Amplificador de 1000 Watios

amplificador de sonido estéreo de 1000 watts (Hasta 500W por canal, dependiendo de la calidad de los componentes y potencia del transformador). Es básicamente una versión expandida de la verson con , sustituyendo los transistores US por los TIP, dependiendo de la potencia del amplificador, en configuración complementaria de 10 transistores por canal. Está diseñado con un sistema de refrigeración de túnel, es de bajo ruido y alta fidelidad, que lo hacen un aparato óptimo para trabajo pesado en eventos al aire libre. Construyendo varios de estos y el crossover activo, se pueden hacer un sonido tipo Line Array.

Al final de este artículo también podrá descargar un PDF con una versión de más potencia que utiliza 16 transistores. Tenga en cuenta que si los transistores de salida que consiga tienen un hFE muy alto, no se logran los 500W con 10 transistores. En ese caso es mejor hacer la versión de 16 transistores. Para lograr los 500W con sólo 10 transistores, se necesita que los transistores de salida tengan un hFE menor a 50 y una capacitancia de 5 nanofaradios. Recomendamos los MJL194 y MLJ193.

ADVERTENCIA! Este es un proyecto que requiere un conocimiento avanzado en electrónica relacionada con audio. El costo del proyecto es relativamente alto y si sus conocimientos no están a nivel de poder entender el proyecto, podría fracasar y perder una buena suma de dinero. Así que si es principiante le recomendamos comenzar por proyectos menos complejos y más económicos, hasta que adquiera el nivel necesario para hacer este tipo de amplificadores.

Materiales

Son bastantes cosas las necesarias para hacer este amplificador. En la fotografía mostramos sólo los materiales que se requieren para hacer una de las tarjetas amplificadoras de 500W. Se requieren el doble de componentes para poder hacer las dos etapas que conforman el amplificador estéreo. Recordemos que un amplificador estéreo está formado por dos amplificadores monofónicos.
Otros componentes necesarios para hacer este proyecto tales como; el transformador, la caja o gabinete, potenciómetros, condensadores de la fuente, etc, los iremos especificando a lo largo de este artículo y al final podrá descargar un archivo PDF con el circuito impreso, diagrama eléctrico y una lista de materiales completa y detallada.

NOTA: Aunque este dato puede ser algo inexacto dependiendo del país o zona en que se encuentre, Para nuestro caso el costo total que invertimos para hacer éste amplificador fue de 150 dólares aproximadamente, cuando el dolar estaba a 1.900 pesos colombianos. Claro está que usamos un transformador reciclado y la caja la conseguimos a muy buen precio. Los exhortamos a que hagan sus propias cosas y a que reciclen lo que más puedan.

Circuitos impresos (PCB

)

Para hacer este proyecto se deben hacer tres circuitos impresos. Dos corresponden a las tarjetas de los dos amplificadores de 500 vatios y una tercera que es la fuente de alimentación. Hablemos un poco de los circuitos impresos de los amplificadores:
En la fotografía podemos ver las dos tarjetas o placas iguales para el ensamble de dos etapas amplificadoras. Las hemos hecho en fibra de vidrio que es más dura, soporta más calor y su presentación es mucho más atractiva y profesional que las fabricadas en baquelita. Sin embargo no quiere decir que tarjetas como estas no se puedan hacer de manera casera. Simplemente cuando ya vamos a hacer aparatos de potencias altas se asume que son para uso comercial y por eso no se escatima en gastos, para que el producto se valorice, tanto por su buen funcionamiento, como por su buena presentación y durabilidad.

Las resistencias del amplificador

Por lo regular lo primero que se coloca en el circuito impreso son las resistencias. Se deben colocar bien dispuestas y derechas, de tal forma que se vean alineadas. He visto ensambles muy feos que No tienen excusa. Colocar una resistencia derecha no es cosa de conocimiento si no de pulcritud y ganas de que las cosas se vean bien.
Las resistencias de 1/4W no calientan, por lo tanto se colocan totalmente apoyadas en la tarjeta. En cambio las resistencias de 1W por lo regular calientan un poco y con el tiempo van decolorando la tarjeta. Por esta razón se colocan levantadas unos 2 milímetros de la tarjeta.
Una recomendación importante es revisar muy bien su valor antes de colocarlas. Esto le evitará posteriores dolores de cabeza que pueden ser fatales a la hora de colocar una resistencia equivocada. Si tiene dudas del valor de una resistencia recurra al multímetro para verificar su valor.

Veamos de cerca la tarjeta con las resistencias y los diodos colocados. Recordemos que las resistencias no tienen polaridad. Así que su dirección es irrelevante. Sin embargo por estética se colocan todas en la misma dirección para su cómoda lectura de colores.
Los diodos Si tiene polaridad. Deben colocarse tal como se muestra en la máscara de componentes o de lo contrario el circuito no funciona.
La función de estos dos diodos es la regulación de BIAS. Este es el punto de reposo del amplificador que debe ser cero voltios a la salida.
Estos diodos no trabajan solos. Van en serie con la resistencia de 10 ohmios que apreciamos en la foto, (café, negro, negro).

Amplificador operacional

Cuando hablamos de un amplificador híbrido nos referimos a que trabaja con dos o más tipos de tecnología. En este caso el amplificador tiene una combinación de transistores y un circuito integrado conocido como amplificador operacional.
El TL071 es un chip que contiene un solo operacional. Es de bajo ruido y respuesta amplia de frecuencias. Se alimenta con voltajes entre los +/-6V y los +/-18V DC. En este caso lo alimentamos con +/-15 voltios (15 voltios positivos y 15 voltios negativos).
Apreciamos en la fotografía dos diodos zener de 15 voltios (1N4744A) con sus respectivas resistencias de polarización de 4.7K a 1W. Estos zener bajan el voltaje de la fuente que puede llegar a ser hasta de +/-70 voltios DC, a los 15 voltios requeridos por el integrado.
La regulación del voltaje que alimenta el TL071 asegura su vida útil y su limpieza en el sonido. Además sería imposible alimentar un operacional con un voltaje tan alto.
Para terminar recomendamos usar una base para integrado de 8 pines. Esto permite su fácil cambio al momento de una avería. Otro integrado compatible con el circuito y que tiene mejor respuesta de bajos es el TL081.

NOTA: Tenga en cuenta que si construye el amplificador con más transistores y más voltaje, por ejemplo la versión de 16 transistores por canal que entregamos al final del artículo que usa un transformador de 60+60V AC, debe usar resistencias de polarización para los zener de más impedancia y más potencia. Esto para que no se recalienten.
Pero si por el contrario consigue un transformador de menos voltaje de 50+50 voltios AC y lo usa con la versión de 10 transistores por canal, es posible que las resistencias de 4.7K sean muy altas y el voltaje de 15V que alimenta el integrado se caiga. En estos casos es necesario bajar el valor de las resistencias a 3.9K.

Condensadores cerámicos

Nuestro amplificador de 500W por canal tiene algunos condensadores cerámicos. Por lo regular los condensadores cerámicos soportan 50 voltios. Estos tienen que ver directamente con el audio y no con la alimentación. Todos hacen restricciones de frecuencias u oscilaciones. Así que por eso no requieren ser de un voltaje alto. Por ejemplo el condensador de 100 picofaradios (C3) que está en paralelo a la entrada de señal, se encarga de restringir el exceso de frecuencias altas que puedan generar oscilaciones o ruidos molestos. (Vea el diagrama eléctrico en el PDF). El condensador de 15pF (C6) hace algo parecido pero va en paralelo con la resistencia de ganancia (R6).
En general todos los condensadores cerámicos de este circuito no tienen valores críticos. Esto quiere decir que su valor puede variar en un 20% sin que el amplificador cambie su rendimiento.

Condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos si tiene polaridad. Tienen una franja que identifica su polo negativo. Así que es muy importante revisar muy bien su dirección en la máscara de componentes antes de colocarlos en su sitio.
La función del condensador (C1) de la entrada de señal es evitar que entren al amplificador corrientes parásitas provenientes del exterior. Los condensadores (C2 y C4) rectifican los voltajes regulados por los diodos zener. Y el condensador (C5) es el derivador de voltaje de la resistencia de ganancia.
Sus valores pueden variar un poco pero lo aconsejable es usar los que recomendamos en el circuito.

La fotografía nos muestra una panorámica de todo el amplificador y las conexiones entre sus partes. Puede dar clic sobre la foto para verla en un tamaño grande y así poder estudiar con detenimiento como deberá conectar cada componente. Sin embargo siempre debe basarse en el PDF porque en ocasiones hacemos mejoras del circuito y actualizamos en PDF y no las fotos.
Es muy importante mantener un buen orden de cableado y usar cables de diferentes colores para no confundirse.
Una recomendación importante es usar cable blindado o apantallado para el transporte de la señal entre entradas, preamplificadores y amplificador.

Resistencias cerámicas

Las resistencias de 0.22 5W que van entre el emisor de los transistores de salida y la salida a parlante, se encargan de proteger estos transistores de salida. A estas resistencias se les conoce con el nombre de resistencia de polarización de los transistores de salida. Su impedancia debe ser menor a 1/2 ohmio (0.5 ohmios), en esta ocasión las usamos de 0.22 ohmios, aunque pueden ser también de 0.33 ohmios. Su función más específica es la de absorber los transientes o formas de señal cruzadas que se puedan producir entre los transistores complementarios. Otra cualidad es que eventualmente pueden trabajar como fusibles de protección, ya que en ciertas sobre cargas se queman evitando la avería de más componentes.

Transistores pre-excitadores

Volvamos al circuito integrado TL071, este recibe la señal proveniente de un reproductor, ya sea un computador, Reproductor Mp3 o un DVD, entre otros. Esta señal es débil para ser amplificada por los transistores de salida del amplificador. Así que se debe hacer la amplificación por escalas o etapas. Así que el TL071 es la primera etapa amplificadora. Este la preamplifica y la entrega a los transistores pre-excitadores que en este caso son el A940 (Q1) y el C2073 (Q2). Se les llama pre-excitadores porque están antes de los transistores impulsores que hacen la mayor amplificación, antes de llegar a los transistores de salida. Se deben colocar de forma correcta, tal como se muestra en la máscara de componentes.

Transistores  transistores de ataque y de salida

Ahora viene la colocación de los transistores impulsores y los transistores de salida. Estos se colocan por debajo de la tarjeta, con su parte frontal hacia fuera. Esta posición se debe a la manera como se colocan los disipadores que van debajo de la tarjeta, formando un "túnel".
Los transistores impulsores también son C2073 (Q3) y A940 (Q4) y los transistores de salida son los 2SC5200 y los 2SA1943. Yo los sustitui por los TIP 142 y sus complementarios, las caracteristicas las teneis en los DATASHEET. En la versión de 16 transistores los impulsores son el C5198 y el A1941, que soportan más voltaje y amperaje.

Observemos que los terminales de los transistores no se cortan, se colocan lo más altos posible para que luego poder alejar lo suficiente el disipador de la tarjeta. Coloque los transistores derechos, haga buenas soldaduras y lave muy bien la tarjeta con thinner y un cepillo de dientes, retirando todos los residuos de soldadura y grasa.

Preparación de los disipadores

Los disipadores van a quedar bastante cerca de la parte de abajo del circuito impreso. Por esto debemos aislarlos para evitar posibles corto circuitos. Utilizamos caucho reciclado de un neumático de carro, e hicimos unas tiras del mismo tamaño del borde superior del disipador, esto es de 2.5 cms por el largo del disipador que es de 22 centímetros aproximadamente.

Con pegante o cemento de contacto del mismo usado en zapatería, pegamos el caucho al disipador. Recuerde que los cementos de contacto se aplican en ambas superficies a pegar, se dejan secar para que se evaporen los gases y luego si se unen las dos piezas, haciendo bastante presión.
Después de perforar los orificios para los tornillos que sujetarán los transistores, se deben colocar aislantes de mica que previamente son untados con grasa siliconada.

Instalación de los disipadores

La correcta instalación de los disipadores es sumamente importante. De esto depende la vida de su amplificador. Ya habiendo colocado los aislantes en los disipadores, aplicamos grasa siliconada sobre todos los transistores de potencia, incluyendo los impulsores.

Los disipadores se colocan con sus aletas hacia adentro, tal como se aprecia en la foto. Así obtenemos el túnel de refrigeración, que es uno de los sistemas más eficientes utilizados hoy en día.
Se atornillan los disipadores con tornillos y tuercas. Deben ser apretados lo más fuente que sea posible, Así el calor producido por los transistores, se transmite eficientemente a los disipadores.
A continuación veremos como se arma la fuente rectificadora.