Amplificador Monofónico de 250 Vatios Cuasicomplementario

Buscando un amplificador de audio de gran rendimiento y buena respuesta de bajos, presentamos uno de los amplificadores más usados en los tan famosos sistemas de sonido llamados “Picós” que se construyen en nuestras costas colombianas. Gracias a nuestro colega Justo Beleño de Colombia, quien nos mostró éste 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.

Algunas características

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 le da una mayor contundencia y definición, que 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 audio. 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 que usemos, 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), que está 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 ésta manera obtener un amplificador para subwoofer, recomendamos cambiar este condensador por uno de 0.1 uF (104)
Ahora sigue una resistencia de 100K (R1) en paralelo. Esta resistencia se encarga de fijar la impedancia de entrada. Si se 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. El límite hacia abajo son los 20K. Si se coloca más baja, el amplificador sonará con menor volumen.

El Par diferencial

Ahora la señal llega a dos 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). Están 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 en R8 es igual a la ganancia del amplificador. En este caso 100K dividido 1K da como resultado una ganancia 100.

Regulación con diodo zener

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, a pesar de que se presenten cambios de voltaje 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, el 2SC1921 o el C2271.

Transistores pre-excitadores

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.

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 éste amplificador ya vienen ajustadas mediante dos diodos (D2 y D3). Sin embargo es importante antes de conectar los parlantes, verificar que todo esté correcto. Cuando las BIAS están descuadradas puede haber distorsión por cruce de frecuencias (ruido en bajo volumen). También pude haber 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.

Transistores impulsores

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). Esto garantiza la vida del componente. Recomendamos colocar un pequeño disipador el respaldo del transistor.
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 alimentar el amplificador a un voltaje inferior a los +/-70 voltios DC (50+50VAC), puede usar los transistores B688 (PNP). Claro está, 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.

Transistores de potencia

Los transistores de salida 2SC3858 son muy famosos por su gran potencia y rendimiento. Si no los consigue puede usar 2SC2922. Se deben ajustar muy bien al disipador 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 sí hayan quedado aislados del disipador. Se mide con el multímetro en continuidad. Se coloca una punta del multímetro en el disipador y la otra en el colector del transistor, que es el pin central. No deberá medir 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. La capacitancia debe estar entre los 4 y 6 nanofaradios.

Amplificador de respuesta plana

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 sobra decir que este amplificador también lo puede usar para amplificar su videorockola.

En esta ocasión la fuente de alimentación va por aparte de la tarjeta amplificadora. Esto facilita las cosas al momento de 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 una capacidad de 6.800uF y soporte 80V o más voltios. El puente rectificador debe ser 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 al principio de este artículo, en el diagrama eléctrico, se encuentra; entre a la salida del amplificador y el parlante, un par de resistencias de 10 ohmios, un condensador de 0.1uF y una bobina de 5uH. A este pequeño circuito se le conoce como Red de Zobel o bloqueo de oscilación. Su nombre se dió en honor al ingeniero Otto Julius Zobel. En el archivo PDF proporcionamos una tarjeta adicional para colocar estos componentes y la forma de conexión entre la salida del amplificador y los parlantes.
Como la idea es ahorrar espacio, hemos colocado la resistencia de 10 ohmios que va en paralelo con la bobina, en el interior de ésta. Se usan los mismos orificios para colocar la bobina y la resistencia.
El amplificador puede funcionar sin la Red de Zobel, pero es recomendable que la use. No tiene mayor costo y sí puede mejorar y alargar la vida útil de su amplificador.

Amplificador con controles de tonos

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. Se obtuvo 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 o del otro.
Por otra parte el Transformador ebe entregar un voltaje de 55×55 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.

Amplificador para bajo eléctrico

Otra gran prestación de este amplificador de sonido es su gran respuesta de bajos. Esto lo hace excelente para amplificar el preamplificador para bajo eléctrico que se encuentra en nuestra sección de Proyectos Preamplificadores.

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. Claro que esto depende directamente del voltaje y corriente del transformador.

Al colocar más transistores de potencia en paralelo, podemos obtener más potencia. Al hacer esto se debe cambiar el transformador de 55+55VAC, por uno de más voltaje. Ya esto depende de la cantidad de transistores que piense colocar y la cantidad de parlantes que use. Recuerde que para hacer este tipo de modificaciones se debe tener buen conocimiento en electrónica.
Si no tiene experiencia en el ensamble de amplificadores, le recomendamos que comience por construir el Amplificador de 30W que se encuentra en nuestra sección de Proyectos.

 

El Transformador

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 el amplificador se usa con una carga de 8 ohmios, se puede usar alambre un poco más delgado, que si lo trabaja a 4 ohmios.
EL transformador que se aprecia en las fotografías anteriore es un transformador con TAP central de 55+55V AC, Es decir que tiene tres cables de salida. Entre los  dos 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. La formaleta la hicimos uniendo dos formaletas de 3.8×6. Al cortar las formaletas se pierde un centímetro, por eso sólo nos dio 11 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 devanado secundario enrollamos 110 vueltas de alambre calibre 12. Hay que detenerse en la mitad de vueltas del devanado secundario para soldar un cable de salida que hará de TAP central o punto centro. Luego se enrolla la otra mitad de vueltas de alambre. Otra opción es enrollar el alambre en doble y así sólo tener que 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 devanado secundario se deberán enrollar 202 vueltas de alambre calibre 15, deteniéndose en la mitad de vueltas (Vuelta 101), para soldar el TAP central y luego enrollar 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 enrollar 405 vueltas en el devanado primario con alambre calibre 22. El devanado secundario es igual en ambos casos.

A continuación veremos las mediciones obligatorias, que debemos hacer antes de encender el amplificador.

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