Amplificador Monofónico de 400W Cuasi-Complementario

Presentamos un amplificador de audio monofónico de 400 watts en 4 ohmios o 300W en 8 ohmios.  Utiliza únicamente transistores NPN. A ésta configuración se le conoce como Amplificador Cuasi-complementario. Este amplificador es básicamente el mismo circuito del famoso amplificador conocido como “la zener”. La única diferencia con la versión de 100W es que tiene 8 transistores y su fuente de poder está incluida en el mismo circuito impreso. Su gran estabilidad y potencia, permiten usarlo como parte principal en sonidos para discotecas o en eventos al aire libre.
También, si usted realiza dos etapas iguales, puede obtener un amplificador estéreo de 800W.

IMPORTANTE! Este proyecto No es para principiantes. El manejo de voltaje y corriente son bastante altos, sin contar el costo de los componentes. Por esta razón usted debe tener buen conocimiento en electrónica y experiencia en ensamble de proyectos de esta magnitud. Si usted no tiene experiencia en el ensamble de proyectos electrónicos, le recomendamos comience por un amplificador sencillo. Por ejemplo el Amplificador de 40W. De lo contrario cualquier error puede costarle mucho dinero.

Lo primero que debemos hacer para construir este amplificador, es leer muy bien todo el artículo a continuación. Después de leerlo y entenderlo, es el momento de descargar el archivo PDF que se encuentra al final del tutorial. NO COMIENCE LA CONSTRUCCIÓN ANTES DE LEER ESTE MANUAL.
Después de descargar el archivo PDF, se debe hacer el circuito impreso. Este puede ser realizado mediante la técnica de planchado, que es la forma casera de hacer un circuito impreso. La otra técnica usada es con serigrafía, que es una manera semi-industrial.
Cuando ya tenemos el circuito impreso, procedemos a colocar cada componente en su lugar. Se usa como guía la máscara de componentes, que entregamos en el archivo PDF. Tenga cuidado de revisar muy bien cada componente y su correcta posición. Cualquier error puede costar mucho dinero y tiempo.
A continuación haremos una breve explicación del funcionamiento del amplificador y sus componentes.

Diagrama eléctrico

Entrada de señal

Comencemos por la entrada de señal. Al conector MOLEX de tres pines (GP) o Conector encabezado de 2.54mm, le hemos retirado el pin del centro. El pin izquierdo es tierra y el pin derecho es la señal positiva. Recordemos: Si la señal proveniente del reproductor se conecta al revés, el ruido será insoportable. Tenga mucho cuidado al hacer esta conexión.
La señal de audio pasa por un condensador de 2.2uF (C1). A este condensador se le conoce con el nombre de condensador de desacople. Se encarga de separar el reproductor o el preamplificador, del amplificador, evitando que transiten voltajes DC entre un circuito y el otro. El valor de éste condensador puede ser desde 0.47uF, hasta  4.7uF. La posición correcta del condensador es con su polo negativo mirando la entrada de señal.
Luego la señal pasa por una resistencia de 68K (R1), que se encuentra en paralelo. Ésta resistencia fija la impedancia de entrada. Si se incrementa su valor, aumenta la sensibilidad de entrada, pero también puede aumentar el ruido. Y si se baja su valor, el sonido es más limpio, pero el amplificador sonará con menos volumen.

Preparando la señal

Ahora la señal llega a un par de transistores (Q1 y Q2). Los transistores A1015 (PNP), se encuentran conectados por el emisor (Par diferencial). La base de (Q1) recibe la señal de audio. Mientras que la base de (Q2) está conectada a la resistencia de retroalimentación (R7) que va a la salida de parlante. También va a una resistencia de 1K (R6), que trabaja con R7, fijando la ganancia del amplificador. En este caso tenemos una ganancia de 68. Éste valor se haya de dividir 68K por 1K.
Los colectores de los A1015 están conectados a –Vcc o voltaje negativo, por medio de un par de resistencias de 3.3K. A su vez los colectores entregan la señal a los transistores C2229 (Q3 y Q4), conocidos como pre-excitadores.
NOTA: Los transistores 2SC2229 No deben tener una ganancia (hFE) superior a los 190. De lo contrario son falsificados. Cuando los 2SC2229 son falsos, hacen entrar en corto los transistores de salida, averiando estos. Puede usar como reemplazo el 2SC1573, el 2SC1921 o el 2SC2271.

Etapa de regulación con Diodo Zener

Como lo hemos dicho en proyectos anteriores que usan este mismo circuito, una de las cualidades de este amplificador es su gran estabilidad. Esto es debido a la etapa de regulación que alimenta el par diferencial. El diodo zener, que puede ser desde 18V hasta 24V, y su respectiva resistencia de polarización, mantienen estable el voltaje que llega al par diferencial, formado por los transistores A1015. El diodo zener le entrega al par diferencial un voltaje estable.  Evita que pasen fluctuaciones de voltaje que se presentan en la fuente cuando el amplificador está a su máxima potencia.
A diferencia de otros amplificadores en los que el voltaje llega directamente de +Vcc y que cuando hay variaciones en el voltaje, también varía en el punto de unión de los emisores de los A1015. En cambio, aquí, gracias a esta etapa de regulación, el voltaje siempre es el mismo.

El ajuste de BIAS

A continuación podemos observar dos diodos en serie (D2 y D3). Estos trabajan en conjunto con una resistencia de 33 ohmios (R12). Se encargan de el ajuste de BIAS. Esto no es mas que regular la intensidad que circula por los transistores de salida, cuando el amplificador se encuentra en reposo. A pesar de que las BIAS quedan fijas con sólo colocar estos tres componentes, es importante verificar que sí estén en su punto. Para esto se debe conectar el amplificador a la red pública, usando un Circuito Serie con un bombillo incandescente o halógeno de al menos 60W.  Y con el multímetro en voltaje continuo, debemos medir en la resistencia, en el punto donde se une con la base del transistor B688. Deberá haber 0.6 voltios. La otra medición se hace en el cátodo del diodo (D2), en el punto de unión con el colector del TIP42. Deberá haber 0.7 voltios.
Cuando las BIAS están descuadradas puede haber distorsión por cruce, calentamiento excesivo y en algunos casos se puede quemar la etapa de salida.
Por esta razón es imprescindible hacer esta medición antes de conectar los parlantes. Si estos voltajes no son los correctos, revise muy bien el circuito o cambie la resistencia de 33 ohmios, por una de 10 ohmios.

Transistor impulsor positivo

El D718 es un transistor de potencia NPN de gran rendimiento. Se encarga de impulsar los transistores 2SC5200 del semiciclo positivo. Este transistor en compañía del B688, hacen las veces de amplificadores de voltaje. Le suman a la señal original el voltaje de la fuente, haciéndola muy grande. En ese punto ya hay potencia de salida.
Si piensa trabajar este amplificador con una carga de 8 ohmios o va a usar los transistores MJL21194 como transistores de salida, podrá subir el voltaje del transformador a 57x57V AC. Entonces se hace indispensable cambiar el D718, por el C5198 y cambiar los condensadores de la fuente, por unos de 100V.
Al momento de comprar cualquiera de estos transistores, recuerde medir el beta con un multímetro que tenga función para mediciones de hFE. Debe obtener un valor entre 80 y 160. Si es menor o mayor a este valor, puede ser falsificado.

Transistor impulsor negativo

Ahora apreciamos el transistor B688 de polaridad (PNP). Se encarga de impulsar los transistores 2SC5200 del semiciclo negativo. En caso de trabajar este amplificador a un voltaje superior a los +/-75 voltios DC (55+55VAC), es necesario reemplazar el B688, por el A1941. Recuerde usar disipador para el B688 y para el D718 en caso de notar demasiado calor en ellos.
De igual manera que con el D718, 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.
También es bueno medir la capacitancia del lo transistores. Esto se hace con un multímetro que mida nanofaradios. Si el transistor es NPN, se coloca la punta roja en la base y la negra en el emisor. debe medir entre 4 y 6 nanofaradios. Si el transistor es PNP, invierta las puntas.

Transistores de salida

Los 8 transistores de salida 2SC5200 deben estar muy bien ajustados al disipador con tornillos pasantes, arandelas y tuercas. También se deben aislar del disipador usando aislante de mica. Recuerde apretar muy bien los tornillos, para que el calor se transmita de los transistores al disipador. También utilice grasa siliconada, que sirve para mejorar la conducción del calor emitido por los transistores.
Otro punto importante es usar transistores originales, de lo contrario pueden quemarse en la primera prueba.
NOTA: Los transistores de potencia originales son de ganancia baja. Oscila entre 30 y 180, dependiendo del modelo. Mida el hFE de los 2SC5200 y deberá obtener una lectura de 80 como máximo. Estos dan un excelente rendimiento. Ver el datasheet original.

Fuente rectificadora

La fuente de alimentación de este amplificador es simétrica. Esto quiere decir que entrega un voltaje positivo, un voltaje negativo y un tierra o TAP central que hace de punto de referencia al momento de que el amplificador se encuentra en reposo.
Hemos usado un puente de diodos de 25 amperios. Puede que sólo lleguen a pasar 10 amperios por el puente, pero entre más alto es el puente de diodos, menor es el calor que éste disipa. El puente de diodos puede ser de 15 amperios en adelante.
El puente de diodos se encarga de separar los semiciclos positivos de los semiciclos negativos. Los dos condensadores rectifican los semiciclos, convirtiendo la corriente alterna (AC) en corriente directa (DC).
Los condensadores de la fuente pueden ser de 6800uF, hasta 10.000 uF. Si los coloca por debajo de ese valor, puede perder contundencia de bajos en alto volumen. Y si los coloca por encima de 10.000uF, lo único que conseguirá es gastar más dinero.

El transformador

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.
De extremo a extremos mide 110V AC y entre cada extremo y el cable del centro mide 55 voltios AC. La corriente debe ser de 10 amperios como mínimo. En este caso entrega 12 amperios.
Para la construcción de este transformador, hemos usado un núcleo de 3.8 centímetros, por 11 cm. Como no se consiguen en el mercado formaletas de ese tamaño, unimos dos formaletas de 3.8 x 6 Cms. Al hacer el corte de las formaletas se pierde 1 centímetro. Por eso nos dio 11 cms de largo.
Para los países que tienen un voltaje en la red pública de 120 voltios, es necesario enrollar 121 vueltas de alambre calibre 17 en el devanado primario. Para el secundario son 110 vueltas de alambre calibre 12 o como mínimo 13. Hay que detenerse en la mitad de vueltas del secundario para soldar un cable de salida que hará las veces de TAP central. Luego enrollar la otra mitad de vueltas de alambre. Otra opción es enrollar el alambre en doble y sólo enrollar 55 vueltas.
Para los países que tienen una tensión en la red pública de 220V, es necesario enrollar 222 vueltas en el devanado primario con alambre calibre 20. El devanado secundario es igual en ambos casos.

Amplificador casi listo

Aquí podemos apreciar nuestro amplificador de 400 vatios terminado, listo para encajar en su gabinete.
Antes de encender, recuerde revisar muy bien cada componente, las pistas del circuito impreso y cada conexión.
Este amplificador fue probado con 2 parlantes de 300 watts de potencia y con una impedancia de 8 ohmios y 12 pulgadas. Los parlantes ideales para usar con nuestro amplificador de 400 watts, deben ser de 400W max a 500W max y con un tamaño de hasta 15 pulgadas. Si piensa trabajar el amplificador a 8 ohmios, le recomendamos usar un parlante de más potencia.
Si lo desea, puede hacer un amplificador estéreo de 800 watts, con sólo hacer dos amplificadores como este, uno para cada canal. Se puede hacer uno con fuente y el otro sin fuente y alimentar una etapa desde la otra. También es posible hacer un transformador con dos devanados secundarios. Cada devanado alimentará cada etapa por independiente. Esto lo dejamos a su elección.

Control de volumen

Al momento de usar el amplificador con respuesta plana (flat), es necesario colocar un potenciometro entre el reproductor y el amplificador.
Como los reproductores de audio normalmente son estéreo, hemos utilizado un terminal RCA hembra estéreo. Unimos las entradas de señal L y R por medio de dos resistencias de 2.2K. Así sumamos las dos señales, convirtiéndolas en una sola señal monofónica. El conector RCA se interconecta con el potenciómetro y con el conector MOLEX hembra, por medio de cable blindado.

La manera correcta de colocar un potenciómetro es: Se conecta la señal que viene del reproductor, al pin 3 del potenciómetro (de izquierda a derecha). El pin central del potenciometro, va conectado a la entrada de señal del amplificador. Y el pin 1 interconecta el tierra del reproductor y del amplificador.
Si usa un preamplificador, no es necesario hacer esta conexión. Por lo general los preamplificadores ya traen su propio potenciómetro. La salida de señal del preamplificador, se conecta a la entrada de señal del amplificador.

A continuación veremos una guía práctica de las mediciones que se deben hacer antes de probar el amplificador.

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