AmplificadorAmplificador de 25de 25 ++ 25W25Wpara Automóvilpara Automóvil

Con respecto a la potenciade salida debo hacer unaaclaración necesaria: los

Watts de este equipo están expresa-dos en RMS (Root Mean Square) osea la potencia real que usan todoslos técnicos del mundo al hacer susmediciones. Un amigo me alcanzóuna potencia comercial, que en su

frente decía “600W x 2” y si hacemosuna rápida cuenta veremos que si en-trega 1200W a 12V debe consumirpor lo menos 100 Amper, cosa incom-patible con el cable de 2mm que ali-mentaba el aparato. La probé en mitaller y comprobé que entregaba 40Watts RMS por canal. No se dejenengañar por los Watts pmpo y demás

argumentos de venta. Pero...¿cómose mide la potencia de salida de unequipo? Estudiemos el caso de la fi-gura 1. Tenemos un amplificador co-nectado entre 12V y masa. Si pone-mos la punta del téster en la salidadel amplificador comprobaremos quetiene unos 6 Volt, o sea la mitad de latensión de alimentación. Para poder

Uno de los temas por el cual recibo mayor cantidad de consultas trata de, si es posible,armar una etapa de potencia para automóvil. Por supuesto que se puede, pero el proble-ma llega cuando escucho el resto de las condiciones: “tiene que ser sencilla, fácil de ar-mar y fundamentalmente económica”. Bien, en la mayoría de los proyectos se fija un pre-supuesto, esto es: ¿cuánta potencia necesito? ¿cuántas entradas? etc. Y con respectoa las necesidades se diseña el equipo. En este caso empecé al revés, es decir: proyectéun equipo con pocos componentes, sencillo y barato y luego lo probé para ver si la po-tencia que desarrollaba era suficiente y la fidelidad buena. Afortunadamente cumplió concreces todas las condiciones impuestas.

conectar un parlante le colocamos uncapacitor de paso (electrolítico de altovalor) para que bloquee esta compo-nente continua. Si alimentamos el am-plificador con una onda senoidal pura(para facilitar el cálculo de potencia) ycolocamos un osciloscopio en la sali-da, veremos que la onda senoidal (an-tes del recorte) tiene un valor de picocercano a los 6 Volts. Recuerden queel “cero” en esta disposición es 6 Volt,al subir la tensión de entrada llega a12 Volt, por lo que 12-6=6 Volt.

Para averiguar el valor eficaz de latensión debemos dividir el valor de pi-co por √2. Dadas las normales caídasde tensión en los transistores de sali-da podremos ver que la potencia desalida de un canal de un autoestéreocomún puede ser de: [(Vcc /2– Vce-sat)/√2]2/RL. En el caso del autoesté-reo tenemos que Vcc=12V, Vce-sat=1V (promedio, recordemos que eltransistor no es perfecto y ésta es lacaída de tensión que se produce entrecolector y emisor al llegar a la satura-ción) y RL= 4 ohms (que es la impe-

dancia normalizada de los parlantesde automóvil. Por lo tanto: 12/2 – 1=5V, dividido por la raíz cuadrada de 2da 3,53 Volt (éste es el valor eficaz)que elevado al cuadrado da 12,5 y di-vidido por cuatro da 3,12 Watts, quees la potencia real que da cada canaldel autoestéreo.

Los fabricantes utilizan un trucopara aumentar la potencia con la mis-ma tensión de alimentación: la dispo-sición en puente (ver figura 2). Aquí elparlante está conectado entre las dossalidas, no necesitando capacitor depaso dado que, si bien están a la mi-tad de la tensión de alimentación, en-tre ellas no hay diferencia de potencialen reposo. Las entradas son atacadaspor la señal de audio con diferenciade fase de 180º entre sí. Esto lleva aque si asciende la tensión en el ampli-ficador de la izquierda, descienda enel de la derecha, en el límite máximo(recorte o clipping) sobre el parlantetenemos Vcc-2Vcesat (recordemosque aquí hay dos caídas de los tran-sistores por estar el parlante conecta-do a dos amplificadores) = 12 – 2 = 10Volt de pico. En el proceso inverso, latensión en el parlante se encontraráinvertida (-10Vp). Esto nos da una po-tencia de:

[(Vcc – 2Vcesat) / √2] 2/RL

[(12-2)/1,41]2 / 4 = 12,5 Watts.

Como vemos, la máxima potenciaque podemos conseguir con una bate-ría de 12 Volt supera por poco a los 10

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Watts. ¿Cómo llegar a los 25 Watts porcanal de este proyecto? Utilizando dostrucos: el primero es subir la tensiónde alimentación con un convertidor yel segundo es utilizar una configura-ción en puente. En la figura 3 vemos eldiagrama esquemático del amplifica-dor, que utiliza dos económicosTDA2030, que probaron además serrobustos y con una excelente fidelidad.

A la entrada vemos un BC548

(puede ser un 2N2222, 2SC945 ocualquier NPN de audio con un ß cer-cano a los 300) en una disposición unpoco particular, la señal entra a la ba-se y sale tanto por emisor como porcolector, pero desfasadas entre sí180º, condición fundamental para quefuncione el circuito en puente. La co-rriente de colector y la de emisor esprácticamente la misma, dado que lade base, que se suma a la de emisor,

es despreciable. El divisor resistivo debase se calcula para que sobre las re-sistencias de colector y de emisor cai-gan aproximadamente 4 Volt. Entre Cy E del transistor caen los otros 4 Volt,con lo que nos da una disposición si-métrica en continua.

Las salidas del transistor se aco-plan por un divisor resistivo a sendasentradas de los TDA2030. Esta impor-tante caída de tensión asegura que elintegrado trabaja aislado de los buclesde realimentación y ruidos de masaque suelen propagarse en el chasisdel vehículo (ruido a alternador, distri-buidor, etc). Los integrados están ali-mentados a 24V y en este caso la sa-lida de parlante se toma de las patas4, teniendo en cuenta no bajar de los8Ω, dado que puede recalentar el cir-cuito integrado y activar su proteccióncontra sobretemperaturas. Dado queen estos integrados la Vcesat es de 2Volt la potencia obtenida en este casopor canal es de:

[(Vcc-2Vcesat)/√2]2/RL[(24-4)/√2]2/8 = 25 Watts

Muchos se preguntarán por qué nobajar la impedancia a 4Ω y obtener así50 Watt por canal a lo que les respon-do que en ese valor de impedancia laVcesat sube terriblemente, obteniendouna potencia apenas superior a los 30Watts y aumentando mucho el calen-

Figura 4

Figura 5

Figura 6

Figura 7

Figura 8

tamiento del integrado, al punto de dis-parar la protección térmica. Piensenque por ser sencillo y económico nosda 25 Watts reales, que a mi juicio sonmás que suficientes para el interior deun automóvil. La sensibilidad a plenapotencia es de 780mV, que tal vez lesparezca un poco “duro”, pero es asípara garantizar la inmunidad al ruido,como les explicaba anteriormente.Puede excitarse intercalando un pre-set entre la salida del autoestéreo y laentrada del amplificador, ajustándoloal punto que dé buen volumen sin dis-torsión. La plaqueta para armar el am-plificador aparece en la figura 4 y ladisposición de los componentes en lafigura 5. No olviden proveer a los inte-grados de un disipador generoso y dealimentar a ambos con un puente. Unavez terminado el convertidor a 24V yantes de conectarles un parlante de-ben medir con un téster entre masa ypata 4 de cada integrado una tensióncercana a los 12 Volts. De no ser asírevisen el conexionado.

CONVERTIDOR PWM DE 12 A 24V 70W:

Comentaba en un párrafo anteriorque uno de los trucos que utilizaba pa-ra aumentar la potencia era subir latensión de los 12V de la batería hasta24V. Para esto desarrollé un converti-dor por modulación de ancho de pul-so, un sistema que to-dos conocen por habersido tratado innumera-bles veces en artículossobre fuentes conmuta-das en esta revista (lesrecomiendo especial-mente uno del Ing. Valle-jo en el Nº 183 –ediciónArgentina- que trata afondo el misterio de lasfuentes switching).

De todas manerastrataré de dar una some-ra explicación del funcio-namiento de ésta enparticular. Veamos la fi-

gura 6, en ella aparece un toroide(una bobina o inductancia) acoplada aun interruptor cerrado (el MOSFET deconmutación). En este caso circulapor la inductancia una corriente, alma-cenando entonces energía. Al abrirseel interruptor (figura 7) y por el fenó-meno de la autoinducción, se generaen los extremos de la inductancia una

Figura 9 Figura 10

Figura 11

sobretensión inversa de valor eleva-do. Esta es guiada por el diodo al ca-pacitor electrolítico de la salida, sien-do derivada por un divisor resistivo

(R1,R2) a un comparador, que modifi-ca el ancho de los pulsos que abren ycierran el MOSFET para lograr un va-lor estable de tensión de salida.

En la figura 8 podemos ver el dia-grama esquemático de la misma. Elcontrolador es un SG3524, que permi-te acoplar dos MOSFET con salidas

Figura 12

complementarias, trabajando a unafrecuencia cercana a los 50KHz. Lostoroides los saqué de una fuente dePC quemada y tienen un diámetro ex-terior de 27,5mm, diámetro interior de14mm y un ancho de 12,5mm y estánpintados de amarillo y blanco. Tienenbobinado 1 metro de par trenzado de0,70mm para facilitar su enrollado, de-biendo quedar unas 22 a 25 espiras,con una inductancia aproximada de70µHy. El motivo principal del uso deeste tipo de fuente es que puede usar-se cualquier toroide. En las pruebasusé varios modelos distintos (dentrode las medidas especificadas) y tuveresultados satisfactorios en todos loscasos. La diferencia entre un toroidebueno y uno malo es la capacidad decorriente que puede entregar, pero latensión permanece invariable. La figu-ra 9 nos muestra la plaqueta del con-vertidor del lado del cobre y la figura10 la ubicación de los componentes.En el prototipo utilicé diodos rápidos(Fast Recovery) individuales, pero co-mo estos componentes son caros (ca-

si lo mismo que los MOSFET) propon-go en la figura 11 el uso de un par dediodos rápidos de fuente de PC en de-suso, que vienen en un encapsuladoTO-3 y tienen sus cátodos unidos alcentro y un ánodo en cada extremo.Puede ser conveniente el uso de unpequeño disipador. En la salida figuraun pequeño CHOKE, que es simple-mente un toroide pequeño (18 mm dediámetro exterior) con 10 ó 15 vuelti-tas de alambre de 0,70 mm, que sirvepara filtrar el ruido de conmutación de

los MOSFET. Para los inconformes,que desean más y más potencia, lespido paciencia porque estoy experi-mentando uno de 50+50W RMS, perológicamente es mucho más complejo,llevando dos convertidores (uno posi-tivo y uno negativo) y una salida atransistores discreta (por el tema de ladisipación de calor). Para los que re-cién se inician y quieren “hacer ruido”les ofrezco en la figura 12 un diagra-ma de armado completo.

Lista de materiales convertidor: 2 - IRF5402 - disipadores TO2201 - SG35242 - toroides (ver texto)2 - diodos rápidos 6 A2 - 39Ω2 - 100µF x 50V1 - 2.200µF x 35V2 - 2K21 - 10µF x 25V1 - 472 (4n7) polyester3 - 4K71 - toroide chico (Choke)2 - 104 (100nF) cerámicos1 - 33KΩ1 - 473 (47nF) polyester1 - 22KΩ

Lista de materiales amplificador estéreo:

4 - TDA20308 - 1N40078 - 104 (100nF) cerámicos2 - BC5486 - 100µF x 25V6 - 2,2µF x 25V10 - 10µF x 25V2 - 220Ω4 - 2,7Ω12 - 4K74 - 10KΩ2 - 27KΩ2 - 15KΩ2 - 1KΩ4 - 150KΩ4 - 100KΩ2 - disipadores