Aprendiendo desde cero sobre amplificadores clase AB | Teoría, Diseño, Práctica

Ensamblando un Amplificador Clase A de 100W

Introducción al Proyecto

• El presentador menciona que hace unos meses subió un video sobre cómo ensamblar un amplificador clase A de 100 W, utilizando MOSFET en la etapa de salida, pero decide simplificar el diseño para hacerlo más accesible y económico.

Etapas del Amplificador

• Se explica que para amplificar una señal se puede usar un amplificador operacional en configuración no inversora, pero este solo amplifica tensión y no corriente, lo cual es necesario para conectar parlantes.

• Para aumentar la corriente, se introduce una etapa adicional llamada "amplificador colector común" o "seguidor de emisor", que permite amplificar corriente sin aumentar la tensión.

Diseño del Circuito

• Se discute la necesidad de un capacitor de acople para eliminar el nivel DC antes de conectar al parlante. También se menciona la ineficiencia del diseño inicial y la solución mediante otro seguidor de emisor simétrico usando PNP.

• La configuración Push-Pull se presenta como una solución donde los transistores NPN y PNP trabajan juntos: uno suministra corriente al parlante mientras el otro extrae corriente.

Problemas con Distorsión

• Se aborda el problema de distorsión por cruce cero en amplificadores clase B, donde las tensiones base-emisor deben ser adecuadas para evitar recortes en la señal.

• Se explica cómo asegurar que ambos transistores tengan suficiente tensión base-emisor mediante resistores polarizando diodos en serie, eliminando así la distorsión.

Mejora del Circuito

• Al polarizar parte del circuito en clase A y otra parte en clase B (clase AB), se mejora el rendimiento general del amplificador eliminando componentes innecesarios como capacitores de acople.

• Se sugiere llevar realimentación directamente a la salida para compensar caídas de tensión regulares y mejorar linealidad. Esto asegura que siempre haya un nivel adecuado presente en el parlante.

Consideraciones Finales

Amplificadores: Problemas y Soluciones

Efecto de Avalancha Térmica en Transistores

• La salida de un puente rectificador presenta rizado, lo que permite estabilizar la polarización al independizar la corriente de las variaciones de BCC.

• La corriente de reposo, que es pequeña (decenas de miliamperios), provoca un ligero aumento en la temperatura del transistor, afectando su funcionamiento.

• A mayor temperatura, la gráfica de tensión contracorriente del diodo se desplaza a la izquierda, incrementando la corriente y generando más calor, lo que puede llevar a temperaturas destructivas para los transistores.

• Para mitigar el efecto de avalancha térmica, se añaden resistores entre los emisores; sin embargo, esto reduce la señal de salida y desperdicia potencia en forma de calor.

• Es crucial encontrar un balance adecuado en los valores de los resistores para evitar una caída excesiva de tensión que afecte el rendimiento del amplificador.

Controlando la Corriente de Reposo

• Al añadir resistores entre los emisores, se requiere compensar con más diodos para mantener adecuada polarización; no obstante, las caídas no son uniformes entre ellos.

• Se busca controlar una corriente de reposo suficientemente grande para mantener encendidos los transistores sin sobrecalentarlos innecesariamente.

• Se introduce un multiplicador de tensión base-emisor como solución; ajustando estratégicamente los valores se puede controlar mejor la caída de tensión entre colector y emisor.

• Este ajuste se denomina "ajuste de vías", ya que implica modificar parámetros relacionados con la polarización del amplificador.

Diseño Final del Amplificador

• El diseño final incluye un filtro pasabajas con frecuencia corte a 20 kHz y una tapa protectora activa cuando hay sobrecarga en el amplificador.

• Se integra un trí en realimentación para ajustar variablemente la ganancia del amplificador desde 2 hasta 69.

• Dos capacitores forman filtros adicionales: uno pasa altas frecuencias (10 Hz), otro pasabajas (23 kHz), adaptándose según la ganancia elegida.

Consideraciones Adicionales

• Se añaden disipadores y diodos protectores; aunque algunos componentes pueden ser opcionales, su inclusión mejora el rendimiento general del amplificador.

• El amplificador está diseñado para parlantes de 8 ohmios alimentados por +17/-17 V provenientes de un transformador centralizado a 12 V con capacidad suficiente.

Cómo fabricar un amplificador clase AB

Proceso de fabricación y conexión

• Se presenta la serigrafía que indica cómo y dónde conectar todo en la carpeta del proyecto, incluyendo los archivos Gerber necesarios para la fabricación.

• El archivo Gerber se llama "Gerber baraj amplificador clase AB" y está en formato zip. Se recomienda pedir entre cinco a diez placas por un costo accesible.

• Al seleccionar el color de las placas, se menciona que el precio no cambia. También se debe especificar la localización del número de orden en la placa.

• Es necesario iniciar sesión o crear una cuenta en JLCPCB para proceder con el pedido. La creación de cuenta es sencilla e incluye opciones como iniciar sesión con Google.

Ensamblaje y componentes

• Se muestra cómo queda ensamblada la placa, mencionando ligeros cambios en valores y posiciones de componentes respecto a una transmisión anterior.

• Los transistores de la etapa Push-Pull deben montarse sobre un disipador grande, recomendándose uno más grande si no se usa ventilador.

• Se explica la importancia del aislante térmico para evitar cortocircuitos al montar los transistores sobre el disipador.

Ajustes iniciales

• Para garantizar un funcionamiento óptimo, se giran los tornillos de ambos streamers hacia la izquierda para minimizar ganancia y corriente de reposo.

• Se utiliza un transformador de 12V con 1 amperio para pruebas; aunque no es ideal, permite realizar ajustes iniciales con un puente rectificador adecuado.

Medición y calibración

• Conectando el multímetro, se mide tensión sobre el resistor emisor buscando alcanzar 10 mV, lo cual corresponde a 33 mA de corriente de reposo tras estabilizarse el circuito.

• Se conecta un generador de funciones ajustado a 1 kHz para observar salida del amplificador mediante osciloscopio; se nota recorte al acercarse a límites de alimentación.

Pruebas finales

• A medida que aumenta carga resistiva, aparecen efectos indeseados como recortes debido a limitaciones del operacional; esto es común en amplificadores independientemente de su calidad.

• El ajuste final depende del dispositivo utilizado; se recomienda maximizar volumen antes de ajustar ganancia para evitar saturación del amplificador.

Resultados y conclusiones

• El amplificador fue conectado a una cabina utilizada previamente; se destaca su capacidad para ofrecer buen desempeño incluso en ambientes ruidosos.

• Durante las pruebas, se escucha ruido ambiental antes y después de conectar el amplificador; este último demuestra ser efectivo al reproducir música sin distorsión significativa.