AMPLIFICADOR MONOFÓNICO DE 250 WATIOS HÍBRIDO
Amplificador complementario
Este amplificador de audio complementario de gran potencia, como su nombre lo indica utiliza transistores NPN y PNP que se complementan entre si. Además por utilizar 4 transistores, (2 positivos y 2 negativos), permite una carga de 4 ohmios. Esto quiere decir que podemos colocarle 2 parlantes en paralelo de 8 ohmios o un parlante de 4 ohmios. Otra de sus grandes virtudes es su baja distorsión armónica y calidad de sonido que lo hace ideal para combinar con el preamplificador de guitarra, el preamplificador de bajo o con el filtro pasa bajos. Si desea hacer un Amplificador estereo de 500W a partir de este amplificador, basta con hacer dos etapas iguales. En este caso deberá hacer dos transformadores, uno para cada etapa, o un transformador del doble de potencia, que pueda alimentar las dos etapas.
Después de leer con detenimiento este articulo, descargue el archivo PDF que está al final y podrá hacer el impreso sobre baquelita mediante la técnica de serigrafía o planchado. Los materiales para este proyecto son relativamente económicos.
Para que el impreso salga al tamaño correcto, recuerde configurar bien su impresora.
Después de tener el circuito impreso sobre baquelita, proceda a colocar todas las resistencias. Como se observa en la fotografía, hay resistencias de diferentes potencias que oscilan entre 1/4W y 5W. En la lista de materiales que esta al final del archivo PDF, está especificado el valor y la potencia de cada una.
Las resistencias se usan básicamente para limitar la corriente en los circuitos. Están compuestas de materiales conductores y resistivos, con la proporción adecuada entre uno y otro, para lograr los valores deseados de resistencia.
En los amplificadores, una cosa muy diferente es la potencia y otra la ganancia.
Potencia: es la capacidad del amplificador para aumentar el nivel de una señal, mediante, el incremento de la amplitud de la señal de entrada, utilizando corrientes de polarización (voltaje negativo, voltaje positivo) que es sumada a la señal original, mediante transistores o circuitos integrados.
Ganancia: es la sensitividad a la señal de entrada y esta se gradúa mediante un divisor de voltaje, formado por dos resistencias, tomando una muestra de la salida y de la entrada.
En este caso usamos una resistencia de 33K que va de la salida y a su vez está en serie con una resistencia de 1K a la entrada no inversora del TL071. La división de la resistencia de 33K, entre la de 1K, da como resultado una ganancia de 33. Si al conectar el amplificador sin usar un preamplificador, nota un volumen muy bajo, puede subir la resistencia de 33K, hasta 100K. En caso de usar preamplificador no es necesario.
Como el amplificador maneja un voltaje por encima de los +/-60 voltios DC, y el amplificado operacional TL071 sólo soporta hasta +/- 18V DC, es necesario reducir el voltaje, utilizando un par de diodos zener de 15V, con su respectiva resistencia de polarización (RZ). La resistencia para el zener se calcula así:
RZ = Vt – Vc / Ic
Resistencia de polarización = voltaje total, menos el voltaje de consumo del zener, dividido entre los amperios de consumo del zener. Entonces tenemos que:
60V – 15V = 45V/0.02A = 2250 ohmios.
En este caso probamos con una de 2.2K, pero se calentaba demasiado. Entonces la subimos a 3.9K y funcionó a la perfección.
El diodo 1N4148, de encapsulado en vidrio, es de tipo SMD, se trata de un diodo que puede conmutar a alta velocidad, entre los estados de alta impedancia y baja impedancia (4 nanosegundos). En este caso estos diodos forman parte de un circuito de protección de las salidas. Por eso se usan de respuesta rápida. Observe que el diodo tiene una banda negra que rodea el terminal negativo o cátodo, para poder diferenciarlo del positivo o ánodo.
Como vemos el título de nuestro proyecto es Amplificador Híbrido. Esto quiere decir que es una combinación entre integrados y transistores. En este caso la parte de pre-excitación de los transistores impulsores la hace un amplificador operacional TL071.
Colocamos una base de 8 pines para integrado, que se encargará de albergar el circuito integrado TL071. Aunque no es indispensable usar esta base, es recomendable colocarla. Si usted requiere cambiar el integrado, por avería o cualquier otra razón, podrá hacerlo de manera rápida y sin maltratar las pistas, ya que desoldar un integrado, no es tarea fácil.
Las resistencia de 0.22 ohmios a 5W, van entre el emisor de los transistores de salida y la salida. Estas resistencias cerámicas protegen los emisores de los transistores de salida. La impedancia de estas resistencias debe ser menor a la impedancia del parlante, en este caso 0.22 ohmios. Se utilizan para absorber transientes* que se produzcan entre los transistores complementarios. Además estas resistencias funcionan como un fusible de protección.
*Un transiente es una señal o forma de onda que inicia en una amplitud cero.
Coloque los condensadores de poliéster. Estos no tienen polaridad.
Un condensador esta formado por dos placas separadas por un aislante llamado dieléctrico. La principal función de los condensadores es la de almacenar energía eléctrica en forma temporal. Los condensadores de poliéster son más precisos que los condensadores cerámicos y soportan voltaje de 100 voltios en adelante.
Todos los condensadores de poliéster para este circuito son de 100V. Si por alguna razón no consigue de este voltaje, puede colocar condensadores de poliéster de más voltaje, lo importante es que estén por encima del voltaje de trabajo del circuito.
Coloque los condensadores electrolíticos, tenga en cuenta la posición dada en la mascara de componentes, que entregamos en el archivo PDF, puesto que estos tienen polaridad y si los coloca al revés puede ser desastroso. El voltaje mínimo a utilizar es de 63 voltios, excepto los dos condensadores de 100 microfaradios, que pueden ser de 50 voltios.
Coloque los condensadores cerámicos. Los condensadores cerámicos comunes soportan voltajes hasta de 50 voltios. Aunque este amplificador trabaja con un voltaje más alto, el punto donde se encuentran estos condensadores no maneja voltajes superiores a los 50V. Se utilizan en circuitos que necesitan alta estabilidad y bajas pérdidas en altas frecuencias.
El principio de elaboración de un condensador cerámico, reside en la metalización de las dos caras del material cerámico. Los valores más comunes en el comercio están entre 1 picofaradio y 470 nanofardios.
Para saber su valor, se usa un código alfanumérico llamado código japonés. La medida picofaradio, equivale a una billonésima de faradio (0.000000000001 F).
Coloque los transistores C2073 y A940. Recuerde instalarlos siguiendo la guía de la mascara de componentes. Estos transistores hacen de “driver” de los transistores de salida, en otras palabras se encargan de excitar los transistores de salida con una señal preamplificada. Por esta razón no necesitan disipador.
Los transistores 2N5401 y 2N5551 usados en múltiples aplicaciones, forman parte de la etapa de protección de la salida. Debe tener cuidado de colocarlos en la posición correcta, mostrada en la máscara de componentes que está en el archivo PDF.
La entrada de señal lleva un conector de 2 pines. Un pin recibe la señal que viene del preamplificador o la señal que proviene directamente del reproductor que vamos a amplificar. El otro pin recibe el polo a tierra o negativo. Recuerde revisar muy bien a la hora de conectar la señal, de no ir a invertir señal y tierra. De No hacer la conexión correcta, no sonará bien y lo que conseguirá es un molesto ruido.
Si va a conectar un reproductor que no tenga su propio control de volumen, puede colocar un potenciómetro con un valor entre 10K y 50K, que deberá ir entre el reproductor y el amplificador.
Colocamos el puente de diodos según el dibujo de la máscara de componentes. Como el amplificador trabaja con fuente dual o simétrica, la función de este puente de diodos es la de separar los semiciclos negativos y los semiciclos positivos, entregando los semiciclos positivos a través de la pata marcada con un mas (+), y los semiciclos negativos a través de la pata marcada con un menos (-). El valor del puente de diodos es de 10 amperios. Si piensa manejar más corriente, puede colocar un puente de más amperaje.
Coloque los transistores 2SC3858 (NPN) y los transistores 2SA1494 (PNP). Como se aprecia en la fotografía, fueron dobladas las patas hacia delante, para soldarlos por la parte inferior de la tarjeta. Esto se hace cuando el disipador es horizontal. Si va a usar un disipador vertical, no es necesario hacer este procedimiento.
Estos transistores se encuentran en disposición complementaria. Esto quiere decir que los 2SC3858 reproducen el ciclo positivo de la onda y los 2SA1494 se encargan del ciclo negativo.
Observe la forma correcta de colocar los transistores de salida. Estos no deben tocar las pistas de cobre del circuito impreso y la soldadura debe ser impecable.
Para ver más grande la foto, de clic sobre esta.
Coloque los condensadores de 6800 microfaradios a 63 voltios de la fuente de poder.
Es importante anotar que al momento que los condensadores de la fuente rectifican la corriente procedente del puente de diodos, se eleva el voltaje en 1.4141 veces. Es decir; para alimentar un circuito de 63V DC, Debemos saber que:
El transformador debe entregar un voltaje de unos 46 voltios AC. Este voltaje al ser rectificado por la fuente, se convierte en 65 voltios DC, le restamos los 2 voltios que consume el puente de diodos, nos da 63 voltios, menos 1 voltio de pérdida por la carga, obtendremos los 62 voltios requeridos por este amplificador.
Aquí podemos ver la tarjeta terminada, con todos sus componentes correctamente colocados. Aunque este parece un circuito sencillo, realmente no lo es. Por eso nuestra recomendación es para las personas que están iniciando en el mundo de la electrónica, comiencen por un amplificador más sencillo, como el amplificador de 30W. Además no olviden leer nuestra sección de Recomendaciones, que contiene muchos “tips” que le ayudarán a tener éxito a la hora de encaminarse con cualquiera de nuestros proyectos.
El disipador de aluminio es indispensable para el funcionamiento de todo amplificador. La falta de éste, hará que se quemen los transistores de salida al momento de encender el amplificador. En este caso usamos un disipador reciclado de gran tamaño. Si no consigue un disipador como este, puede usar ángulo de aluminio de 3 pulgadas por 1/8 de pulgada, con un cabezal 744 para hacer las aletas de enfriamiento.
Nota: Es muy importante aislar los transistores con aislantes de mica, ya que los dos transistores 2SC3858 tienen voltaje positivo en su parte posterior y los 2SC1494 tiene voltaje negativo. De no hacer esto, los transistores entrarán en corto y se quemarán al instante de encender el amplificador. También se debe aislar el transistor D669, que se encarga de ajustar las vías.
Aquí se aprecian los transistores ajustados al disipador con tormillos pasantes, arandelas y tuercas. En la parte posterior llevan un pasa muros, que es un pequeño tubo de plástico que aísla el tornillo del disipador. Recuerde apretar muy bien los tornillos, para que el calor se transmita de los transistores al disipador. Utilice grasa siliconada.
Cuando el amplificador se usa con algún preamplificador, se conecta la salida de señal del preamplificador a la entrada de señal del amplificador. Pero cuando se quiere usar el amplificador con respuesta plana (flat), es necesario colocar un potenciometro entre el reproductor y el amplificador.
La manera correcta de colocar un potenciómetro es: la señal que viene del reproductor, va, a la pata 3 (de izquierda a derecha). La pata central del potenciometro, va al amplificador. Y la pata 1 interconecta el tierra del reproductor y del amplificador.
Cuando se usa un preamplificador, este ya trae su propio potenciómetro y no se hace necesario este procedimiento.
El transformador tiene 3 cables; cada extremo marca 46 voltios, con respecto a un TAP central que marca cero, y entre los extremos marca 92 voltios. La corriente debe ser de 6 amperios.
Para la construcción de este transformador, usamos un núcleo de 3.8 centímetros, por 5 cm. En Colombia el voltaje de la red pública es de 115 voltios, por lo tanto al transformador tuvimos que enrollar 254 vueltas de alambre calibre 20 en el devanado primario y 204 vueltas de alambre calibre 15 en el secundario.
Para los países que tiene un voltaje de 220 en la red publica, es necesario dar 486 vueltas en el devanado primario con alambre calibre 23.
Recuerde que este transformador, por tener TAP central, es necesario detenerse a la mitad de vueltas del secundario y soldar un cable de salida, antes de dar la otra mitad de vueltas de alambre o enrollar el alambre en doble y dar sólo 102 vueltas.
Es muy importante que antes de encender este amplificador se hagan las mediciones pertinentes con el multímetro. Primero se debe colocar el multímetro en continuidad y medir tanto la entrada de AC sin conectar el transformador, como la salida a parlante y no debe marcar nada. Luego mida la salida a parlante y tampoco debe marcar nada.
Luego conecte el amplificador a la red pública, usando una serie o nuestro tablero de pruebas. NO LO CONECTE DIRECTAMENTE. Coloque el multímetro en voltaje continuo y mida la salida. Deberá marcar cero (0) voltios. Si esta medición le da correctamente y el bombillo de la serie no prende, entonces es en ese momento que podrá conectar el parlante y una señal para probarlo.
Si no tiene experiencia en ensamblar este tipo de proyectos, le recomendamos hacer un amplificador más sencillo y de menos voltaje antes de hacer este amplificador.
Este amplificador fue probado con 2 parlantes en paralelo de 300 watts a 8 ohmios y 12 pulgadas, dando un buen rendimiento, aunque aconsejamos parlantes de 12 o 15 pulgadas con una potencia de 400W a 500W. Si desea hacer este amplificador estereo de 500W, sólo debe construir dos amplificadores iguales. Esperamos sea de gran utilidad para todos.
Este amplificado de audio solo utiliza cuatro (4) transistores en configuración cuasi-complementaria y puede entregar una potencia de 90 watt.
