Amplificador de Audio de 400W Reales

En fiestas y reunio -

nes en las que asis -

te mucha gente y es

preciso un sistema

de audio eficiente,

se necesita una

etapa de potencia

elevada con buen

rendimiento y poca

distorsión. En luga -

res cerrados, algu -

nas estimaciones

preliminares pue -

den determinar que

dicha etapa debe

ser capaz de prove -

er de 0,5W a 1W de

salida por cada per -

sona que asiste a un

evento y siempre

que los bafles se

coloquen en forma

adecuada. Claro

está que las dimen -

siones del lugar tie -

nen mucho que ver pero a rasgos

generales podemos tomar esta

regla. En este artículo presentamos

tres etapas de potencia y un pream -

plificador que puede ser empleado

en cualquiera de ellas. Las tres con -

figuraciones han mostrado un exce -

lente desempeño y su montaje no

reviste consideraciones especiales.

La construcción de la etapa de

potencia de 400W es la de mayor

potencia ofrecida y con ella es posi -

ble abastecer de sonido a más de

500 personas reunidas para algún

fin en común. Para pequeñas reu -

niones también ofrecemos un ampli -

ficador en base a integrados de

Philips capaz de ofrecer 25W por

canal y si desea un circuito interme -

dio, también puede construir el

amplificador de 60W diseñado por el

Ing. Picerno y que también reprodu -

cimos en esta nota.

Ing. Horacio Daniel Vallejoe-mail: hvquark@webelectroni -

En esta edición:Amplificadores de Audio

Amplificador de Audio de 400W Reales

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Amplificador Estéreo de 25W porCanal

En base a sugerencias de Philips,proponemos el armado de un amplifi-cador de audio de alta potencia y exce-lentes características de bajo costo yfácil montaje. Nuestro equipo es capazde proveer una potencia real de salidasuperior a 25W por canal (100W depico en una versión estéreo) con el usode un solo circuito integrado (porcanal) y un transistor en la etapa ecua-lizadora. El amplificador es de exce-lente desempeño y requiere pocoscomponentes externos.

Para una versión estereofónica,con la cual se conseguiría una potenciatotal de 50W, el costo del circuito elec-trónico completo (sin gabinete ni acce-sorios), no supera los 40 dólares inclu-yendo la fuente y el ecualizador pro-puesto.

En líneas generales podemos des-cribir nuestro amplificador estéreo concircuitos integrados de la siguienteforma:

Partiendo de un integrado TDA1510, que contiene, en su interior, dosamplificadores independientes (figura1), hacemos su conexión en puente ycon esto cuadruplicamos la potenciatotal del sistema. Así, si cada amplifi-cador proporciona en verdad 12,5W,con el montaje en puente obtenemos25W, lo que corresponde a un total de50W para el amplificador en versiónestereofónica, lo que significa más de70W musicales y casi 120W de pico.

La entrada de este amplificadorposee un ecualizador con control devolumen, graves y agudos, del tipoactivo con un transistor, lo que permitetrabajar con señales de baja intensidad,como las provenientes de cápsulasfonocaptoras o sistemas de CD, ade-más de las señales de mayor intensi-dad, como las provenientes de mixers,tape-decks o sintonizadores de AM yFM.

La salida es de 4Ω, lo que permitela conexión de baffles comunes tantode esta impedancia como también de8Ω.

Si bien el TDA 1510 puede operarcon 2Ω, caso en que inclusive supotencia aumentaría, por medida deseguridad para garantizar mayor dura-bilidad del aparato, no recomendamossu uso.

Una característica importante delaparato es su tamaño bastante reduci-do, lo que además de facilitar su mon-taje permite obtener un aspecto muyagradable, principalmente si el lector

es habilidoso en la confección de gabi-netes acústicos adecuados.

Debemos observar el reducidonúmero de componentes externos, loque hace bastante accesible el montaje,incluso a los lectores que todavía no seconsideran maestros en electrónica.

Si al lector realmente le gustan losaparatos de audio y está sintiendo lafalta de uno en su casa.

En el interior de la cubierta delTD1510 existen dos amplificadoresindependientes que pueden proporcio-nar 12,5W de potencia en cargas de 2Ωy que admiten tensiones de alimenta-ción situadas entre 9 y 18V.

Podemos conectar dos amplifica-dores en puente y, en este caso, obtene-mos con carga de 4Ω, 25W aproxima-damente, y en carga de 2Ω.

Está claro que cada integrado deeste tipo debe ser dotado de un buendisipador de calor y esto ya está pre-visto en su formato. En nuestro casousamos como disipadores, dos trozosrectangulares de aluminio común, pin-tados de negro, con 10 x 5 cm de largoy ancho, y 6 mm de espesor.

Los circuitos internos del T D A1510 son amplificadores en clase Bque pueden ser usados en la excitaciónde cargas hasta 16Ω. Cada uno puedeoperar como para estéreo o mono enpuente (BTL). Vienen en cubierta plás-tica SIL de 13 pins con los pins dobla-dos para el formato DIL.

Otro circuito integrado de la fami-lia TDA 1510 de Philips, es el TDA1515A, el cual posee mejores caracte-rísticas y del que se puede obtener unamayor potencia de salida. Entre lascaracterísticas más notables podemosnombrar:

* Baja tensión de offset en la sali -da (menor de 50mV), importante parala configuración en puente (BTL)

* Ganancia de tensión en la bandade 32dB a 56dB en la configuraciónBTL y de 26 a 50dB en la configura -ción estéreo (14,4V de alimentación y4 ohm de carga).

* Excelente rechazo de "ripple"(50dB para 1kHz, Rs = 0 ohm).

* Deriva de carga y protecciónSOAR.

* Protección contra cortocircuitoentre la salida y la tierra.

* Protección contra deriva térmi -ca.

* Banda de operación internamen -te limitada para rechazo de interferen -cias de alta frecuencia.

* Baja corriente de reposo (menorque 2mA) de modo de simplificar la

conmutación.* Pocos componentes externos

necesarios.* Corriente de "stand-by" (repaso)

e x t remadamente baja (100µA) quepermite su conmutación vía circuitosTTL.

* Salidas protegidas contra corto -circuitos AC y DC en relación a la tie -rra.

* Protección para el parlante en laconfiguración TTL.

* Salidas protegidas contra corto -circuitos en relación a la tierra para laconfiguración BTL.

* Protección contra inversión de lapolaridad de la alimentación.

Para una distorsión total máximade 10% tenemos en la tabla 1 las carac-terísticas obtenidas con alimentación ycargas diferentes.

Ahora bien, un sistema amplifica-dor estereofónico no podría ser consi-derado completo si no poseyera controlde volumen y de tono activo. El siste-ma que proponemos a los aficionadosse muestra en la figura 1.

Se trata de un ecualizador con untransistor como elemento activo.Según la posición de los controles (gra-ves y agudos) se dosifica la realimenta-ción del circuito en frecuencias altas obajas, obteniéndose con esto un refuer-zo o atenuación de graves y agudos.Con los potenciómetros en las posicio-nes medias no tenemos ni refuerzo niatenuación de graves y agudos y, por lotanto, la señal de entrada es reproduci-da según su forma original. Con elajuste de los potenciómetros se puede,entonces, ecualizar la señal de acuerdocon el gusto de cada uno, atenuando oreforzando los graves y agudos.

En la figura 2 se da el circuitocompleto de nuestro amplificador en laversión monoaural. Evidentemente,para construir un amplificador estereo-fónico se deben armar dos plaquetasunidas solamente por el control debalance.

Para su construcción se requiereuna placa de circuito impreso, la cual aveces resulta crítica, especialmente porla distribución de las masas, dado quede no ser la adecuada, se podrían tenerzumbidos e interferencias.

Vea que incluso algunos puntos,que puedan parecer extraños a los lec-tores, son justificados por esta sensibi-lidad a los zumbidos y realimentación.Es el caso del capacitor C19, que escolocado junto al integrado para evitarcualquier realimentación.

Con la excepción de las fuentes de

alimentación, conectores de entrada ysalida, interruptor general y fusible,todos los controles y componentes sonmontados en esta placa, la cual sereproduce en la figura 3. Con esto seevitan las conexiones largas, y laspocas necesarias deben ser cuidadosa-mente blindadas.

Vea que hasta incluso los controlesformados por los potenciómetrosdeben ser dotados de un blindaje espe-cial. Esto se hace como muestra eldiseño de la placa, con la conexión deun cable de tierra común de la placa alcuerpo de uno de los potenciómetros.

Si no se toman todas las precaucio-nes, se puede obtener mucho zumbidoen el parlante cuando se abre el controlde volumen y hasta incluso con volu-men mínimo.

El integrado usado es relativamen-te común en nuestro mercado, no ofre-ciendo dificultades para conseguirlo.

Solamente el disipador debe serobtenido a partir de fuentes tal vezpoco comunes, como por ejemploaprovechando un laminado de alumi-nio o incluso una caja. Para los demáscomponentes las dificultades son míni-mas, pues son todos comunes. El trans-formador usado para la etapa de poten-cia proporciona una tensión de 6+6V,con toma central (no usada), de dondecon la rectificación en onda completase obtienen cerca de 16V de pico. Lacorriente de 5A es importante para quese garantice la potencia máxima delsistema en la versión estéreo. De másestá decir que si desea armar un ampli-ficador monoaural, será suficiente untransformador de 3A. También, sepuede utilizar un transformador de 12+ 12V con la rectificación con dos dio-dos solamente, o un transformador de12V con rectificación de onda comple-ta.

2 // Club SE // Amplificador de Audio de 400W Reales

Si desea realizar consultas u observaciones sobre esta revista técnica diríjase por carta a: Club SE, Herrera 761, (1295) Buenos Aires, Argentina, o vía mail a: [email protected]. Todas sus preguntas serán bienvenidas.

FELICES FIESTASEstamos satisfechos con el camino que estamos trazando y nos sentimos orgullosos de que Ud. lo transite

junto a nosotros. Sólo resta agradecerles su apoyo a lo largo de tantos años y desearle que en estas fiestas quese acercan los acompañe la paz y la esperanza con el deseo de que el año que comienza esté plagado de felici-dad en compañía de sus seres queridos. En nombre de todos los que hacemos Club Saber Electrónica lesdeseamos: ¡Felices Fiestas!

La revista del Club Saber Electrónica es editada por EDITORIAL QUARK S.R.L., Herrera 761/63 (1295) Buenos Aires, Argentina, Tel./fax: (005411)4301-8804, Director: Horacio D. Vallejo, Impresión: Impresiones Barracas SRL. Bs. As., Argentina, Edición: Enero 2011. Distribución enArgentina: Capital: Distribuidora Cancellaro e Hijo SH, Gutenberg 3258, Buenos Aires - Interior: Distribuidora Bertrán S.A.C., Av. Vélez Sars-field 1950, Buenos Aires - Distribución en Uruguay: Rodesol SA, Ciudadela 1416, Montevideo. - Distribución en México: Saber InternacionalSA de CV, Cda. Moctezuma Nº2 Esq. Av. de los Maestros Col. Sta. Agueda, Ecatepec de Morelos, México, (0155) 5787-8140 - Distribución enColombia, Venezuela, Ecuador, Perú, Paraguay, Chile y Centroamérica: Solicitar distribuidor al (005411)4301-8804 o por Internet a: www-.webelectronica.com.ar La editorial no se responsabiliza por el contenido del material firmado. Todos los productos o marcas que se mencionanson a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcialdel material contenido en esta publicación, así como la industrialización y/o comercialización de los circuitos o ideas que aparecen en los men-cionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la editorial. ISSN: 1668-6004

TABLA 1

Potencia de salida Tensión de alimentación Impedancia de carga(W) (V) (ohm)

BTL con capacitores de bootstrap (sobretensión)24 14,4 4

Estéreo con capacitores de bootstrap

2 x 7 14,4 42 x 12 14,4 2

Estéreo sin capacitores de bootstrap2 x 6 14,4 4

Figura 1

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Amplificador de Audio de 400W Reales // Club SE // 3

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Como la rectificación es en puente,los diodos precisan soportar solamentela mitad de la corriente de pico, y latensión inversa de pico debe ser de, porlo menos, 50V para mayor seguridad,pero por esta misma razón, es conve-niente utilizar diodos de 5 ó 6A.

Para el filtrado se usan electrolíti-cos de gran valor, con tensiones de tra-bajo de, por lo menos, 16V.

Los demás electrolíticos tambiéndeben tener una tensión mínima de tra-bajo de 16V. Los capacitores cerámi-cos deben ser de buena calidad, espe-cialmente aquéllos por donde pasan lasseñales de audio. Los capacitores conproblemas de calidad pueden causarserios problemas de distorsión. Losresistores, con excepción de R1 de lafuente de alimentación para la etapa depotencia, son todos de 1/8W. R1 es unresistor de alambre de 5W de disipa-

ción mínima, el cual trabajará relativa-mente caliente.

Los potenciómetros lineales ylogarítmicos son de valores comunes,no ofreciendo problemas para suadquisición.

El material complementariodepende del tipo de terminación ahacer, como por ejemplo la caja, lasperillas plásticas para los potencióme-tros, los conectores de entrada y salida,etc.

No incluimos en el proyecto lám-para o led indicador de funcionamien-to, VU u otros recursos, pero basándo-se en otros proyectos de nuestra revis-ta los lectores que lo deseen puedenagregarlos.

Con fines prácticos, recomenda-mos fuentes independientes para elecualizador y la etapa de potencia,dado que para un mejor funcionamien-

to, es necesario una fuente estabilizadaen el ecualizador, debido a que semanejan señales de baja potencia. Enla figura 4 se dan los circuitos eléctri-cos sugeridos para cada caso.

Para el montaje se deben tener encuenta las indicaciones dadas normal-mente sobre el cuidado en la polaridadde los componentes, el uso de un sol-dador apropiado, etc. Después, bastarevisar el montaje y, si no se encuentraninguna irregularidad, sólo resta expe-rimentar. Para la prueba de funciona-miento precisamos de una fuente deseñal que puede ser un reproductor deTV, MP3, etc.

Antes de conectar su amplificador,fije bien el disipador de calor de cadaintegrado. Entre el disipador y el inte-grado debe colocarse un poco de grasasiliconada para facilitar la transferen-cia de calor de uno hacia el otro.

Vea que tenemos dos entradas quepueden usarse para cada canal. La pri-mera (E1) que no tiene el resistor es laentrada de mayor sensibilidad, que seráusada con las fuentes de pequeñasseñales, o sea, cápsulas fonográficas,micrófonos, etc. La segunda (E2) quetiene el resistor de 22kΩ (inclusomayor) es usada con fuentes de señalde mayor intensidad, o sea, aquellasfuentes en que la señal ya está dotadade amplificación, como sintonizadoresde FM, grabadores, tape-decks, radios,etc. El resistor sirve justamente paralimitar la señal, evitando así la satura-ción del circuito y su consiguiente dis-torsión.

Si el lector nota que, con su fuentede señal, al aumentar el volumen elsonido aparece distorsionado, debeaumentar el valor de este resistor R5hasta encontrar el que le permita obte-ner toda la potencia sin distorsión. Confuentes de señal elevadas, este resistorpuede tener hasta más de 100kΩ.

Una vez elegida la entrada deconexión del aparato, según la fuentede señal, deberemos conectar el ampli-ficador. Y si el lector no tiene a manouna fuente de señal y quiere apelar a la"prueba del dedo", esto también esposible. Basta conectar primero elamplificador con el volumen al máxi-mo. No debe haber inicialmente nin-gún sonido en las cajas usadas (sólo elclásico soplido que es señal de lapotencia que está manejando el dispo-sitivo).

Vea que la elección de las cajasacústicas que usará es importante, puesde nada sirve tener un buen aparatoamplificador, si las cajas no están a sualtura.

Los parlantes deben ser pesados,preferiblemente acompañados de twee-ter, y ser capaces de soportar cada uno,por lo menos, 25W de potencia.

Listo para la prueba, el procedi-miento es el siguiente:

a) Conecte inicialmente sólo ela m p l i f i c a d o r, aumentando todo el

volumen de cada canal. No debehaber "ronquido" en los parlan -tes. Si sucede esto, verifique lasconexiones de los cables blinda -dos y los blindajes de los poten -ciómetros. Verifique también silos capacitores de filtrado de lafuente no están malos.

b) Para la prueba del dedoapoye el índice primero en elenchufe de un canal de entraday después en el otro. En el toquedebe producirse la reproducciónde un sonido fuerte. La repro -ducción en cada canal debe ocu -

rrir en el mismo nivel (si es que se hadecidido por el montaje estéreo).

c) Si usa cualquier fuente de señal,puede conectarla. Elija una buenaestación de FM, un buen disco o bienuna buena cinta y ajuste el volumen enel punto en que no ocurra distorsión.Verifique la actuación de los controlesde tono. Si nota distorsión en los volú -menes elevados con fuentes de señal dealta intensidad, entonces aumente R5.

Si la señal de la fuente no fuerasuficiente para excitar el amplificadora su máxima potencia entonces serápreciso usar un buen preamplificador.Esto ocurrirá por ejemplo si usa unmicrófono dinámico o una cápsulamagnética de baja impedancia.

Si percibe alguna anormalidad,comience verificando si la tensión de lafuente está correcta. En C19 debehaber una tensión superior a 12V. Si latensión estuviera más baja, entonces elproblema puede estar en el transforma-dor cuyas especificaciones no están deacuerdo, en la conexión de los diodos,o bien en R1 de la fuente de la etapa depotencia que puede estar abierto o convalor diferente del exigido.

Si no hubiera ninguna señal en elparlante, experimente inyectandodirectamente en el control de volumenuna señal de prueba. Esto puede hacer-se simplemente apoyando el dedo eneste terminal. Si hubiera un "ronqui-do", entonces el problema estará en laetapa de ecualización que debe serverificada. Si no hubiera, el problemapuede estar en el integrado correspon-diente al canal que no funciona y en loscomponentes adyacentes.

Debe recordarse que estamos tra-bajando con un circuito sensible deaudio y que todas las conexiones pordonde pasen señales deben hacerse concables blindados y las mallas conecta-das a un punto común de tierra.

Sin este procedimiento puedenaparecer inestabilidades, "ronquidos" yoscilaciones que perjudicarán el fun-cionamiento del aparato.

Amplificador de 60W Reales de Alta Fidelidad

El amplificador que describiremosfue diseñado por el Ing. Alberto H.Picerno y un informe sobre el mismofue publicado en saber Electrónica Nº182 de la edición Argentina.

Este amplificador está diseñadopara fuente de 35V de doble polaridad,transistores de salida 2N3055 y excita-dores TIP29/30. Pero no es la única

Figura 2

Figura 3

Figura 4

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posibilidad de armado. Si Ud. deseamayor potencia, puede utilizar unafuente de mayor tensión y otros tran-sistores de salida. Sobre esta variantetodos experimentan pero nadie cuentala verdad. Al decir del autor, en lapotencia sexual y en la salida de losamplificadores de audio todos mienten.Nosotros queremos explicar el temadevelando todos los misterios y conuna metodología didáctica.Emplearemos todos los medios dispo-nibles en la actualidad, para que nadiefantasee sobre la probable potencia deun amplificador al cambiarle tal o cualcomponente. Y comenzaremos con uncomponente que se fabrica especial-mente y casi siempre por medios empí-ricos: el disipador.

Si yo le digo que cuando terminede leer este capítulo Ud. va a sabertodo sobre disipadores de aluminio,seguramente no me va a creer. Sinembargo es así. Le explicaremos cómorealizar un cálculo empírico aproxima-do, cómo aprovechar al máximo lalámina de aluminio y cómo medir latemperatura del cristal de los transisto-res de salida. Sí, como lo acaba de leer:la temperatura interna del cristal.

Disipadores de CalorLos transistores de potencia se

calientan tal como lo indica la ley deJoule. La potencia eléctrica que se apli-ca a ellos, se calcula en cada instantecomo el producto de la tensión aplica-da entre el colector y el emisor (o entredrenaje y fuente) por la corriente quelos atraviesa tal como si se tratara desimples resistores.

Al igual que los resistores, los tran-sistores se calientan y su temperaturafinal está perfectamente determinadapor las dimensiones exteriores delcomponente y la resistencia térmica delos materiales que lo componen. En elcaso de un resistor la temperatura solodependerá de su superficie de contactocon el aire circundante, porque el metalpor donde circula la corriente estáprácticamente en la superficie exterior(solo media una pintura térmica o unvitrificado entre el metal y el aire).

El fenómeno físico que se producees muy claro, la corriente y la tensióngeneran calor en el resistor. Ese calorse debe evacuar calentando el aire cir-cundante (convección térmica). Si elresistor tiene una superficie exteriorgrande, genera un gran flujo de aire

tibio (muchos centímetros cúbicos deaire por segundo) y si tiene una peque-ña superficie exterior, genera unpequeño flujo de aire muy caliente(pocos centímetros cúbicos de aire porsegundo). En el primer caso el resistorse mantiene tibio, en el segundo secalienta peligrosamente, pudiendo lle-gar a su temperatura máxima de traba-jo luego de la cual se destruye.

Recuerde este concepto: a mayorpotencia a disipar, más se calienta elcomponente. A mayor superficie exte-rior más se enfría.

¿Se le puede agregar un disipadora un resistor?

Por supuesto que se puede. Enprincipio, todo componente que trans-forme energía eléctrica en térmicaadmite un disipador y muchas veces lorequieren imprescindiblemente para nofundirse. Tal es el caso de los transisto-res de potencia. El fabricante de tran-sistores de potencia los hace con uncuerpo tal que resulte fácil agregarle undisipador. Por lo general tiene una aletao una base de montaje plana por dondepueden transferir el calor a un disipa-dor agregado. Si el disipador estámecánicamente montado sobre el cha-sis y la carcasa exterior del transistorestá galvánicamente conectada alcolector (es lo que se acostumbra ahacer para reducir la resistencia térmi-ca) se deberá utilizar un separador demica o de plástico en la unión. Esteseparador debe ser un buen aisladoreléctrico y un mal aislador térmico.

En donde se diferencian notable-mente un resistor de un transistor es enla máxima temperatura que soportan.Es común que los resistores de carbónsoporten temperaturas de 200°C y losmetálicos 350°C o más, en tanto quelos transistores de silicio sólo soportan150°C. Más allá, el cristal pierde suspropiedades y se licúa.

Una característica importantedesde el punto de vista térmico, esentonces el material semiconductor.Actualmente sólo se fabrican transisto-res de silicio, por lo que una de lasvariables de nuestro problema (la tem-peratura del cristal) está fija en 150°C.Lo que varía notablemente entre untransistor y otro es la resistencia térmi-ca entre el chip de silicio y el disipador

y por supuesto, la resistencia térmicaentre el transistor y el ambiente. Estosdatos son entregados por el fabricantedel transistor o el MOSFET y son demuy sencilla aplicación.

Las resistencias térmicas se suelennombrar con la letra griega Tita “q” (enrealidad la letra se llama teta, pero lasprofesoras de geometría la rebautiza-ron de este modo para evitar las bro-mas de los escolares). Por ejemplo laresistencia térmica entre la juntura y elambiente se denomina qja y la resisten-cia térmica entre la juntura y el disipa-dor se denomina qjd. Así como la resis-tencia eléctrica se mide en Ohm queequivalen a Volt/Ampere (Volt porAmpere) la resistencia térmica se mideen W/°C (Watt por grado Centígrado).

Con un ejemplo se entenderá mejoreste concepto. Si usamos un transistorTIP3055 y una simulación nos indicaque sobre él se disipa una potencia de2W; podemos calcular a qué tempera-tura llegará su cristal si no utilizamosdisipador. De las especificaciones deltransistor observamos que el “qja” esde 36,7°C/W, es decir que si se disipan2W se obtendrá una sobreelevación detemperatura de:

36,7 . 2 = 73,4°C

Esta sobreelevación deberá sumar-se a la temperatura ambiente máximaque deberá soportar el equipo quepuede estimarse en 50°C dando unatemperatura final del cristal de:

73,4 + 50 = 133,4°C

Un cristal a esa temperatura puedefuncionar en forma indefinida sinlicuarse, pero no es conveniente que

trabaje de ese modo. A pesar de que latemperatura de licuefacción es de150°C para el silicio, no es convenien-te llevar al cristal más allá de los 100°Cpara evitar lo que se da en llamar stresso fatiga térmica de los transistores. Enefecto, los ciclos térmicos de encendi-do y apagado producen dilataciones ycontracciones del cristal que está mon-tado sobre una pequeña chapa decobre, soldada a su vez sobre la carca-sa externa o sobre el pequeño disipadordel transistor. Si ese contacto térmicose afloja con las dilataciones y contrac-ciones, el transistor incrementa su qja yse calienta más, acelerando el procesode destrucción.

Al mismo tiempo que cambian lascaracterísticas térmicas pueden cam-biar también las eléctricas porque seincrementan las resistencia de los ter-minales (fundamentalmente la resis-tencia intrínseca de colector).

Observe el lector, que los transisto-res milagrosos no existen; si un buentransistor no tiene un adecuado disipa-dor, sólo puede disipar un par de watt.La elección de los transistores debe seranalizada por su costo ya que se puedeusar un transistor con una resistenciatérmica más elevada combinado con undisipador más grande.

La elección es siempre técnicoeconómica. Verifique bien el precio dela chapa plana de aluminio o del disi-pador de aluminio y el precio de losprobables transistores de salida.Busque las especificaciones de lostransistores en su viejo manual impre-so o por Internet y léalas con atención(sobre todo debe buscar los coeficien-tes o resistencias térmicas; si no sabeleer bien en Inglés no se preocupe,

Amplificador de Audio de 400W Reales// Club SE // 5

Lista de Materiales del

Circuito de la Figura 2

a) Amplificador:

CI-1 - TDA1515 - circuito integrado

Q1 - BC548 - transistor NPN

R1, R2 - 6k8

R3, R7 - 33k

R4 - 4k7

R5 - 22k

R6 - 180k

R8 - 3k9

R9 - 1k

R10, R11, R12, R17 - 100k

R13, R14 - 4R7

R15 - 680

R16 - 22

R18 - 2k2

P3 - 100k- potenciómetro log. simple

C1 - 1µF x 16V - capacitor electrolítico

C2, C3 - 2n2 - capacitores cerámicos

C4 - 47nF - capacitor cerámico

C5, C7 - 47µF x 16V - capacitores electrolíticos

C6 - 220nF - capacitor cerámico

C8, C11, C19 - 100µF x 16V - capacitores elec -

trolíticos

C9, C10, C13 - 100nF - capacitores cerámicos

C12 - 330pF - capacitor cerámico

C14 - 4,7µF x 16V - capacitor electrolítico

PTE - parlante (4 u 8 ohm) para 25W como

mínimo

P1, P2 - 100k - potenciómetros lineales

dobles

b) Fuente de la etapa de potencia:

T1 - transformador con primario de acuerdo

con la red local y secundario de 6+6V x 5A

D1, D2, D3, D4 - 50V x 3A - diodos rectifica -

dores

S1 - interruptor general

C1, C2 - 4700µF x 16V - capacitor electrolítico

C3 - 0,1µF - capacitor cerámico

R1 - 1R x 5W - resistor de alambre

F1 - fusible de 3A

c) Fuente para el ecualizador:

T1 - trafo. con primario de acuerdo con la red

local y secundario de 12+12V x 250mA.

D1, D2, 50V x 1A - diodos rectificadores



R1 - 100

Q - TIP 29 - transistor NPN

Dz - zener de 10,1V x 1W

Varios: disipadores de calor para los integra -

dos (ver texto), perillas para los potencióme -

tros, conectores de entrada, cables blindados,

terminales de salida para los parlantes, placa

de circuito impreso, caja, cable de alimenta -

ción, etc.

Tabla 2: Transistores a utilizar en el amplificador

EXCITADOR EXCITADOR TRANSISTORESPNP NPN SALIDA

2SA 740 2SC 1410 MJ 150012SA 766 2SC 1448 MJ 150032SA 913 2SC 1626 MJ 150152SA 940 2SC 1669 MJ 150242SA 1011 2SC 1683 2SD 1722SA 1111 2SC 1913 2SD 173MJE 15029 MJE 15028 2SD 174MJE 15031 MJE 15030 2SD 1752SB 608 2SC 2073 2SD 1762SB 719 2SC 2167 2SD 2112SB 720 2SC 2168 2SD 2122SB 861 2SC 2344 2SD 727P2SB 1037 2SC 2591 2SD 12132SB 1085 2SD 386 TIP 352SB 1190 2SD 4012SA 490 2SD 402

2SD 7592SD 1138 2SD 15622SC 1089

Figura 5

Figura 6

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observando las unidades puede ubicar-los fácilmente porque todo lo quebusca está en °C/W).

¿Cómo se calcula la resistenciatérmica de un disipador?

Con grandes dosis de conocimien-tos sobre termodinámica. Como elautor se considera un lego en la materiabuscó una forma empírica de resolverel problema y descubrió que el mejormétodo es postular un determinadodisipador, que sea fácil de resolver, oadecuado para la estética del dispositi-vo y medir la temperatura del cristalpara saber si es cercana a 100°C amáxima temperatura ambiente.

En el apartado siguiente le enseña-remos a medir la temperatura del cris-

tal. En lo que queda de éste, le propo-nemos que aprenda algo de termodiná-mica práctica. Para que un disipadorsea eficiente, debe tener una forma talque la relación entre su peso y su super-ficie exterior sea muy alta. Por ejemplolos disipadores aleteados son más efi-cientes que los planos, lo cual es muyfácil de entender porque calientan unvolumen de aire mayor con igual canti-dad de aluminio.

Un disipador no sólo debe tener laforma correcta; también debe estar ubi-cado de modo que el aire lo recorralibremente. Un disipador ubicado enuna caja de plástico cerrada no disipa,porque el aire caliente no se puede eva-cuar. Si Ud. tiene dudas con respecto ala circulación de aire, recurra al viejo

truco del humo. Deje que el disipadorllegue a su temperatura de trabajo, tíre-le humo (cigarrillo, papel carbónicoencendido, aceite quemado, etc.) yobserve si el aire circula libremente.

Por último lo invitamos a emplearla imaginación a la hora de elegir disi-padores. Vale utilizar disipadores demicroprocesadores de PC, con coolerincluido. Ud. se sorprenderá cuandovea la cantidad de aire caliente quepuede extraer un disipador por aire for-zado para una Pentiun IV. Claro quedeberá asegurarse de que no se detengael ventilador o que si se detiene se apa-gue el amplificador. Un buen métodoconsiste en colocar un diodo 1N4148con un resistor en serie conectado a lafuente de baja tensión (12V por ejem-

plo). El resistor debe variarlo comopara lograr una barrera de 500mV (porel autocalentamiento del diodo) y debediseñar un circuito con un comparadorde tensión y un relé que corte cuando labarrera se haga menor a 500mV. Siahora coloca el diodo en el flujo de airede la turbina, el diodo se enfría y labarrera sube. De este modo si se trabanlas paletas o se quema el motor el reléopera y desconecta el amplificador.

Medición de la TemperaturaTome uno de los transistores de

salida y proceda a realizar un circuitocomo para medir su tensión de junturaa 1mA con un téster digital, como el dela figura 5. Tome agua corriente y coló-

quela en una pava u otro recipientemetálico. Coloque el transistor bajomedición dentro de la pava de modoque las patas de conexión no entren enel agua. Coloque todo el conjunto sobreuna llama y observe como al calentarseel agua la barrera se va reduciendo.Cuando el agua comience a herviranote el valor de la barrera comoVB100.

En el mismo recipiente, o en otro,coloque una mezcla por partes igualesde agua y hielo granizado. Revuelva elhielo por un par de minutos aproxima-damente y unos 5 minutos despuéscoloque el transistor sin sumergir suspatas en el agua helada. Observe comola barrera aumenta a un nuevo valor.Anótelo como VB0.

Figura 7

Lista del Amplificador de 60W (cir -

cuito de la figura 8)

Q1, Q2, Q11 - BC548 - Transistores

NPN de uso general

Q3, Q4 , Q5 - BC558 - Transistores

PNP de uso general

Q6 - BD140 - Tranasistor de audio

PNP

Q7, Q8 - BD139 - Transistores de

audio NPN

Q9, Q10, Q12 y Q13, ver texto.

Led 1 - Led rojo de 5 mm

D1, D2, D3 - 1N4007 - Diodos recti -

ficadores de 1A

R1 - 220

R2, R3, R5, R7, R10, R15, R19 -

100

R4 - 15k

R6 - 470

R8 - 10k

R9 - 220

R11, R12, R16 - 1k

R13 - 27

R14 - Pre-set lineal de 1k

R17, R20 - 100 x 2W

R18 - 15k

R21, R22 - 0,39 x 5W

R23 - 10 x 2W

C1, C7 - 150pF - Cerámico

C2 - 2,2µF - Electrolítico x 50V

C3, C8 - 47µF - Electrolítico x 50V

C4, C6 - 100µF - Electrolítico x 50V

C5 - 220µF - Electrolítico x 50V

C9 - 0,1µF - Cerámico

Varios:

Placa de circuito impreso, fuente

partida de ±35V, parlantes, conecto -

res, cables, gabinete, etc.

Figura 8

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Con estos dos valores puedecalcular cuántos mV por grado°C varía la barrera. Por ejemploes típico un cambio de -2,5 mVpor grado centígrado. A h o r adebe colocar el transistor en elamplificador (sobre su disipa-dor) pero no directamente, sino através de una llave de dos polosdos posiciones. Ver la figura 6.

Observe que dibujamos unaetapa de salida típica con el tran-sistor Q1 conectado con unallave, para realizar la mediciónde barrera. Primero debe colocaren el amplificador una señal de1kHz, que lleve la potencia desalida al 75% del total que esdonde más energía se disipa enel transistor. Luego de un tiempoadecuado como para que secaliente el transistor, se mueve lallave y el multímetro que indicael valor de fuente pasa a indicarla barrera del transistor. Si estabarrera coincide con la de medi-ción a 100°C, la juntura seencuentra a esa temperatura, sila barrera está 10mV por debajode VB100, la temperatura es de4 grados menos (es decir 96°C).Cualquier otro valor lo puedesacar por regla de tres simple.En una palabra, si Ud. sabe laregla de tres simple puede com-probar si un disipador es adecua-do para su equipo.

¿Qué significa un disipadoradecuado?

Es un disipador que con latemperatura ambiente máximahace que la juntura llegue a100°C, ni más ni menos. Si esmenos tenemos un problemaeconómico (salvo que a Ud. nole interese porque el equipo essólo para uso personal). Y si es

más significa que debe diseñar un disi-pador con mayor superficie lateral.

El AmplificadorEl kit AUDI60W contiene sólo la

parte de señal del amplificador; esdecir que no incluye los transistores depotencia y los drivers. De ese modo ledamos al lector la posibilidad de queelija la potencia más adecuada. En esteapartado le damos indicaciones sobreel tipo de transistor a utilizar y la ten-sión de fuente recomendada.

La potencia normal de 60W seconsigue con +35 y -35V y transistores2N3055 de salida excitados por TIP29y 30. Potencias más elevadas (100W)se puede conseguir utilizando una ten-sión de fuente de +42V y -42V contransistores de acuerdo a la tabla 2.Queda a cargo del lector determinar eltipo de disipador a utilizar según losmétodos propuestos en este artículo.

La etapa de entrada se encarga dela amplificación de tensión y de la rea-limentación del amplificador.

¿Pero qué es la realimentación? La realimentación consiste en

tomar una señal desde la salida delamplificador, atenuarla debidamente yrestarla de la señal de entrada. Elamplificador de potencia no amplificaentonces la señal de entrada, sino unaseñal compleja que se llama señal dife-rencial.

Todo esto se puede expresar tam-bién en forma matemática. Por ejem-plo, si llamamos Ve a la señal de entra-da y Vs a la señal de salida y entre laentrada y la salida colocamos una redde realimentación negativa con unaatenuación At y el amplificador tieneuna amplificación bruta (sin realimen-tación) de un valor Am. Podemos decirque la señal de salida se puede expresarde la siguiente forma:

Figura 9

Figura 10

Figura 16

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Vs = (Ve - Vs . At) Am(1)

El paréntesis es la verdadera ten-sión de entrada diferencial, que al mul-tiplicarla por la amplificación bruta delamplificador nos da la tensión verdade-ra de salida. Una clara aplicación deeste concepto, es el caso del amplifica-dor diferencial con una realimentaciónexterna por red resistiva. Ver la figura

7. Observe laindicación de los voltímetros de CA. ElXMM3 nos indica que el generadorentrega 1V de pico al resistor R1. Dadoque el operacional tiene una elevadaimpedancia de entrada, la misma señalse aplica al terminal + del amplifica-dor. Como el amplificador diferencialutilizado es una versión absolutamentevirtual que tiene una ganancia de1.000.000 de veces, se entiende quepara que la salida tenga un valor com-

prendido entre la fuente negativa y lapositiva la señal aplicada entre la entra-da - y la + debe ser del orden de ladecenas de µV. Observando el medidorXMM1 vemos que es exactamente de10µV. Esto significa que el medidordel terminal negativo debería estarindicando 999.990µV. Dado que el dis-play solo puede indicar 4 dígitos se leeel valor aproximado de 1V. Como laseñal sobre el resistor inferior del ate-nuador (R2) es de 1V sobre la salida

debe tener un valor tal que eldivisor R2 R3 tenga aplicados10V. En efecto como se tratade un divisor por 10 podemosdecir que la señal de salidadel amplificador es de 10V.Así se cumple la fórmula pro-puesta en (1) que reempla-zando indica que la tensión desalida es:

Vs = (Ve - Vs . At) Am10 V = (1 - 10,001 . 0,1)

1.000.000 (2)

Cuando la amplificaciónbruta es muy grande, la

ganancia del amplificador tomadacomo Vs/Ve es la inversa de la atenua-ción. Esto significa que en la prácticael cambio de la ganancia bruta nomodifica la tensión de salida, que solodepende de una relación de resistores.Cuando el autor explica este tema enuna clase, llegado a este punto, realizauna pregunta a la clase y anota todaslas respuestas en el pizarrón. La pre-gunta es: para qué sirve la realimenta-ción negativa. Hasta ahora nunca me

ocurrió que me dieran todas las res-puestas; los alumnos sólo nombranalgunas, pero se olvidan de la másimportante. Piense en su respuesta ycompárela luego con la siguiente tabla:

a) Para reducir la distorsiónb) Para ajustar la sensibilidad del

amplificadorc) Para reducir el ruido generado

en el preamplificadord) Para mantener fija la tensión de

CC de salida (mitad de fuente)e) Para evitar oscilacionesf) Para controlar la respuesta en

frecuencia (aumentar o reducir)g) Para aumentar la resistencia de

entradah) Para reducir la resistencia de

salida

El que siempre olvidan los alum-nos es el “h”, que con mucho es el másimportante o podríamos decir indis-pensable. ¿Por qué? Un análisis ele-mental da cuenta que los parlantes tie-nen impedancias que como mínimoson de 3,2 ohm. Por lo tanto pareceríaque si el amplificador tiene una impe-dancia de salida 10 veces menor (0,32

Figura 11 Figura 12

Figura 13

Figura 14

Figura 17

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ohm) alcanzaría para excitarlo perfec-tamente sin mayores pérdidas depotencia.

Y en efecto así es, en lo que res-pecta a la potencia, pero hay algo másimportante. Con resistencias de salidadel orden de los 100 miliohm los par-lantes tienen una importante distorsión

porque el cono no puede seguir a laseñal en las transiciones abruptas quele exigen al mismo una aceleración ydesaceleración inmediata. Es decir queuna alta impedancia o resistencia desalida produce una elevada distorsiónen el parlante y la realimentación es elmedio que reduce ese factor.

Tan es así, que los equipos profe-sionales de alta fidelidad se conectan alos parlantes con gruesos cables espe-ciales que cuestan mucho dinero. Aveces la cuarta parte del valor delbafle. Sin embargo, existe una solu-ción mas económica y efectiva queconsiste en considerar al parlante comoun resistor de cuatro terminales y ali-mentarlo con dos cables gruesos parallevar la potencia y dos finos paratomar una muestra de audio para la rea-limentación. Dada la importancia deeste tema debemos dejarlo para su ter-

minación en las i g u i e n t eentrega deesta serie endonde indica-remos que esla realimenta-ción a 4 hilos.

En la figu-ra 8 le brinda-mos el circui-to completodel amplifica-dor y en la

tabla 3

Figura 18Figura 20

Figura 19

Figura 22

Figura 24

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figura 9 el diagrama de la placa de cir-cuito impreso. Ambos dibujos corres-ponden a la versión que incluye undisipador en “L” que se monta directa-mente sobre la plaqueta.

Amplificador de Potencia de 400Wde Alta fidelidad

Este proyecto está muy difundido yemplea configuraciones de transistoresen paralelo. El circuito se muestra en lafigura 10. En la figura 11 podemos veruna imagen del circuito armado en suplaca fenólica y con disipador en lostransistores. La etapa de salida (contransistores en paralelo) posee salidacomplementaria y por ello trabaja contransistores NPN y PNP, con una impe-dancia de salida de 4Ω lo que permitecolocar 4 parlantes de 8Ω (2 parlantespor cada canal). Mire el circuito arma-do de la figura 12 para asegurarsecómo deben colocarse los componen-tes. En la figura 13 mostramos un deta-lle de la disposición de los transistores;cerciórese de ponerlos en la posicióncorrecta, de no ser así puede quemar suamplificador o simplemente no funcio-nará. Los TIP42 tienden a calentarsebastante, por lo cual recomendamoscolocarles un disipador de aluminio.

De la misma manera que para losotros dos amplificadores que hemoscomentado, los transistores de salidavan aislados del disipador con aislantesde mica y grasa siliconada, tal como seobserva en la figura 14, la cual ayuda atransmitir el calor al aluminio.

En la figura 15 se puede observarla placa de circuito impreso y en lafigura 16 la disposición de componen-tes sobre la misma. En la tabla 3 puede

ver el listado de materiales deeste amplificador de potencia.La fuente de alimentaciónpuede ser simplemente reali-zada con un transformadorcon primario de acuerdo conla red local y secundario de50V + 50V x 8A, tal comomuestra la figura 17, utilizan-do diodos de 10A de corrientemáxima, y capacitores elec-trolíticos de 4700µF x 100V.El circuito de la figura 18corresponde a un esquemapara la fuente de alimentaciónsugerida para el preamplifica-dor. Este circuito no necesitamayor explicación, se trata deuna fuente simétrica reguladade gran utilidad en proyectoscomo preamplificadores ycircuitos que necesiten ten-siones estables. Puede pro-porcionar 15VDC por sección(-15 y +15), con un consumode hasta 5A, dependiendo deltransformador que le colo-quemos a la entrada AC. Lafigura 19 muestra una suge-rencia para la placa de circui-to impreso. Una impresosimilar puede emplear para laetapa de potencia, colocandolos componentes comentadosen la figura 17. Cambiandolos valores de los reguladoresconseguiremos la tensión quedeseemos, por ejemplo: paraconseguir 12V, debemos colocar losreguladores LM7812 y LM7912 res-pectivamente. Hay que tener en cuentaque para que los reguladores funcionencorrectamente, la tensión de entradadebe ser unos 3V por encima del valordel regulador. En la figura 20 podemos

apreciar la imagen de la fuente armada.El circuito del preamplificador se

muestra en la figura 21, está basado enel Gallien Krugger 400 RB, publicadoen www.forosdeelectronica.com con elcircuito impreso que se muestra en lafigura 22. La figura 23 muestra unafotografía del preamplificador armado.

La figura 24 muestra la placa delamplificador, el preamplificador y lasdos fuentes de alimentación montadasen un gabinete metálico.

Cabe aclarar que este preamplifi-cador puede ser utilizado en cualquie-ra de las tres etapas de potencia pre-sentadas en este artículo ya sea en la

versión monoaural como esterefónica.Quizá, lo importante para los que

recien se inician es que este proyectono requiere de ajustes y que el monta-je es sencillo pero requiere refrigera-ción forzada (con ventiladores, talcomo explicamos) si va a armar laversión de 400W reales. ******

Figura 23

Lista del Preamplificador (circuito de la

figura 22)

DIODOS

ZD1,ZD2,ZD3,ZD4 = zener de 12 volt x 1W

INTEGRADOS

IC1,IC2,IC3,IC4= TL072

TRANSISTOR

TR1= FET K117, J113 o NTE469

RESISTENCIAS

R1= 1Mohm (marrón,negro,verde)R2,R6,R17,R22,R24,R26,R32,R38= 12kΩ(marrón, rojo, naranja)R3,R14,R34,R37= 4k7 (amarillo, violeta, rojo)R4,R7,R36,R40= 33kΩ (naranja, naranja,naranja)R5,R10,R35= 220kΩ (rojo, rojo, amarillo)

R8= 120kΩ (marrón, rojo, amarillo)R9= 3k3 (naranja, naranja, rojo)R11=56kΩ (verde, azul, naranja)R12,R18,R27,R28,R30,R33,= 5k6 (verde,azul, rojo)R13,R31,R41= 22kΩ (rojo, rojo, naranja)R15,R16,R19,R20,R21= 470kΩ (amarillo, vio-leta, amarillo)R23,R25,R29= 47kΩ (amarillo, violeta, naran-ja)R39= 470 Ohm (amarillo, violeta, marrón)

POTENCIOMETROS

P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7=Potenciómetros de50kΩ

CAPACITORES CERAMICOS

C1,C11= 100pF (101)C2,C12,C14,C16,C22,C24= .1mF (104)C3,C4= 560pF (561)

C6,C7= 4n7 (472)C8,C9,C23= 220nF (224)C10,C19,C20= .01nF(103)C15= 47pFC17,C18,C21= 2n2 (222)

CAPACITORES ELECTROLITICOS

C5,C25,C26= 10µF x 25VC13,C28= 220µF x 25VC27= 1µF x 25V

VARIOS

SW1,SW2,SW3,SW4 = LLAVES INVERSO-RAS DOBLESJ1= JACK MONOFONICO O ESTEREOPARA IMPRESOCON1= CONECTOR 6 PINESCON2= CONECTOR 3 PINESGabinete para montaje, estaño, cables, peri-llas, aislantes, etc.

Figura 21

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Documents

Amplificador de Audio de 400W Reales