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Amplificador de potencia

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Resumen
Este artículo describe un montaje de amplificador de potencia en clase AB de 1W de potencia aprox. hecho con transistores, alimentación simétrica y sin condensador de salida.

El siguiente circuito está hecho con transistores discretos. En el mercado podemos encontrar amplificadores de audio ya integrados (LM386, TDA2002) y listos para usar. Son por lo general más baratos y más fáciles de montar. Así pues, el siguiente circuito realmente no merece la pena, más bien sirve para experimentar el placer de construir un circuito "sin chips".

Circuito

Se trata del típico amplificador de potencia (buffer de tensión) en baja frecuencia de clase AB (push-pull) con alimentación simétrica y sin condensador de salida, por lo que su distorsión no lineal es muy pequeña (Hi-Fi). Es capaz de entregar aproximadamente 1W de potencia a la carga (el altavoz) como máximo.

Power B.png
Componentes del circuito
Comp. Valor Comentario
Vcc 10V Alimentación simétrica de 500mA como mínimo. Por ejemplo el kit CEBEK FE-21.
Q1 BD135 Transistor NPN de potencia media (12W)
Q2 BD136 Transistor PNP de potencia media (12W). Es pareja de BD135
Ra 7.1k 1/4W, en la serie E12 podemos poner en serie 6.4k + 1.5k
Rb 500 ohm 1/4W, podemos poner un potenciómetro de 1k con el cursor situado en la mitad
Rc 1 ohm de 1W, bobinadas
C1 22uF Electrolítico
RL Altavoz pasivo de 2W de potencia como mínimo e impedancia entre 4 y 8 ohm

Funcionamiento

El circuito consiste en dos etapas en Colector Común complementarias (push-pull) por lo que su ganancia en tensión es ligeramente inferior a 1 y su ganancia en corriente es elevada, que es lo que interesa. Para eliminar la distorsión de cruce por cero, típica de este montaje, Q1 y Q2 están ligeramente polarizados mediante Ra y Rb.

Los transistores de potencia BD135/BD136 (NPN/PNP) están emparejados, i.e, tienen características eléctricas similares y son muy comunes en este tipo de circuitos. Otras parejas que también sirven son la BD137/BD138 y BD139/BD140 que se diferencian de la primera en que admiten una tensión Vce mayor.

Las resistencias Rc tienen como misión compensar los efectos del aumento de temperatura en Q1 y Q2 manteniendo la corriente de colector siempre constante. Cuando aumenta la temperatura aumenta también la corriente de colector pero también la tensión en Rc que a su vez disminuye Vbe1Q y Vbe2Q y por tanto su corriente. Esto representa un control automático de la corriente de colector para mantenerla siempre constante.

RL es el altavoz pasivo de impedancia ~6 ohm y 2W como mínimo. Uno de 60W de una cadena de música o tocadiscos que tenga en casa sirve perfectamente. No use un altavoz para PC porque estos ya tienen el amplificador incorporado (por eso hay que enchufarlos).

Análisis simplificado: Despreciando las corrientes de base de Q1 y Q2 (~uA), la corriente en la red de polarización es

<math>I_B = \frac{2V_{cc}}{2Ra+2Rb} = 1.4mA\,</math>

Despreciando las resistencias Rc, la tensión Vbe de Q1 y Q2 será aproximadamente la mitad de la tensión en 2Rb ya que Q1/Q2 tienen una curva Vbe-Ic similar y por la simetría del circuito

<math>V_{be1Q} = -V_{be2Q} = I_B(2Rb)/2 = 0.7V </math>

Vemos que Q1 y Q2 están conduciendo ligeramente, con una pequeña corriente de colector de unos 3mA. De esta forma Q1 y Q2 conducen inmediatamente en cuanto Vi > 0 ó Vi < 0 respectivamente evitando así la típica distorsión de cruce por cero producida cuando se encuentran ambos transistores en corte para -0.7V < Vi < 0.7V

Simulación en PSPICE

Nota: Si quieres simular este circuito en PSPICE/ORCAD los modelos de los transistores BD135/136 los puedes encontrar en ON Semiconductor

  1. Busca la referencia BD135 y selecciona la opción "Part #/Keyword"
  2. En la lista de resultados, elige la pestaña "Supporting Tech Materials", allí están los ficheros que necesitas
  3. Si usas Orcad, para convertir el fichero *.LIB (formato MicroSim) a *.OLB (formato Orcad) debes utilizar el programa sch2cap.exe que ya tienes instalado
  4. Copia los ficheros *.lib/*.olb al directorio donde el programa almacena todos los modelos

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Montaje

Montamos el circuito sobre una placa de inserción o una placa de topos y medimos:

Medidas en el circuito real
Medida Valor
Vbe1Q +0.619V
Vbe2Q -0.631V
Vce1Q +10.10V
Vce2Q -10V
Ic1Q +3.8mA
Ic2Q -3.5mA