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Bogotá, 20 de abril de 2014

 

 

CONSTRUYA UN AMPLIFICADOR MONOFONICO DE 250 WATTS

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Buscando un amplificador de audio de gran rendimiento y buena respuesta de bajos, presentamos uno de los amplificadores más usados en los tan famosos equipos de sonido llamados “Picós” que se construyen en nuestras costas colombianas. Gracias a nuestro colega Justo Beleño de Colombia, quien nos mostró este diagrama, hemos podido desarrollar un amplificador monofónico de 250 watt cuasicomplementario, es decir que sólo usa transistores NPN. Este amplificador es conocido popularmente en nuestras costas colombianas como “La spectrum”. Su gran estabilidad, gran potencia y excelente respuesta a las frecuencias bajas, lo hacen ideal para amplificar subwoofers en sonidos de alta potencia. Otra gran ventaja es que se puede aumentar su potencia con sólo colocar más transistores y aumentar el voltaje del transformador.

Gracias a la utilización de transistores de gran potencia como son los 2SC3858, este amplificador tiene la posibilidad de trabajar con una carga de 4 ohmios. Esto quiere decir que podemos colocar 2 parlantes de 8 ohmios en paralelo o uno de 4 ohmios. Se puede usar con parlantes de hasta 18 pulgadas y 500 vatios pico. Otra gran ventaja es que tiene 6 etapas de amplificación. Si comparamos este amplificador con el otro amplificador mono de 250W, tiene tres etapas más. Esto da una mayor contundencia y definición que el de otros amplificadores de la misma potencia.
Es importante resaltar que este proyecto NO ES PARA PRINCIPIANTES.Se necesitan conocimientos previos en electrónica y haber ensamblado proyectos más sencillos.
Si no tiene experiencia en el ensamble de amplificadores, le recomendamos comenzar por el Amplificado de 40W y estudiar a fondo nuestra sección de Recomendaciones.

 

Funcionamiento

 

Diagrama esquemático

Comencemos por la entrada de señal. Al momento que entra la señal de audio, pasa por un condensador de 4.7uF (C1), llamado condensador de desacople. Este condensador se encarga de separar el reproductor o el preamplificador, del amplificador. Evita el paso de voltajes DC de un circuito al otro. Tenga muy en cuenta que el polo negativo debe ir mirando la entrada de señal.
En seguida vemos un condensador de 120pF (C2) en paralelo con la entrada de señal. La función de este condensador es descargar a tierra las frecuencias ultra altas, como el ruido llamado popularmente “hiss”. Entre mas alto sea este condensador, mayor será en recorte de frecuencias altas. Si desea un rango de frecuencias completo, este condensador no debe superar los 470pF. Si por el contrario la idea es usar este amplificador acompañado de un filtro pasa bajos y de esta manera obtener un amplificador para subwoofer, recomendamos cambiar este condensador por uno de 0.1 uF (104)
Sigue una resistencia de 100K (R1) en paralelo. Esta resistencia se encarga de fijar la impedancia de entrada. Si incrementa su valor, aumenta la impedancia de entrada, pero a su vez puede aumentar el ruido, y si baja su valor, el sonido es más limpio, pero el amplificador sonará con volumen más bajo.

Ahora la señal llega a un par de transistores (Q1 y Q2), que están unidos por sus emisores. A esta configuración se le conoce con el nombre de “Par diferencial”. En este caso usamos dos transistores A1015 (PNP), conectados por sus emisores y reciben el voltaje de la etapa de regulación que explicaremos más adelante. La base de (Q1) recibe la señal de audio, mientras que la base de (Q2) está al punto centro o punto de reposo del amplificador, que finalmente es la salida a parlante, Los colectores del par diferencial están conectados a otros dos transistores A1015 (Q3 y Q4), los cuales están unidos por sus bases. Estos dos transistores refuerzan la señal preamplificada por el par diferencial. Los colectores de (Q3 y Q4) van conectados por medio de un par de resistencias de 1.8K a –Vcc o voltaje negativo. A su vez entregan la señal a los transistores C2073 (Q7 y Q9).
La resistencia (R9) que se encuentra entre (Q2) y la salida a parlante recibe el nombre de resistencia de retroalimentación. Esta resistencia trabaja en conjunto con la resistencia de 1K (R8) La división de R9 por R8 es igual a la ganancia del amplificador. En este caso 100K dividido 1K da como resultado una ganancia 100.

La gran estabilidad que caracteriza este amplificador se debe a la etapa de regulación que alimenta el par diferencial de la entrada. Está formada por un diodo zener de 12 voltios con su respectiva resistencia de polarización y el transistor C2229 (Q5) . Estos componentes mantienen estable el voltaje que llega al par diferencial formado por los transistores A1015. El diodo zener reduce el voltaje +Vcc, entregando 12 voltios estables. El transistor se encarga de mantener la corriente que pidan los transistores. De esta manera no haya fluctuaciones de voltaje, así tenga cambios en la fuente principal.
Los amplificadores en los que el voltaje llega directamente de +Vcc al par diferencial, cuando hay variaciones en el voltaje, también varía el voltaje en el punto de unión de los emisores. En cambio, gracias a esta etapa de regulación, el voltaje siempre será el mismo.

NOTA: El transistor 2SC2229 hoy en día está saliendo falsificado en muchas partes. Si el hFE mide más de 180, puede tener problemas de ruido en su amplificador. Le recomendamos usar el 2SC1573 o el 2SC1921.

 

Los transistores C2073 (Q7 y Q9), hacen el trabajo de transistores pre-excitadores. Esos reciben la señal que entregan los A1015 y la amplifican. Hay que tener en cuenta que un amplificador entre más etapas de amplificación tenga, mejor será su rendimiento.
Los C2073 son la tercera etapa de amplificación de este excelente amplificador.
Hay otro C2073 (Q6), que por tener su base a tierra, hace un trabajo similar al de un diodo. Su función es polarizar el amplificador para que los transistores Q8 y Q9 hagan la regulación de BIAS.

 

 

EL transistor B546 (Q8) es parte de la regulación de BIAS. El ajuste de BIAS consiste en regular la tensión que circula por los transistores de salida, cuando el amplificador se encuentra en reposo. El B546 puede ser reemplazado por el A940.
En algunos amplificadores el ajuste de BIAS se hace manualmente. Para hacer más fácil el trabajo del estudiante, las BIAS de este amplificador ya vienen ajustadas mediante dos diodos (D2 y D3). Sin embargo es importante antes de conectar parlantes, verificar que todo esté correcto. Cuando las BIAS están descuadradas puede haber distorsión por cruce de frecuencias, calentamiento excesivo y en algunos casos se puede quemar la etapa de salida.
Por esta razón es imprescindible hacer algunas mediciones antes de conectar los parlantes. Estas mediciones las explicaremos mas adelante.

 

El C5198 (Q10) es un transistor de potencia NPN de excelente rendimiento. Se encarga de impulsar los transistores 2SC3858 del semiciclo positivo.
En el caso de no conseguir este transistor o de trabajar el amplificador con un voltaje inferior a los +/-70 voltios DC (50+50VAC), Puede usar el transistor D718 (NPN), pero como la idea es hacer un amplificador ampliable en potencia, colocamos el transistor C5198 (NPN), garantizando así la vida del componente. Recomendamos colocarle un pequeño disipador.
Al momento de comprar los transistores recuerde medir el beta con un multímetro que tenga función para mediciones de hFE. Debe obtener un valor entre 40 y 90. Si este valor es menor o mayor, el transistor puede ser falsificado.
Cuando el amplificador se trabaja con más de 8 transistores, es recomendable cambiar el C5198 por el 2SC5200, y cuando se usan más de 16 transistores se puede usar como impulsor el 2SC3858, que es el mismo usado como transistor de salida.

Ahora apreciamos el transistor A1941 (PNP). Se encarga de impulsar los transistores 2SC3858 del semiciclo negativo. En caso de trabajar este amplificador a un voltaje inferior a los +/-70 voltios DC (50+50VAC), puede usar los transistores B688 (PNP), pero como ya lo dijimos anteriormente, la idea es tener un amplificador de potencia expandible. Por eso colocamos el transistor A1941 (NPN), que soporta más voltaje y corriente.
De igual manera que con el C5198, al momento de adquirirlo mida el beta o hFE. Debe obtener un valor entre 80 y 160. Si es menor o mayor a este valor, puede ser falsificado. Cuando el amplificador se trabaja con más de 8 transistores, se recomienda cambiar el A1941 por el 2SA1943, y cuando se usan más de 16 transistores se puede usar como driver o impulsor el 2SA1494.

 

Los transistores de salida 2SC3858 son muy famosos por su gran potencia y rendimiento. Si no los consigue puede usar 2SC2922. Deben estar muy bien ajustados con tornillos pasantes, arandelas y tuercas y debidamente aislados del disipador con aislantes de mica. Recuerde utilizar grasa siliconada y apretar muy bien los tornillos, para que el calor se transmita de los transistores al disipador. Después de atornillarlos al disipador verifique que si hayan quedado aislados del disipador, midiendo con el multímetro en continuidad. Se coloca una punta del multímetro en el disipador y la otra en el colector del transistor, que es la pata central. No deberá marcar nada.
NOTA: Los transistores de potencia originales son de ganancia baja, que oscila entre 30 y 120, dependiendo del modelo. Por lo tanto si usa el transistor 2SC3858, debe tener un hFE o ganancia de 50 como máximo. Si usa el 2SC2922 debe estar por los 30 y si usa el MJL21194, este tiene un hFE de 35 aproximadamente.

 

En esta ocasión No colocamos la fuente de alimentación pegada en la misma tarjeta. Esto facilita las cosas si desea hacer el amplificador en versión estéreo, solo deberá hacer dos amplificadores iguales y alimentarlos de una misma fuente rectificadora.
Como se observa en la fotografía La fuente que usamos tiene 6 condensadores de 2200uF a 100V. Esto sale más económico que usar dos condensadores de 6800uF a 100V.
Claro que si desea puede hacer cualquiera de las fuentes simétricas de nuestra sección de proyectos. Lo importante es que la fuente tenga condensadores de 6800uF y 80 o más voltios y que el puente rectificador sea de los amperios adecuados. Cada transistor consume 1.6 amperios. Para saber el amperaje del puente, sólo es multiplicar por la cantidad de transistores de salida.
También se observa que hemos colocado un potenciómetro a la entrada de señal, indispensable para controlar el volumen. En el archivo PDF que se encuentra al final de esta articulo, encontrará un diagrama de conexión del potenciómetro.

 

NOTA: Como podemos apreciar el diagrama eléctrico al principio de este artículo, entre a la salida y el parlante se encuentran un par de resistencias, un condensador y una bobina. A esto se le llama Red de Zobel o bloqueo de oscilación. En el archivo PDF proporcionamos una tarjeta adicional para colocar estos componentes y la forma de conexión entre el amplificador y los parlantes.
Pensando en ahorrar espacio hemos colocado la resistencia de 10 ohmios que va en paralelo con la bobina, en el interior de esta. Los mismos orificios usados para colocar la bobina, son los mismos para colocar la resistencia.
El amplificador puede funcionar sin este circuito, pero es recomendable que lo use. No tiene mayor costo y si puede mejorar y alargar la vida útil de su amplificador.

Otra opción es usar el amplificador acompañado de un preamplificador monofónico.
Hemos usado el Preamplificador monofónico con su fuente incluida, de nuestro artículo de Preamplificadores con control de tonos y fuente, obteniendo un excelente resultado.
Se puede observar que la entrada de señal tiene un RCA estéreo. No es que el preamplificador sea estereo, si no que hemos unido la señal derecha con la izquierda, por medio de un par de resistencias de 1K y las enviamos mezcladas a la entrada del preamplificador. Así no se pierden los sonidos de un canal.
Por otra porte el Transformador para este amplificador debe entregar un voltaje de 55x55 voltios AC y una corriente de no menos de 6 amperios. Además debe tener un devanado adicional de 12x12V a 300 miliamperios, que se utilizan para alimentar el preamplificador.

 

El Transformador que usamos para este amplificador tiene una potencia pensada en la versión estéreo de 500 watts. Por eso se ve algo grande para este amplificador monofónico. La carga de parlantes también es importante tenerla en cuenta al momento de hacer el transformador. Por ejemplo: Si va a trabajar el amplificador a 8 ohmios, se puede usar alambre un poco más delgado que si lo trabaja a 4 ohmios.
EL transformador que se aprecia en la fotografía es un transformador con TAP central de 55+55V AC, Es decir que tiene tres cables de salida. Entre los extremos mide 110V AC y entre cada extremo y el cable del centro mide 55 voltios AC. La corriente debe ser de 6 amperios como mínimo, pero como está pensado para alimentar dos etapas iguales, lo hemos construido para que entregue 12 amperios.
Para la construcción de este transformador, hemos usado un núcleo de 3.8 centímetros, por 11 cm que hicimos uniendo dos formaletas de 3.8x6. Al cortar las formaletas se pierde un centímetro, por eso no nos dio 12 cms.
Como en Colombia el voltaje de la red pública es de 120 voltios, fue necesario enrollar 121 vueltas de alambre calibre 17 en el devanado primario. Para el secundario dimos 110 vueltas de alambre calibre 12. Hay que detenerse en la mitad de vueltas del secundario para soldar un cable de salida que hará de TAP central y luego enrolar la otra mitad de vueltas de alambre. Otra opción es enrollar el alambre en doble y sólo enrollar 55 vueltas.
Para los países que tiene un voltaje de 220 en la red pública, es necesario dar 222 vueltas en el devanado primario con alambre calibre 20. El devanado secundario es igual en ambos casos.

NOTA: si la idea es hacer el transformador para una etapa monofónica, este será mucho más pequeño.
Se debe usar un núcleo de 3.8 centímetros, por 6 cm. Para países con voltaje en la red pública de 120 voltios, hay que enrollar en el devanado primario 221 vueltas de alambre calibre 20. Para el secundario deberán enrollar 202 vueltas de alambre calibre 15, deteniéndose en la mitad de vueltas (Vuelta 101), para soldar el TAP central y luego enrolar la otra mitad de vueltas de alambre. Otra opción es enrollar el alambre en doble y sólo enrollar 101 vueltas en total, tal como se muestra en nuestro video de Cómo hacer un transformador.
Para los países que tiene un voltaje de 220 en la red pública, es necesario dar 405 vueltas en el devanado primario con alambre calibre 22. El devanado secundario es igual en ambos casos.

 

Otra gran prestación de este amplificador de sonido es que por su gran respuesta de bajos, es excelente para amplificar el preamplificador para bajo eléctrico que se encuentra en nuestra sección de proyectos preamplificadores.

Aquí podemos apreciar nuestro amplificador terminado y listo para encajar en su respectivo gabinete. Si desea hacer un amplificador estéreo de 500 watts, solo debe construir dos etapas del amplificador y usar la misma fuente. Lógicamente deberá duplicar el amperaje del transformador. No sobrsa decir que este amplificador tambien lo puede usar para amplificar su videorockola.

 

NOTA: Si pretende aumentar la potencia del amplificador spectrum o aumentar la carga conectando más parlantes en paralelo, es necesario colocar más transistores en paralelo. Cada par de transistores adicionales pueden incrementar la potencia hasta 120W aproximadamente. En el archivo PDF que podrá descargar al final de este artículo, se encuentra un diagrama que explica como colocar más transistores.

 

 

 

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