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¿COMO ARMAR UN AMPLIFICADOR DE
400W?
¿Quien no ha pensado en construir su propio amplificador de audio alguna vez?
Seguramente a todos se nos ocurrió en nuestros comienzos como estudiantes de
electrónica realizar ese proyecto y que por supuesto funcionara perfectamente.
Muchos se quedaron en el camino y unos pocos lograron que sonara el amplificador
pero no como querían. Sin embargo ahora es posible.
El objetivo de este tutorial es mostrar y explicar el proceso completo de la
construcción de un potente amplificador de 400W por canal.
Es necesario tener conocimientos intermedios de Electrónica y nociones sobre
mecanizado y ajuste.
Partimos del único elemento crítico que debe conseguir, y es la tarjeta del
circuito del amplificador de 400W LADELEC. También podemos construirla
nosotros mismos si sabemos hacer el circuito impreso a partir del plano que
adjuntamos a continuación.
Todo lo demás puede conseguirlo con cualquier proveedor de partes electrónicas en
su ciudad.
Tenga en cuenta que si usted fuera a comprar el aparato ya terminado en cualquier
país de latinoamérica, le costaría el equivalente a USD$400 ($1.000.000 en
Colombia) mientras que si usted lo arma le costaría un 35% - 40% de ese valor.
Para comenzar con nuestro amplificador dividiremos nuestro aparato en bloques
así:
1. Chasís
2. Fuente de poder
3. Pre-con tonos
4. Driver amplificador de 400W
5. Transistores de potencia de salida con disipador de calor
6. Accesorios y conectores
Luego adquirimos las piezas una a una según nuestro presupuesto; si tenemos para
comprarlas todas de una vez, mejor. Vamos con el chasís:
CHASIS
El chasís o caja metálica es donde alojaremos las piezas de nuestro amplificador.
No es crítica, es decir nuestro amplificador puede funcionar sin el, pero no es
recomendable.
Las medidas del chasís deben estar muy aproximadas a las siguientes:
Altura: 13 cms Frente: 40cms y Fondo 35cms.
Hay disponible un chasís desarmable que se envía por correo y es muy funcional.
Sea cual sea el que elijamos que sea resistente al peso y robusto para que soporte
la vibración a la que estará expuesto por las ondas sonoras.
Debe poseer un orificio de 4 pulgadas para el extractor de calor, como también
orificios para el conector de los parlantes, conectores de señal de entrada, cable
de alimentación, portafusible, suiche ON-OFF y para el volumen, altos, medios y
bajos.
Tomemos las piezas comenzando por la base. Atornillamos los 4 soportes plásticos
que hacen de patas y luego atornillamos el frente y espaldar. Por comodidad
dejamos sin atornillar los laterales para facilitar el trabajo que sigue.
Veamos los otros bloques y luego explicaremos paso a paso el armado.
FUENTE DE PODER
Para la fuente de poder necesitamos el transformador de poder, los dos
condensadores de filtro, el puente rectificador, el circuito impreso y opcionalmente
dos diodos zener de 15V a 1W y 2 Resistencias de 3K a 5W.
El transformador debe poder suministrar 800W de potencia, 50VAC-50VAC en el
secundario; primario según la red: 120VAC ó 220VAC.
Los condensadores deben ser de 10.000uF/80V minimo. Ideal de 15.000uF/80V.
El puente rectificador debe ser de 35 Amperios a 400V para trabajar tranquilos.
El circuito impreso de la fuente de poder lo puede solicitar por correo a LADELEC
o adquirirlo en su ciudad.
Adjuntamos el plano de la fuente:
PRE CON TONOS
El complemento ideal de todo amplificador de audio. No es crítico, es decir nuestro
amplificador puede funcionar sin el, pero no es recomendable.
Su efecto es que logra excitar al 90 - 100% de su capacidad a la tarjeta DRIVER
que es la que amplifica el sonido. Si no estuviera el amplificador solo rendiría un
40% - 45% de su capacidad. Sonaría de todos modos pero no igual ni tendría
refuerzo en los sonidos bajos, medios y altos.
El circuito impreso lo puede solicitar por correo a LADELEC o adquirirlo en su
ciudad. Se alimenta con +15VDC y -15VDC, si decide colocarlo debe adquirir los
diodos zener y las resistencias de la fuente de poder, con el fin de adaptar los 75 V
DC a 15VDC.
Adjuntamos el plano del pre con controles de tonos:
El bloque más importante en este montaje. Incorpora El mejor amplificador por su
calidad en sonido y estabilidad gracias al diodo zener de 18V y tambien al doble
diferencial depurador de sonido. Con una alta ganancia producto de la resistencia
de realimentación de 68K y los transistores de mediana-alta potencia de salida.
Todos los componentes deben ser originales, en especial los transistores.
Si desea puede solicitarlo por medio de nuestra web de ventas. Este kit está
probado que funciona en el 100% de los casos.
Tome las resistencias que se suministran y coloquelas en sus lugares
correspondientes, igual con los condensadores, filtros, espadines, transistores,
diodos y vaya soldandolos uno a uno. Por el momento deje las tarjetas ya armadas
a un lado mientras vamos al 5to. bloque.
Estos elementos son muy importantes ya que son los que en realidad aplican el
voltaje a los parlantes que nos lo hacen llegar en forma de sonido.
Deben ser originales, ya que van a estar en una fuente de 75+0-75, es decir que
verán un total de 150 VDC. Además van a reproducir una señal de excelente
calidad en sonido lo cual se dificulta cuando no son originales causando un sonido
desagradable. Son referencia 2SC3858.
Aplíqueles silicona disipadora de calor en la parte posterior, ponga el aislante de
mica a cada uno y luego atornillelos en el disipador de aluminio, teniendo una
separación entre si de por lo menos 2 cms entre cada transistor.
A los emisores sóldeles una resistencia de 0.33ohm ó 0.22ohm a 5W. y ponga a un
lado este bloque para pasar al siguiente.
En este bloque las piezas a utilizar pueden escogerse al gusto personal.
Lo que importa es que cumplan la función asignada. Se requieren los siguientes:
2 conectores RCA de entrada de señal de audio.
1 Portafusible de rosca largo. Fusible de 6 amperios o de 7 si se consiguen.
1 cable de alimentación. Prefiera que sea calibre 16, minimo calibre 18.
1 conector para parlante de dos puestos. Recuerde que el amplificador es
stereo(2 canales).
1 Extractor de calor de 4 1/2 pulgadas o similar, si compra la rejilla adicional
mejor.
1 suiche con neón.
4 perillas para los controles de volumen, bajo, medios y brillo.
5 metros de cable vehículo calibre 16AWG. Un color diferente por metro.
Soldadura.
Tornillos con tuerca de 1/8 " por 3/4 "
Herramientas: Taladro; broca de 1/8, atornillador de paleta; atornillador
de estria; serie de prueba de 100 W.
Si compró el chasís solamente quitele la tapa y empecemos; si lo compró en kit
solamente atornille a la base el frente además del posterior.
Atornille el extractor de calor y la rejilla si la compró. Igual con el conector para
parlantes. Enrosque los conectores RCA y el portafusible de rosca. Coloque el
suiche con neón en su lugar e introduzca el cable de alimentación.
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Luego ubique el transformador y fijelo con tornillos. Haga lo mismo con los
disipadores de calor y la tarjeta de la fuente de poder, la tarjeta driver y el preamplificador. Visto por encima la ubicación se vería de esta forma. Pase el cursor
sobre la imagen para ver los nombres de los bloques.
Hasta aquí todo se limita a mecanizado. Ahora viene el cableado el cual requiere de
usted conocimientos intermedios de electrónica. Si no los tiene es posible que no
entienda los términos usados por lo que deberá solicitar ayuda.
Nuestro amplificador está armado en un 85%. Vamos al 15% que le falta:
Solde una punta del cable de alimentación al portafusible y la otra al común del
suiche. El borne sobrante del portafusible va al suiche en el punto que quede OFF
de acuerdo a la posicion y ON si está en ON. De ahí nos va a quedar un terminal
libre que junto con el común del suiche nos darán los dos cables con el voltaje de
alimentación.
Estos dos cables los hacemos llegar en paralelo tanto al transformador como al
extractor.
Hecho esto ponga un fusible de 7 Amperios si trabaja con 120VAC y 3 Amperios si
trabaja con 220VAC. Probemos que todo va bien. Para ello utilize una serie de
prueba por seguridad. Ya debe prender y apagar el extractor con el suiche.
Pasamos a los tres cables del secundario del transformador: un extremo tiene
50VAC el centro tiene 0 VAC osea es GND y el otro tiene 50VAC también. Soldelos a
la tarjeta de la fuente en su lugar correspondiente. La tarjeta tiene a la salida tres
terminales marcados +75V, 0V (GND) y -75V. Con ellos alimentamos la tarjeta
Driver de 400W por canal.
La tarjeta Driver tiene 5 bornes de salida por canal, estos son:+V, B+,SP, B-, -V.
Soldamos un cable de color rojo entre +75V de la fuente y +V de la driver.
Soldamos uno negro entre -75 V de la fuente y -V de la driver. Repetimos con el
otro canal.
Nos queda B+, SP y BB+ es la base de los transistores conectados al +75V.
B- es la base de los transistores conectados a -75V. Soldamos un cable de color
amarillo en estos puntos y repetimos con el otro canal.
El SP es el terminal que va al parlante. Debe llegar también a la unión del emisorcolector de los transistores según el esquema (ver acá). Soldamos entre estos
puntos y entre estos y el conector para parlante un cable color azul. Repetimos con
el otro canal.
Luego vamos al común o GND también llamado tierra. Es 0V y lo pondremos de
color verde. Soldamos el GND de la fuente al GND de las tarjetas driver y al borne
negro de los conectores para parlantes. Por lo tanto los conectores de parlante ya
deben estar listos.
Estamos en un 90% solo falta definir si vamos a usar pre-amplificador o no. Si no
lo vamos a usar entonces soldamos un cable blindado stereo a los dos conectores
RCA de entrada de señal. El otro extremo lo soldamos a un potenciómetro de 50K
stereo y de ahí soldamos otro cable blindado stereo hacia la entrada de señal de las
driver.
No hay confusión ya que están rotuladas estas entradas. El GND de la señal se
solda junto al GND que viene de la fuente. Repetimos la operación con los dos
canales. Le ponemos una perilla o botón al potenciómetro y probamos el
amplificador con una señal que puede venir de un VCD, DVD, WALKMAN etc. Si
tiene dudas pruébelo con una serie que tenga un bombillo de 100W.
Por otro lado si vamos a usar el pre-amplificador entonces soldamos el cable
blindado entre el terminal RCA y las entradas de señal del pre. La salida de señal la
llevamos con cable blindado a la entrada de señal de las driver. Colocamos los
potenciómetros y le soldamos los cables tipo ribbon o cable plano de tres hilos.
El potenciómetro de volumen debe ser de 50K stereo. El de Bajo debe ser de 100K
stereo, el de Medios debe ser de 100K y el de Altos de 500K. Soldamos los cables y
los hacemos llegar a sus lugares correspondientes.
El pre- necesita +15V y - 15V de alimentación. Para ello utilizamos la R de 3K a 5W
junto con el Zener de 15 V a 1w para bajar los 75V hasta 15VDC. Hacemos lo
mismo con los -75VDC y con los voltajes ya regulados de +15 y -15 alimentamos el
pre. El GND de la fuente debe ir al GND del pre.
Adjuntamos el plano de esta variante en la fuente:
Probamos nuestro amplificador inicialmente con la serie y en volumen minimo. Le
vamos subiendo poco a poco el volumen y si todo va bien lo conectamos directo a
la red sin la serie. Ahora nos toca disfrutar de un Amplificador armado por nosotros
y de excelente calidad.
¿Cómo funcionan los amplificadores?
Cuando la gente se refiere a los amplificadores, normalmente están hablando
de componentes o equipamiento musical. Pero esto solo es una pequeña
representación del espectro de los amplificadores de audio. La realidad es que
estamos rodeados por amplificadores. Los puedes encontrar en televisores,
ordenadores, reproductores de todo tipo, y muchos otros dispositivos que usan un
altavoz para producir sonidos. Veremos en este guía básica, qué es lo que hacen los
amplificadores y como lo hacen. Los amplificadores pueden ser dispositivos muy
complejos con cientos de pequeñas piezas, pero el concepto que existe detrás de
ellos es bastante sencillo. Puedes coger una imagen clara de cómo funciona un
amplificador examinando los componentes básicos.
El sonido es un fenómeno fascinante. Cuando algo vibra en la atmósfera, mueve las
partículas que hay alrededor. Estas partículas en el aire, a su vez mueven las
partículas de aire que las rodean, llevando el pulso de vibración por el aire.
Nuestros oídos capturan estas fluctuaciones en la presión del aire, y las traduce a
señales eléctricas que el cerebro puede procesar.
Los equipamientos de sonido electrónico funcionan básicamente de la misma
manera. Representa el sonido como variaciones de corrientes eléctricas. De una
forma rápida, podemos decir que hay tres pasos en esta clase de reproducción de
sonido:



Las ondas de sonido mueven un diafragma en el micrófono hacia
delante y atrás, y el micrófono traduce este movimiento en una
señal eléctrica. Dicha señal eléctrica fluctúa para representar la
compresión y variaciones de la onda de sonido.
Un grabador codifica la señal eléctrica como una especie de esquema
– como impulsos magnéticos en una cinta, por ejemplo, o como
surcos en un disco de vinilo.
Un reproductor reinterpreta este esquema como una señal eléctrica y
usa la electricidad para mover el cono de un altavoz adelante y
atrás. Esto recrea las fluctuaciones de la presión del aire
originalmente grabadas por el micrófono.
Como puedes ver, todos los componentes principales en este sistema son
esencialmente traductores: Cogen la señal en una forma y la dejan en otra. Al final,
la señal de sonido es traducida a su formato original, es decir, a una onda de
sonido física.
Para registrar todas las fluctuaciones en una onda de sonido, el diafragma del
micrófono debe ser altamente sensitivo. Esto significa que debe ser muy delgado y
se moverse en distancias muy cortas. Por esto, el micrófono produce una pequeña
carga eléctrica. Este proceso es viable para la mayoría de las fases del proceso – la
corriente es de suficiente potencia para usar en el grabador, por ejemplo, y se
transfiere fácilmente por los cables. Pero el proceso final – mover el cono del
altavoz – es más difícil. Para hacer esto, hay que aumentar la señal de audio para
que tenga una corriente mayor, al mismo tiempo que mantiene el mismo esquema
de carga al fluctuar.
Este es el trabajo del amplificador. Simplemente produce una versión más potente
de la señal de audio. Veremos en la siguiente parte del tutorial, como hace este
proceso. Para continuar con la guía, pincha aquí.
Una mirada de cerca al circuito del amplificador
En la anterior parte del tutorial sobre amplificadores de audio, podíamos ver
que el trabajo de un amplificador es coger una señal de audio débil y
mejorarla para generar una señal suficientemente potente para hacer
funcionar un altavoz. Esto es una descripción precisa cuando se considera al
amplificador como un dispositivo general, pero el proceso dentro del amplificador
es algo más complejo. La realidad es que el amplificador genera una señal de salida
completamente nueva basada en la señal de entrada. Puedes entender estas
señales como dos circuitos separados.
El circuito de salida es generado por la fuente de alimentación del amplificador, que
recibe la energía de una batería o un enchufe eléctrico. Si el amplificador es
alimentado desde una corriente alterna que puede encontrarse en una casa, donde
el flujo de las caras cambia de dirección, esta fuente de alimentación la convertirá
en una corriente directa, donde la carga siempre fluye en la misma dirección. La
fuente también suaviza la corriente para que la señal sea continua e
ininterrumpida. La carga de este circuito de salida es mover el cono del altavoz.
El circuito de entrada es la señal de audio eléctrica grabada en una cinta, CD o
desde un micrófono. Su carga está modificando el circuito de salida. Aplica una
resistencia variable al circuito de salida para recrear las fluctuaciones de voltaje de
la señal de audio original.
Concepto básico de un amplificador; Una corriente más pequeña es usada para modificar una corriente
más grande.
En la mayoría de los amplificadores, esta carga es demasiado trabajo para la señal
de audio original. Por esta razón, la señal es potenciada por un pre-amplificador, el
cual envía una señal de salida más fuerte al dispositivo. El pre-amplificador
funciona de una manera muy parecida al amplificador: el circuito de entrada aplica
una resistencia variable a un circuito de salida generado por la fuente de
alimentación. Algunos sistemas de amplificadores usan varios pre-amplificadores
para gradualmente construir una señal de salida de alto voltaje.
¿Cómo hace esto el amplificador? Si abres el amplificador para encontrar una
respuesta, solo encontrarás una compleja masa de cables y componentes
electrónicos. Todas las piezas en un amplificador son importantes, pero ciertamente
no necesitas examinar cada una de ellas para entender como funciona. Solo hay
unos pocos elementos que son cruciales para que el amplificador funcione.
Elementos de un amplificador
El componente que puede sea el núcleo de muchos amplificadores es el transistor.
Los elementos principales en un transistor son los semiconductores, que son
materiales con una habilidad variable para conducir corrientes eléctricas.
Usualmente, un semiconductor está hecho de un conductor pobre como puede ser
la silicona, la cual tiene impurezas (átomos de otro material) añadidos a el.
Con la silicona pura, todos sus átomos de silicona se entrelazan perfectamente a
sus vecinos, no dejando electrones libres para conducir corrientes eléctricas. Con
una silicona tratada, unos átomos añadidos cambian la balanza, añadiendo nuevos
átomos libres o creando agujeros donde van los electrones. La carga eléctrica se
mueve cuando los electrones se mueven de agujero en agujero, por lo que
cualquiera de estos dos casos harán que el material sea más conductor.
Los semiconductores de tipo N, están caracterizados por sus electrones extra, los
cuales tienen una carga negativa. Los del tipo P tienen una abundancia de agujeros
extra, los cuales son de carga positiva. Si echamos un vistazo a un transistor de
juntas bipolares, veremos que hay tres capas, que para el ejemplo formaremos
con dos semiconductores del tipo N con uno del tipo P en medio. Nos lo podemos
imaginar como un bocadillo con los tipos de N haciendo de pan y el tipo P de
relleno.
La primera capa del tipo N se llama emisor, la capa P es la base y la segunda capa
N se llama el colector. El circuito de salida (el que hace funcionar al altavoz) es
conectado con electrodos al emisor y colector del transistor. El circuito de entrada
conecta con el emisor y la base.
Los electrones libres en las capas de tipo N quieren de forma natural, rellenar los
hoyos en la capa del tipo P. Hay más electrones libres que agujeros, por lo que son
llenados rápidamente. Esto crea zonas de vaciado en los bordes de los materiales N
y los materiales P. En una zona de vaciado, el material semiconductor es devuelto a
su estado original de aislamiento – todos los agujeros son llenados, por lo que no
hay electrones libres o espacios vacíos para los electrones, y la carga no puede
fluir. Cuando las zonas de vaciado son gruesas, la carga que se mueve del emisor
al colector es poca, aunque hay una diferencia de voltaje entre los dos electrodos.
Potenciando el voltaje
Cuando las zonas de vaciado son gruesas, puedes potenciar el voltaje en la base
del electrodo. El voltaje en este electrodo está directamente controlado por la
corriente de entrada. Cuando dicha corriente está fluyendo, la base del electrodo
tiene una relativa carga positiva, por lo empuja hacia si los electrones desde el
emisor. Esto libera algunos agujeros, lo cual disminuye las zonas de vaciado. Según
estas zonas son reducidas, la carga puede moverse desde el emisor al colector
más fácilmente – el transistor se vuelve más conductor.
El tamaño de las zonas de vaciado, y por tanto la conductividad del transistor, es
determinado por el voltaje en la base del electrodo. De esta manera, la corriente de
entrada en la base del electrodo varía la corriente de salida en el colector. La salida
entonces activa el altavoz.
Todo esto puede parecer algo complejo, aunque si leemos despacio y cogemos la
idea, es más sencillo de lo que parece. La meta de un buen amplificador es causar
la menor distorsión posible. La señal final que activa los altavoces debe imitar la
señal original de entrada lo más perfectamente posible, aunque haya sido
potenciada varias veces.
La misma idea explicada en este breve tutorial, puede ser usado para amplificar
toda clase de cosas, no solo señales de audio. Cualquier cosa que pueda ser
transportada por una carga eléctrica – por ejemplo, señales de video y radio puede ser amplificadas de similar manera.
En esta parte vamos a analizar de qué manera se calcula la potencia de salida de
un amplificador de audio.
Para ello debemos partir inicialmente del cálculo de la potencia disponible utilizando
la ley de ohm. En este punto no hay que asustarse porque las operaciones
matemáticas que hay que hacer son simples y solo necesitamos conocer dos
variables para hallar lo demás.
Potencia disponible ...con esto quiero decir que no puedes sacar más potencia o
vatios de donde no hay, y viene determinada por:
W= V x I por ejemplo si tu fuente de poder es de 10 amperios y +- 60 voltios con
tap central, entonces despejando W tienes una potencia disponible de 60+60=120
V x 10 A= 1200 W, ó 600 W por canal.
Este concepto es importante, ya que si tú colocas 12, 16, 24 ó 30 transistores
nunca sacarás más potencia de la potencia disponible.
Teniendo esto claro, podemos pasar a calcular la potencia de salida partiendo de la
base del número de transistores y su vatiaje individual.
Es aquí donde entra en juego la información del fabricante, es decir su hoja de
datos ( datasheet ) y su correcta interpretación.
Pongamos por ejemplo el 2SC 3856.
Audio Power Output
Features:
_ Recommended for 100W High Fidelity Audio Frequency Amplifier Output Stage
Absolute Maximum Ratings: (T A = +2 5.... C unless otherwise specified)
Collector–Base Voltage, V CBO 200V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.....................
Collector–Emitter Voltage, V CEO 200V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
......................
Emitter–Base Voltage, V EBO 5V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
......................
Collector Current, I C 15A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.......................
Base Current, I B 1.5A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.......................
Collector Power Dissipation (T C = +2 5.... C), P C 150W . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.....................
De estos datos nos interesa el del voltaje emisor colector máximo de 200 V, por lo
tanto no puede trabajar en una fuente que exceda este valor ni tampoco que esté
muy cercano a el por seguridad. Una fuente de +-100V cae dentro de lo susodicho.
Otro dato que nos interesa es el de la corriente de colector que puede manejar: 15
A máximo. Este dato es que más alegremente se mal interpreta, ya que piensan
que manejando 15 A y +- 60 Voltios podemos sacarle 120V x 15 A = 1800 W!
cuando más adelante dice que la disipación de potencia máxima que puede manejar
es de 150W.
Entonces, lo que debemos hacer es calcular corriente de colector pero teniendo en
cuenta de no pasarnos de 150 W . Sin embargo un transistor no debe usarse al
100%, es por eso que se recomienda no sacarle más de 100W. Volviendo al
ejemplo inicial tu fuente es de +-60 Voltios y tiene una potencia disponible de
600W por canal. Con este voltaje y teniendo en cuenta que cada transistor tiene
una capacidad de 100W, colocamos 6 en paralelo (3 en +V, y 3 en –V) y asunto
arreglado. Opcionalmente podemos mirar la corriente de colector que manejarían:
W/V= I es decir 100W/60V = 1.66 A. Como cada transistor puede manejar 15 A
estamos sobrados.
Ahora, una cosa es que tengamos una potencia disponible de 1200W y que
tengamos 6 transistores por canal (12 en total) y que cada uno puede manejar
100W, y otra muy distinta que tengamos 1200W en la salida. ¿Cómo sabemos que
potencia de salida tiene nuestro amplificador?
Aquí entra otra fórmula sencilla:
W= V2/R.
Este voltaje es el voltaje AC presente en el o los parlantes y R es la resistencia del
o los parlantes. Ejemplo:
En volumen máximo mediste un voltaje ac de 40V y tienes 2 parlantes conectados
a esa salida, entonces W= 1600/4 ya que 40 al cuadrado es 1600 y dos parlantes
de 8 ohm dan 4 ohm . El resultado de esta operación es 400W de potencia de salida
RMS.