Construccion de Un Amplificador de Audio de 100W de Potencia Por Canal

CONSTRUCCIÓN DE UN AMPLIFICADOR DE AUDIO DE 100W DE POTENCIA POR CANAL, CON CONTROL DE TONOS Y SISTEMA DE RETARDO DE CONEXIÓN DE PARLANTES.

INTRODUCCION.

Un amplificador de potencia convierte la potencia de una fuente de corriente continua (Polarización VCC de un circuito con transistores), usando el control de una señal de entrada, a potencia de salida en forma de señal. Si sobre la carga se desarrolla una gran cantidad de potencia, el dispositivo deberá manejar una gran excursión en voltaje y corriente. Estos son muy importantes en la actualidad por estar presentes en todo equipo electrónico como teléfonos, televisores, computadoras, MP3, etc. Y que presentan una cierta complejidad en sus circuitos a medida que aumenta la calidad y la potencia. Por ello la construcción del amplificador de potencia constituye un esfuerzo por  comprender la teoría de circuitos relacionada y su funcionamiento.

Definición de amplificador.

Un amplificador es un dispositivo, circuito o sistema que refuerza una característica de una señal. Así surgen los amplificadores de corriente, de tensión o de potencia. Este último tipo de amplificador se distingue por entregar a la carga que se encuentra en su salida una cantidad considerable de potencia, manteniendo proporcionalmente la apariencia de dicha señal, y debe mantener estas cualidades para el rango de frecuencias que se le exija. Clasificación de los amplificadores de potencia.

  Normalmente se clasifican en 4 tipos, según la forma de la onda de corriente del colector frente a una entrada senoidal. Se clasifican en clase A, en clase B, en clase AB y en clase C 

En clase A, la IC del transistor el mayor que la IS de alterna en la carga.

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En clase B, el transistor está polarizado con IC=0 y sólo conduce con medio ciclo de la señal.

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En clase AB, el transistor está polarizado con IC0 pero pequeña, mucho menor  que la IP de alterna. En transistor conduce un poco más de medio ciclo de la señal de entrada.

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En clase C, el transistor conduce un poco menos de medio ciclo de la señal de entrada. Corriente no lineal, tipo pulsátil mayor distorsión. Puede ser eliminada usando un circuito LC resonante sintonizado a la frecuencia de entrada y actúa como un pasabanda. Se usan en radio frecuencia (no en audio).

Características de los amplificadores de potencia.

La complejidad de un amplificador depende, entre otros factores, del tipo de señal a amplificar y de la cantidad de amplificación o ganancia que esta requiera. Sin embargo, independientemente de estas circunstancias, la mayoría de amplificadores tienen en común las siguientes características.

a) Todos utilizan, por lo menos un dispositivo activo, ya sea un tubo al vacío, un transistor bipolar (NPN, PNP), un transistor de efecto de campo (FET, MOSFET), un circuito integrado, etc., o una mezcla de dos o más de estas tecnologías, en cuyo caso se denominan amplificadores híbridos.  b) Todos requieren de una fuente de alimentación de corriente continua para operar. La mayoría de fuentes de alimentación obtienen su potencia primaria de la línea de   potencia de corriente alterna. Sin embargo, los equipos portátiles y de automóvil utilizan baterías para este propósito.

c) Todos se pueden caracterizar especificando su ganancia, su impedancia de entrada, su impedancia de salida y la respuesta en frecuencia.

Diagrama en bloques del amplificador.

El amplificador propuesto está compuesto por cuatro bloques principales a saber: Fuente de alimentación, preamplificador, etapa de potencia y circuito de retardo de conexión para parlantes. En la figura 1 se puede ver el diagrama mencionado.

Para explicar el funcionamiento general del amplificador se tiene que la señal estéreo que proviene de un DVD, un reproductor de mp3 o cualquier otra fuente de señal de audio, ingresa al sistema mediante unos conectores posiblemente RCA hacia al preamplificador, este contiene un control para bajos y altos además del control de volumen, la señal ya tratada al gusto del usuario va directamente a la etapa de potencia, la cual, amplifica tanto en tensión como en corriente los pocos milivoltios que salen del preamplificador, esta señal amplificada llega al bloque de circuito de retardo, que tiene la función de conectar los  parlantes después de algunos segundos de haber encendido el amplificador, esto se hace así  para evitar el llamado plop que se escucha cuando se prende el sistema. El bloque restante es la fuente de alimentación, que genera todas las tensiones y corrientes necesarias para hacer andar el amplificador.

Fuente

de alimentación.

Este bloque está formado por el transformador de entrada, que en el bobinado   primario es de 110Vac y el secundario está compuesto de dos bobinados uno de 35Vac+35Vac y el otro de 10Vac+10Vac con respecto a una toma central. La tensión más alta pasa por un puente rectificador de unos 6 amperios y los capacitores electrolíticos C1 y C2 para completar la conversión en continua. La tensión más baja pasa por los diodos D1, D2, D3, D4, y por los capacitores C9 y C10 para después pasar por lo reguladores U3 y U4 de matrícula LM7812 y LM7912 estos generan la tensión para los preamplificadores. En las figuras siguientes se muestra el diagrama propuesto para este bloque y el circuito impreso diseñado, cabe destacar que este último nos lo facilito una persona apta para el diseño de circuitos y con años en la puesta a punto de amplificadores.

Preamplificador:

El preamplificador tiene la misión de acondicionar la señal de entrada y modificar la tonalidad de la misma al gusto del usuario. El circuito se muestra en la figura siguiente y está construido por dos amplificadores operacionales de matrícula RC4558. La señal que  proviene mediante el conector de entrada pasa por en capacitor de acoplo C1, R1, R2 y R3 forman un divisor para que operacional no distorsione con poca señal, como se puede evidenciar es un amplificador no inversor donde la ganancia la fija los resistores R4 y R5, conectados al pin no inversor del operacional. La red de control de tonos se compone en dos partes, la sección donde están los  potenciómetros que es una red tipo bandaxall la que corta la señal de bajos está formada por  Rv1, R11, R12 y C3. La cual llega a la entrada del operacional mediante R13, le sección que corta los altos es Rv2, R15, R14 y C4. El operacional U2.A amplifica la señal y su ganancia depende del corte que se realice con el control de tonos. El potenciómetro Rv5 es el control de volumen y C8 es el capacitor de acoplo para la etapa de potencia. El preamplificador posee su propia fuente de alimentación, esto es para evitar ruidos hacia la etapa de potencia y también un mejor funcionamiento. La tensión de entrada requerida tiene que ser de 12 + 12 a 15+15Vac, el puente rectificador formado por los diodos D1, D2, D3 y D4 convierten la señal alterna en pulsos continuos que mediante C9 y C10 logran tener una salida de corriente continua sin rizado como los operacionales del  preamplificador necesitan una tensión simétrica y estable para trabajar se le agregaron unos reguladores de tensión de la serie 78xx de 15Voltios para la regulación.

Diagrama esquemático del preamplificador.

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Componentes del preamplificador.

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Impreso del Preamplificador

Etapa

de potencia.

La etapa de potencia está compuesta por dos amplificadores clase AB de simetría complementaria. Pero para analizar la etapa de potencia se va a tratar por un solo canal la cual el análisis de uno servirá para el otro. En la figura xx Está compuesta por una etapa de entrada, una etapa de amplificación en tensión y una etapa de salida. La etapa de entrada es un amplificador de transconductancia, donde ante una entrada de tensión diferencial se obtiene una corriente de salida, en este caso se trataría de sumar la señal de entrada con la señal de realimentación negativa de la salida. Yendo al circuito la entrada diferencial está conformada por Q9 y Q10 que son transistores PNP de matrícula 2N5401, C2 acopla la señal de entrada que viene del preamplificador R15 es un resistor para ayudar a obtener una cierta impedancia al circuito diferencial, que en este caso es del mismo valor del resistor. La resistencia R14 trabaja como una fuente de corriente esta lleva alrededor de unos 22mA, la tensión en ese nodo donde están conectados los emisores de los transistores es de 0,7V aproximadamente. Los resistores R10 y R11 trabajan como una fuente espejo de corriente además de limitar esta última para que no se dañe los transistores. La corriente en cada colector de los transistores es prácticamente igual al de los emisores, que está alrededor de 22mA/2 = 11mA. Ahora en la base del transistor Q10 se encuentran R12, R13y C1 la cual forma lo que se conoce como lazo de realimentación que sirve para fijar la ganancia del circuito y además el ancho de banda. La etapa de amplificación de tensión está compuesta por una segunda etapa diferencial, la cual están los transistores Q6 y Q7, es decir tienen una corriente constante a través de estos y además de amplificar en tensión la señal proveniente de los colectores de los transistores de entrada. El capacitor C3 tiene la función de eliminar la alta frecuencia que esta alrededor de unos 22KHz, el transistor Q8 es un PNP que realiza la función de fuente de corriente de la etapa de salida, este último es importante para dar estabilidad a la etapa. Los diodos D2 y D1 polarizan la base del transistor.

Ahora le toca a la etapa de salida, que tiene la misión de aumentar en tensión y corriente la señal que proviene de la sección elevadora de tensión. Q5, R6, P1 y R5 es un circuito llamado multiplicador Vbe, este fija como una especie de control para la base de los driver de salida, y además para evitar la distorsión de cruce por cero, este control se realiza mediante el preset P1, cabe decir que la tensión que esta entre el colector y el emisor  esta alrededor de unos 1,8 voltios. Hay que tener en cuenta que no puede ser más de 2.6V  por que los transistores de la etapa de salida empezarían a conducir y así un calentamiento de los mismos, que puede llegar a destruirlos por efecto Joule. La etapa de salida termina con Q1, Q2, Q3, y Q4 que tienen la configuración de ser  clase AB de simetría complementaria, Q3 y Q1 amplifican el semiciclo positivo de la señal y Q4 y Q2 el semiciclo negativo, los resistores R3 y R4 hacen de realimentación para la doble configuración darlington, y también de mejorar la linealidad y la rapidez de respuesta. Las resistencias R1 y R2 ayudan a linealizar la impedancia de base de salida y colaborar con la estabilidad térmica del conjunto y además de trabajar como limitadores de corriente o fusistores.

Diagrama esquemático amplificador.

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componentes del amplificador.

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impreso del amplificador