Amplificador de audio 40w

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 casorecorro 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 lapotencia 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 Ohmcalculamos 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: elamplificador 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, elamplificador 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 derealimentación, 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 deentrada. 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 cuadradade 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 lostransistores. 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...