -3 dB72.0kHz
RFResistencia de realimentación47kΩ
CFCondensador de compensación de realimentación47pF

Tensión de ruido de entrada equivalente total

en(total) = \sqrt{en(amp)2 + 4 kB T RI + (in RI)2}

Calcula la densidad de ruido de entrada total considerando el ruido de tensión del AO, el ruido Johnson y la corriente de ruido.

SímboloParámetroValor típico
en(total)Densidad total de ruido de entrada6.5nV/√Hz
en(amp)Ruido de tensión de banda ancha del NE55325.0nV/√Hz
RIResistencia de la fuente de entrada1.0kΩ
inCorriente de ruido de entrada del NE55320.7pA/√Hz

Lista de materiales (BOM)

Todas las piezas necesarias para montar este circuito. Selecciona una referencia para inspeccionarla en el esquema.

Ref.ComponenteValorEncapsuladoFunción en el circuitoReferencia
Amplificador operacional de audio dual de bajo ruido y alta velocidad

Texas Instruments NE5532P, SLOS075K Rev. K; Patilla 1 OUT1, Patilla 2 IN1-, Patilla 3 IN1+, Patilla 4 V- (-15V), Patilla 8 V+ (+15V).

NE5532PPDIP-8Etapa preamplificadora inversora de micrófono (Canal A utilizado)Amplificador operacional de audio dual de bajo ruido y alta velocidad: pinout y hoja de datos
Resistencia serie de entrada

Resistencia de película metálica de 1 kΩ, 1%, 0.125 W. Fija la impedancia de entrada en 1 kΩ para minimizar el ruido térmico.

1kΩAxial / 0805Escalado de la señal de entrada y fijación de impedancia—
Resistencia de realimentación de bucle cerrado

Resistencia de película metálica de 47 kΩ, 1%, 0.125 W. Establece la ganancia de CA en Av = -47 V/V (+33.4 dB).

47kΩAxial / 0805Fijación de la ganancia de tensión en bucle cerrado—
Resistencia de polarización de entrada no inversora

Resistencia de película metálica de 1 kΩ, 1%, 0.125 W. Equilibra la resistencia de fuente de CC vista por las entradas diferenciales.

1kΩAxial / 0805Compensación de tensión por corrientes de polarización de entrada—
Resistencia de aislamiento para cable de salida

Resistencia de película metálica de 47 Ω, 1%, 0.125 W. Evita la pérdida de margen de fase y la oscilación por capacitancia del cable.

47ΩAxial / 0805Aislamiento de la carga capacitiva del cable—
Condensador de acoplamiento de CA de entrada

Condensador electrolítico de aluminio o bipolar de 10 µF, 50 V. Fija el corte paso alto a 15.9 Hz junto con R1.

10µFRadial / 1206Bloqueo de componente continua de entrada—
Condensador de compensación de fase de realimentación

Condensador cerámico C0G/NP0 de 47 pF, 50 V. Forma un corte paso bajo a 72 kHz junto con R2.

47pF0805 / RadialSupresión de RF de alta frecuencia y estabilidad de bucle—
Condensador de desacoplo de ruido de polarización no inversora

Condensador electrolítico de aluminio de 10 µF, 50 V. Deriva el ruido Johnson de R3 a masa en frecuencias audibles.

10µFRadial / 1206Puesta a masa en CA del nodo de polarización no inversor—
Condensador de acoplamiento de CA de salida

Condensador electrolítico de aluminio o bipolar de 10 µF, 50 V. Bloquea la tensión de compensación residual de CC hacia equipos externos.

10µFRadial / 1206Bloqueo de componente continua de salida—

Aplicaciones prácticas y casos de uso

Preamplificación de micrófonos dinámicos en estudio y sonido en directo (150 Ω a 600 Ω)
Etapa de ganancia de entrada y suma para mezcladores de audio activos de bajo ruido
Receptor de línea de audio balanceado e interfaz para sensores acústicos de medida
Circuito de referencia educativo de alta fidelidad para amplificadores operacionales bipolares

Trampas críticas de diseño y precauciones de ingeniería

Trampas encontradas en montajes reales, con la solución de cada una.

Crítico

Penalización por ruido con impedancia de fuente excesiva

Dado que el NE5532 tiene una etapa de entrada bipolar con una densidad de corriente de ruido de 0.7 pA/√Hz, el uso de resistencias de fuente o entrada superiores a 10 kΩ genera un ruido de tensión por corriente (i_n · R) que supera el bajo ruido de tensión de 5 nV/√Hz.

Mitigación

Mantenga la resistencia de entrada R1 en 1 kΩ o menos y asegure una impedancia baja del transductor (150 Ω a 600 Ω). Para fuentes de alta impedancia (como pastillas de guitarra > 100 kΩ), use un operacional con entrada JFET como el OPA2134 o TL072.

Advertencia

Inestabilidad de salida por carga capacitiva de cables

Conectar cables apantallados largos o cargas capacitivas de más de 100 pF directamente a la salida del NE5532 crea un polo con la impedancia de salida en bucle abierto del AO (50 a 100 Ω), degradando el margen de fase y provocando oscilaciones de 5 a 15 MHz.

Mitigación

Instale una resistencia de aislamiento serie R4 (47 Ω, película metálica 1%) junto al pin de salida del operacional antes del condensador C6 y el conector del cable.

Advertencia

Conducción de diodos de protección antiparalelo de entrada

La etapa de entrada del NE5532 incorpora diodos antiparalelo internos entre los pines 2 y 3. Ante transitorios intensos o escalones de tensión mayores a ±0.6 V, estos diodos conducen con fuerza, provocando distorsión transitoria y consumo excesivo.

Mitigación

Asegúrese de que el condensador C1 soporte 50 V y controle la amplitud de la señal de entrada. La resistencia de entrada R1 (1 kΩ) limita de forma segura la corriente en sobrecargas.

Crítico

Rizado inductivo de alimentación y degradación del PSRR

Por encima de 100 kHz, el rechazo a las perturbaciones de la fuente (PSRR) del NE5532 cae sustancialmente. Operar con raíles de ±15 V sin condensadores cerámicos locales provoca diafonía y filtrado de ruido de alta frecuencia a la salida.

Mitigación

Monte condensadores cerámicos de desacoplo de 100 nF X7R directamente entre el pin 8 (V+) y masa, y entre el pin 4 (V-) y masa, a menos de 5 mm de los pines del encapsulado con conexiones de baja inductancia.

Fuentes primarias

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