Amplificador de audio de 40 Wattios

Amplificador de audio de 40 Wattios
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Amplificador de audio
40 W
AMPLIFICADOR DE 40W
Autor Guillermo H. NECCO; LW3DYL
Uno de los pedidos más frecuentes de los principiantes en Electrónica es un amplificador, para poder
conectar a una PC o a un Discman. Hace un tiempo publicamos uno, pensado en brindar la mayor
fidelidad posible, pero era complejo y no toleraba muy bien el reemplazo de algunos componentes. En
este caso recorro el camino inverso: trato de hacer el amplificador lo más sencillo que se pueda, sin
perder en absoluto fidelidad, para que los que recién empiezan puedan disfrutar del montaje de este
pequeño pero eficaz dispositivo, que hará las delicias de más de un audiófilo.
Para desplazar el cono de un altoparlante, y así escuchar música, debo tener en cuenta ciertos
presupuestos: En primer lugar la potencia a desarrollar por el amplificador. Para este caso elegí una
potencia de 40Watts RMS, suficiente para un amplificador hogareño y que no presenta problemas con la
tensión de trabajo o la disipación de los transistores de salida. Para lograr estos 40 Watts voy a
necesitar una cierta cantidad de tensión y una cierta cantidad de corriente para poder accionar el
altoparlante, que por Ley de Ohm calculamos con las fórmulas de la Figura 1.
Por lo que vemos, necesitamos un dispositivo amplificador que pueda generar en la salida una tensión
de por lo menos 18 Volts (eficaces) y que administre una corriente de 2,2 Amper como mínimo, teniendo
en cuenta que la impedancia normalizada de un altavoz de alta fidelidad es de 8 ohm.
En un amplificador de audio existen dos bloques fundamentales: el amplificador de tensión (desarrollado
en base a un amplificador diferencial) y el amplificador de corriente (que son los transistores de salida,
adaptando la alta impedancia de salida del diferencial a la baja impedancia del altoparlante)
En la Figura 2 vemos porqué amplifica el operacional. Recordemos que un amplificador de audio
moderno es un gran amplificador operacional.
Por definición, el amplificador operacional trata de mantener equilibrada la diferencia de potencial entre
las entradas inversora y no inversora. Como vemos en el primero, conectado como seguidor, si sube 1V
la tensión sobre la entrada no inversora, la salida sube también 1V para compensar la diferencia e
igualar las dos entradas. Veamos el caso del segundo operacional. Aquí hay un divisor resistivo en la
cadena de realimentación, por lo que, si la entrada no inversora sube 1 Volt, la salida tiene que subir 2
Volt para que el divisor resistivo me entregue 1 Volt a la entrada inversora y así equilibrar las entradas.
Con este truco hemos logrado amplificar en tensión, ya que la salida es dos veces la señal de entrada.
Si colocamos un divisor por 10 en la realimentación obtendremos en la salida 10 veces la tensión de
entrada. Obviamente hay que alimentar el operacional con las tensiones y corrientes adecuadas para
obtener esas excursiones de tensión sin problemas.
Con respecto a esto volvamos a nuestro amplificador de 40 W
Veíamos en la primer fórmula que se necesitaban 18 Volt eficaces para lograr una potencia de 40 Watt.
Por lo tanto, la tensión de pico del amplificador debe ser de 18 V por la raíz cuadrada de 2, lo que nos
da un poco más de 25 Volt. Le sumamos a esto unos 5 Volt por pérdidas en los transistores y vemos
que necesitamos una tensión mínima de 30 Volt para los picos positivos y –30 Volt para los picos
negativos. Por eso utilizamos en este diseño una fuente partida con el 0 Volt a masa y dos salidas, una
de + 30 V y una de – 30 V.
Otro punto a tener en cuenta es la polarización de los transistores. La base debe estar 0,7 Volt más alta
que el emisor, de lo contrario el transistor no encendería en el paso por cero de la señal de audio, sino
0,7 V más arriba, ocasionando una seria distorsión que se denomina por cruce, como vemos en la
Figura 3.
Otro detalle a tener en cuenta en el diseño del amplificador es la ganancia en tensión que debe
desarrollar. En el peor de los casos será conectado a una salida de línea de una cassetera o un
sintonizador de FM, que tiene una salida de línea normalizada de alrededor de 250 mV. Para lograr una
excursión de 18 Volt debe tener una ganancia en tensión de 18 / 0,250 = 72. La relación de
amplificación de tensión en un operacional se da con la relación de resistencias de realimentación. Por
las dudas le damos un factor de amplificación de 82 y le colocamos un preset en la entrada para bajar la
ganancia en caso de utilizar fuentes con mayor salida. Este preset se regula de forma que con el
volumen al máximo el amplificador no distorsione, porque el exceso de distorsión puede quemar los
tweeters e incluso los transistores finales.
Veamos ahora una explicación detallada del circuito del amplificador de 40 Watt, mostrado en la Figura
4:
Vemos que la señal de entrada ingresa por un preset para regular el volumen máximo y un capacitor,
preferentemente no polarizado de 10uF a la base de uno de dos transistores BC548 configurados como
par diferencial (corazón de un amplificador operacional). Un capacitor de 100 pF deriva las componentes
de muy alta frecuencia a masa, dado que pueden hacer oscilar el equipo. Un resistor de 82 K polariza el
primer transistor y tiene como referencia la masa del sistema (0 V). Para que el par diferencial trabaje
equilibrado es necesario alimentar sus emisores con una fuente de corriente constante, trabajo que
realiza la resistencia de 47 K que se alimenta de una fuente de tensión constante como es el diodo
zener de 24 V. Este asimismo se alimenta de un sistema que elimina los transitorios de tensión que
puedan llegar a producirse en la tensión de salida por medio del filtro creado a partir del diodo 1N4007,
el capacitor electrolítico de 47 uF y la resistencia de 1 K.
En el colector del transistor PNP BD140 tenemos ahora la tensión de entrada amplificada 82 veces, de
acuerdo a la relación de la resistencia que alimenta la entrada inversora (segundo transistor BC548) y
su derivación a masa (1 K a través de un capacitor de 47 uF). Este transistor alimenta un par de
transistores 2N3055 en simetría cuasi complementaria. Este par de transistores junto a dos driver
BD139 y BD140 son el amplificador de corriente, dada la enorme ganancia de corriente de esta
configuración, típicamente de 1.000, por lo que si en la salida debe entregar 2,2 Amper, habrá que
excitar la base con solamente 2,2 mA, haciendo que el amplificador de tensión trabaje “liviano” o
“suelto”, pudiendo reproducir con fidelidad la señal de entrada. ¿Cómo es esto? Imaginen que tienen
que sacudir una mano imitando el aletear de un pájaro. Con la mano libre lo pueden hacer con rapidez,
pero si la cargamos con una bola de bowling no podremos moverla mucho. Con los amplificadores pasa
lo mismo: el amplificador de tensión se pone “pesado” si a su vez tiene que alimentar una carga de baja
impedancia, por eso, cada uno hace su trabajo.
Vemos asimismo que las bases estás interconectadas entre sí por cuatro diodos (uno por cada juntura
de transistor de salida) que polarizan los transistores de forma que en estado de reposo (sin señal de
audio) dejen pasar una pequeña corriente (entre 10 y 20 mA) para evitar la distorsión por cruce. Esta
corriente se ajusta con el preset de 500 ohm.
Nos queda entonces analizar una red compuesta por dos resistencias de 4K7 y un electrolítico de 47 uF.
Esta red se conoce como “bootstrap” y evita que ante una excursión muy grande de la tensión de salida
(a alto volumen) falte tensión para saturar el conjunto de transistores BD140 / 2N3055.
El capacitor de 0,1 uF y la resistencia de 10 ohms amortiguan los efectos que puede producir una
componente reactiva (el parlante) sobre el amplificador y disminuyen las oscilaciones de alta frecuencia.
La fuente partida de alimentación la podemos ver en la siguiente Figura 5:
Los transistores de salida deben manejar una corriente importante, por lo que generan una cantidad de
calor que debe ser disipada. Para ello hay que montarlos sobre un disipador, pero proveyéndole
aislación eléctrica por medio de micas o separadores aislantes, que dejan pasar el calor pero impiden el
contacto eléctrico de las carcasas de los transistores que como sabemos, son el Colector de los
mismos. Lo veremos en la Figura 6:
El ajuste de la corriente de reposo es muy simple: para que el amplificador funcione bien a bajo volumen
debe circular por el par de transistores de salida (Sin señal, o sea con el volumen completamente bajo)
una corriente de por lo menos 20 mA, que ajustaremos desplazando en el sentido de las agujas del reloj
el preset de 500 ohm. Insertamos de una de las resistencias de 0,47 ohm 2 Watt las puntas de un
multímetro en la escala de 200 mV. Utilizando Ley de Ohm vemos que una corriente de 0,02 A
atravesando una resistencia de 0,5 ohm provoca una diferencia de potencial de 0,01 Volt. Ajustamos
entonces el preset hasta que el multímetro lea 10 mV (0,010 Volt).
Otro punto a tener en cuenta en el montaje en el gabinete es el de enviar las masas a un solo punto en
el chasis. Si desparramamos las tomas de tierra por todo el gabinete metálico nos generará ruidos y
oscilaciones indeseables que pueden hacer calentar los transistores de salida de forma inapropiada
LISTA DE MATERIALES:

1 plaqueta pertinax 6 cm x 6,5 cm

1 disipador

2 transistores 2N3055 con micas (2) y niples (4)

2 “ BD140

1 “ BD139

2 “ BC548

1 zener 24V 1W

6 diodos 1N4007

4 electrolíticos 47uF 35V

2 “ 10uF 35V

1 cerámico 27 pF

1 “ 100 pF

1 “ 0,47uF (473)

1 poliéster 0,1 uF (104)

2 resistencias 0,47 ohm 2W

1 “ 10 ohm 2W

2 “ 10 ohm

2 “ 100 ohm 2W

1 “ 100 ohm

1 preset 500 ohm

2 resistencias 1 K

1 “ 2K7

2 “ 4K7

1 “ 47K

2 “ 82K
PROPUESTA (2)
http://ladelec.com/practicas/circuitos-analogos/346-amplificador-de-audio-de-40-w
Con una fuente de poder entre 16 V y 40 V dual, podemos construir este poderoso
amplificador de 40 W con todo tipo de protecciones internas y unos pocos
componentes utilizando el integrado LM3875.
La ganancia viene fijada en 15aprox. pero se puede modificar cambiando la
relación de la R de realimentación de 39 K por otra de mayor valor
Distribuidor de Señal de Audio
http://www.electronicafacil.net/circuitos/Distribuidor-senal-audio.html
La señal proveniente de una fuente de línea (1 Vpp) en adelante ingresa a los módulos por los terminales izq. y der. Cada módulo está
formado por dos circuitos integrados LM386 que se encargan cada uno de amplificar uno de los canales estéreo. De esta forma la
señal débil de entrada sale potenciada por el jack de salida.
Se deberán montar tantos módulos como auriculares se requieran conectar. Es una buena medida en una sala de reuniones armar
tantos módulos como butacas haya. En tanto en un estudio de grabación o en una sala de radio la proporción es un poco diferente ya
que suele haber gente de pie que también escuchan audio.
El potenciómetro de volumen debe ser logarítmico y doble, quedando uno para cada canal lateral de esa salida.
Si el equipo será alimentado por baterías se recomienda que el potenciómetro de cada canal incluya una llave de modo que se pueda
apagar aquel canal que no se use y de esa forma lograr bajar el consumo de corriente prolongando la duración de la carga de las
baterías.
Alimentación :


V max: simple 12V DC
I max: 0.2A
Mezclador de 4 micrófonos
Este circuito se suele emplear en mesas redondas o salas de reunión para captar el audio de todos los interlocutores sin la necesidad
de dar a cada uno de ellos un micrófono. Colocando esto en el centro de la mesa se logra captar el audio de cada uno de ellos gracias a
que está formado por cuatro cápsulas de electret con un control de nivel de recepción individual para cada una.
Podemos decir que este circuito consta por un lado de cuatro módulos de electret, cada uno de ellos proveen alimentación a la cápsula
por medio de la resistencia de 10 k Ω , bloquean la DC por medio del condensador de 1 µF y colocan esa señal AF resultante sobre el
extremo de un potenciómetro que hace las veces de ajuste de recepción. El punto extremo opuesto se pone a masa para permitir
enmudecer ese lado de la mesa mientras que por el punto central se deriva la señal final resultante. Las resistencias de 100 k Ω y el
transistor FET forman una red sumadora y preamplifican algo la señal, la cual puede ser aplicada sin problemas tanto en una entrada
de línea como en un canal de micrófono de una consola.
El cable de salida debe ser del tipo blindado para evitar que el sonido resultante sea "invadido" por interferencias o ruidos.
Otra recomendación que no aparece en el esquema es colocar un condensador de 100 nF entre +V y masa dentro del circuito impreso
del aparato.
Los potenciómetros permiten ajustar la sensibilidad de cada uno de los micrófonos. Esto es útil cuando de un lado de la mesa hay
mas personas que del otro o cuando una de las personas habla demasiado alto con respecto a los otros.
Alimentación :


V max: simple 9V DC
I max: 0.1A