Amplificador Monofónico de 100 Watts Versión 3.0

Amplificador híbrido en tres configuraciones: complementario, cuasi-complementario NPN y cuasi-complementario PNP.

Los amplificadores de potencia se construyen de varias formas. Las dos más comunes son: discretos e integrados. Una tercera forma es la combinación de las dos anteriores, llamada híbridos. Comencemos por el principio. Un amplificador discreto es aquel que está construido, transistor por transistor. Es decir, cada etapa transistorizada es independiente, construida elemento por elemento. Un amplificador de transistores puede llegar a tener muchos transistores y varias etapas de amplificación, pero por lo regular basta con seis (6) transistores para lograr la amplificación de potencia aceptable. Este tipo de amplificadores permite lograr potencias elevadas y son los favoritos para su desempeño en el campo de la alta fidelidad.

En la actualidad los modelos discretos son por lo general amplificadores complementarios o cuasi-complementarios. Los amplificadores cuasicomplementarios pueden ser con transistores de salida NPN o PNP, no obstante pueden encontrarse eventualmente otras configuraciones. A continuación ahondaremos un poco en los amplificadores complementarios y cuasicomplementarios y daremos como ejemplo un amplificador híbrido, que usa un circuito integrado a la entrada, a manera de excitador, en vez del tradicional par diferencial. Lo hemos construido en las tres versiones diferentes.

NOTA: El tema a tratar a continuación tiene que ver es con el tipo y polaridad de los transistores. Es muy aparte de las clases de amplificadores, tales como; Clase A, Clase AB, Clase D o clase H, entre otros. Estas clases también eventualmente se pueden configurar de manera complementaria o cuasi-complementaria.

Amplificadores Complementarios

Un amplificador complementario es aquel que en su etapa de potencia tiene un transistor de base positiva y uno de base negativa y trabajan como complementos. Es decir el transistor NPN se encarga de amplificar los semiciclos positivos y el PNP se encarga de los semiciclos negativos. Entre los dos transistores forman el ciclo completo de la onda senoidal de audio.
La idea original del amplificador complementario fue presentada por H.C. Lin y desarrollada gracias a la GENERAL ELECTRIC CO. Y otras empresas de la época.
Los amplificadores complementarios son muy comunes en el mercado de amplificadores de potencia. Su rendimiento es muy bueno y su fidelidad es aceptable, aunque no son los más limpios en sonido. A continuación explicaremos porque.
Los transistores tienen una ganancia determinada por el fabricante. Esta recibe el nombre de hFE o Beta. Un transistor entre más potente, su beta es más bajo. Por ejemplo un transistor A1015 que es un transistor pequeño, tiene un beta aproximado de 180. En cambio un transistor 2SC3858 que es un transistor de gran potencia, tiene un beta aproximado de 30. Lo insólito es que si medimos el beta del transistor complementario del 2SC3858, que es el 2SA1494, encontramos que mide más o menos 100. Esto es extraño, pero así es. El desempeño de un transistor NPN es diferente al del transistor PNP.
En conclusión: Como el transistor NPN tiene una respuesta diferente al PNP, al momento de cruce de onda, se genera una distorsión llamada Distorsión de cruce. Por mas que el diseño y la calibración de BIAS sea perfecta, existe esa distorsión. Quiero aclarar que no estoy diciendo que los amplificadores complementarios sean ruidosos, por el contrario son mas limpios que muchos amplificadores de integrados, pero sí tienen mas ruido que los amplificadores cuasicomplementarios. Claro que estoy hablando de un ruido que solo puede ser escuchado por un experto en sonido o visto con el osciloscopio. Para el oído normal suenan perfecto.

Amplificadores cuasicomplementarios NPN

Se denomina amplificador cuasi-complementario aquel amplificador que tiene en su salida transistores de la misma polaridad para hacer, tanto los semiciclos positivos, como los semiciclos negativos. En este caso presentamos un amplificador cuasicomplementario con transistores NPN. Tomamos el amplificador complementario y le hicimos unas pequeñas modificaciones, cambiando de sitio un par de resistencias y unas pistas.
Básicamente lo que hay que hacer para convertir un amplificador complementario a cuasicomplementario NPN, es cambiando de sitio la resistencia de 0.22 ohmios que polariza el transistor PNP (R17). Esta resistencia se encuentra entre el emisor del transistor PNP y la salida. Al cambiar el transistor PNP por uno NPN, la resistencia pasa a estar entre el emisor del nuevo transistor y –Vcc. La base del transistor PNP ya no irá al emisor del transistor impulsor TIP42. Ahora el transistor NPN lleva su base conectada al colector del TIP42 y la resistencia de 100 ohmios (R15), que estaba entre el emisor del TIP42 y la salida, ahora va entre el colector y –Vcc. Con sólo esos cambios ya tenemos un amplificador cuasicomplementario NPN.

Amplificadores cuasicomplementarios PNP

Ahora tenemos un amplificador cuasicomplementario con transistores PNP. Tomamos el amplificador complementario y le hicimos las mismas modificaciones que con el cuasi complementario NPN. Sólo que ahora en el semiciclo positivo, que era donde se encontraba el transistor NPN. Ahora será un transistor PNP, para que los dos transistores queden iguales.
Lo que hay que hacer para convertir un amplificador complementario a cuasicomplementario PNP, es cambiar la resistencia de 0.22 ohmios que polariza el transistor NPN (R16). Esta resistencia se encuentra entre el emisor del transistor NPN y la salida. Al cambiar el transistor NPN por uno PNP, la resistencia pasa a estar entre el emisor del nuevo transistor y +Vcc. La base del transistor NPN iba al emisor del transistor impulsor TIP41. Ahora el transistor PNP lleva su base conectada al colector del TIP41 y la resistencia de 100 ohmios (R14) que estaba entre el emisor del TIP41 y la salida, ahora va entre el colector y +Vcc. Con sólo esos cambios ya tenemos un amplificador cuasicomplementario PNP.

Conclusión

A veces nos encontramos con un amplificador que nos parece muy bueno o simplemente se ajusta con las necesidades que estamos buscando. Pero resulta que usa transistores de una polaridad que no conseguimos en el mercado local de nuestra ciudad. Otras veces simplemente encontramos transistores económicos de una polaridad distinta a la del amplificador que pensamos realizar. Por ejemplo a mi me sucedió que fui a comprar transistores NPN y me dijeron que los PNP me los dejaban mas económicos porque esos los compraban menos y tenían muchos guardados. En ese momento tomé la decisión de modificar el circuito para usar solo transistores PNP. Pude hacer el amplificador que necesitaba, ahorrando unos cuantos pesos.
Otra gran ventaja de saber convertir un amplificador de complementario a cuasicomplementario, es el conocimiento que se adquiere en el proceso de modificación del circuito impreso. Al final de este artículo encontrará un archivo PDF que muestra el mismo amplificador en las tres configuraciones.

Video de prueba y algunas mediciones del amplificador aquí presentado

NOTA: Este amplificador requiere conocimiento previo en electrónica. NO ES PARA PRINCIPIANTES. Antes de comenzar el ensamble es muy importante que lea nuestra sección de recomendaciones y el artículo correspondiente a este proyecto.
Utilice componentes originales y de buena calidad. Antes de colocar cada transistor, mida su hFE y compare el resultado con la hoja de datos del transistor. Si la medición no coincide con la dada en la hoja de datos o por lo menos aproximada, el transistor puede ser falsificado.
Otra recomendación importante es no olvidar colocar el puente o jumper que va debajo de una de las resistencias de 0.22 ohmios (J1).
NUNCA conecte  un amplificador la primera vez sin usar una serie con un bombillo incandescente de al menos 60W y haga las mediciones pertinentes, tales como: voltaje de la fuente, medición de BIAS y mida la salida a parlante, la cual no debe marcar ningún voltaje.

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>>>Descargue aquí<<< El archivo PDF con información y el circuito impreso para ensamblar el amplificador monofonico de 100 watts en las configuraciones complementario, cuasi-complementario NPN y cuasi-complementario PNP.