Como Calcular La Potencia De Un Amplificador De Transistores

Como calcular la potencia de un amplificador de transistores   Recordemos que hay dos clases de amplificadores, los que tienen como componente principal circuitos integrados y con transistores. Los amplificadores con integrados tienen una potencia determinada por el fabricante del circuito integrado. Como un integrado contiene en su interior muchos transistores y otros componentes muy pequeños, No es posible saber que corriente y voltaje resiste sin revisar la hoja de datos (datasheet), dada por el fabricante. Así que para saber que potencia entrega un amplificador con circuitos integrados, debemos descargar de Internet la hoja de datos del integrado y medir el voltaje y amperaje del transformador. Tengamos en cuenta que la fuente de un amplificador es la potencia disponible y no necesariamente equivale a la potencia que entrega el amplificador en sus salidas. Los otros amplificadores, formados en su estructura principal por transistores, Pueden ser analizados de manera mas detallada que los amplificadores de integrados. A los amplificadores con transistores se les llama amplificadores discretos. Comenzaremos por explicar algunos conceptos básicos. Potencia: En audio, la palabra potencia se define como el nivel de volumen de audio que un amplificador puede entregar a la salida. Esto va ligado a la impedancia del parlante, nivel de distorsión y lógicamente a un rango de frecuencias determinado, ya que entre más bajas son las frecuencias, mas esfuerzo tiene que hacer el amplificador para reproducirlas. El amplificador le suma un voltaje a la señal de entrada, produciendo una potencia eléctrica que el parlante convierte en potencia acústica. Existen varias formas de medir o calcular la potencia de un amplificador de audio. La más común es la ley de Watt, que sirve para hallar la potencia disponible. La potencia disponible es aquella potencia que está en capacidad de entregar la fuente de alimentación. Esta es el  resultado de multiplicar el voltaje por la corriente que entrega por la fuente. Ejemplo: W = V x I   Potencia = voltaje x amperaje Para el ejemplo usaremos una fuente que entrega 10 amperios y +/- 70 voltios DC, que quiere decir que tiene TAP central. A esta fuente se le llama fuente simétrica.  Debo aclarar que no uso como ejemplo la fuente que usé en el amplificador de muestra, ya que esta entrega sólo +/- 50 voltios DC, que es lo máximo que soportan los transistores 2N3055 y quiero hacer el ejemplo con un transistor que soporte mas voltaje como el 2SC5200. Tenemos que 70V + 70V = 140V de extremo a extremo de la fuente, multiplicado por los 10 Amperios = 1400W. Este cálculo es para un amplificador monofónico. En el caso de tener un amplificador estereo, la potencia será de 700Wpor canal.  La potencia entregada por el amplificador al parlante, no puede ser mayor a la potencia entregada por la fuente de alimentación. Esto quiere decir que así aumentemos la cantidad de transistores  a 8, 12, 16, 24 ó más, NUNCA se aumentará la potencia por encima de la potencia que entrega la fuente de poder. 

Teniendo en cuenta esto, podemos calcular la potencia de salida del amplificador, a partir del número de transistores y la potencia de cada uno por independiente. Lo primero que debemos hacer es descargar de Internet la hoja de datos (datasheet) que provee el fabricante del transistor. Para esto basta con escribir la referencia del transistor y seguido la palabra datasheet. El buscador nos enviará a una página donde se encuentra esta hoja de datos en formato de archivo PDF.  Después de descargar la hoja de datos, viene aprender a leerla e interpretarla correctamente. Reitero que usaremos como ejemplo el transistor 2SC5200 (NPN) ya que permite un voltaje mas alto que el 2N3055que usamos en el amplificador de muestra.

2SC5200 TOSHIBA TRANSISTOR SILICON TRIPLE DIFFUSED TYPE Power Amplifier Applications  Complementary 2SA1943 Recommended for 100W High Fidelity Audio Frequency  Amplifier Output Stage.

MAXIMUM RATINGS (TC = 25°C):  

Caracteristic

Symbol

Rating

Unit

Collector–Base Voltage Collector–Emitter Voltage Emitter–Base Voltage Collector Current Base Current Collector Power Dissipation (Tc = 25°C) Operating Junction Temperature

VCBO VCEO VEBO Ic Ib PC Tj Tstg

230 230 5 15 1.5 150 150 -55~150

VDC VDC V A A W °C °C

Storage Temperature Range

  Como se observa en la tabla, el voltaje máximo entre emisor y colector, que es de 230V, por lo tanto el voltaje de la fuente no debe exceder este voltaje y por seguridad tampoco debe estar muy cerca de este. Lo ideal es usar una fuente que entregue el 60% del voltaje máximo de los transistores. En este ejemplo tendríamos que una fuente de entre 120V (+/-60V) y 140V (+/70V), sería perfecto. También debemos tener en cuenta que la corriente máxima de colector (Collector Current) que soporta este transistor es de 15 Amperios. Esta corriente es corriente de pico, quiere decir que el transistor puede llegar a soportar picos de 15 amperios por tiempos muy cortos que no

superen un segundo de duración, por lo tanto este dato no se puede tomar como referencia para calcular la potencia del transistor, ya que si fuera así, estaríamos hablando de que 15A por 120 voltios de fuente de extremo a extremo, serian 1800 Vatios de potencia, y esto es imposible de lograr con un transistor.  Al seguir leyendo la hoja de datos (datasheet) encontraremos otro dato que dice disipación de potencia máxima (Collector Power Dissipation). El valor es de 150W. Esto quiere decir que debemos calcular la corriente de colector, teniendo en cuenta de no superar los 150W. No debemos olvidar que un transistor no debe ser forzado a trabajar con el 100% de su potencia, lo ideal es ponerlo a trabajar al 70% de su potencia máxima, que en este caso equivale a unos 100W aproximadamente. Si queremos obtener más potencia por cada transistor, debemos usar transistores mas potentes como el 2SC2922, el 2SC38580 el MJL21194 que entrega hasta 200W máx. Como nuestra fuente de ejemplo es de +/- 70 Voltios y una potencia de 700W por canal, podemos colocar varios transistores, en este caso, para el ejemplo colocaremos 8 transistores en paralelo, es decir; 4 en +Vcc, y 4 en –Vdd. Ahora para saber la corriente de colector que realmente soporta cada transistor, debemos dividir su potencia entre el voltaje medio: I = W/V tenemos que, 100W/70V = 1.4 Amp.  Ahora, para saber cuantos transistores podemos colocarle al amplificador, debemos dividir los amperios que entrega el transformador por 1.4 Amp, que es el consumo de cada transistor. Recordemos que la cantidad de transistores que podemos colocar, depende de los amperios que entregue el transformador. En este caso nuestro transformador es de 10 amperios. 10/1.4, serian 7.14 transistores, que lo redondeamos a 8. Si queremos colocar más transistores o hacer dos etapas monofónicas, cada una con 8 transistores, para de esta manera lograr un amplificador estereo, debemos usar un transformador que entregue más corriente (I). Ahora, debemos diferenciar la potencia disponible o de alimentación, que según nuestro ejemplo es de 1400W y otra cosa es la potencia de salida. Para saber la potencia de salida, debemos averiguar el voltaje W= VAC ² /R El voltaje del que hablamos en esta fórmula, es el voltaje AC, presente en la salida a parlante o parlantes y R es la resistencia del parlante o los parlantes. Ejemplo: Colocando el amplificador a volumen máximo sin distorsión y se mide la salida usando el multímetro en la escala de voltaje AC. Si por ejemplo obtenemos 50 Voltios, y tenemos 2 parlantes de 8 ohmios conectados en paralelo en la misma salida, tenemos que: 50V al cuadrado = 2500 y dos parlantes de 8 ohmios en paralelo dan una impedancia de 4 ohmios, esto es igual a W = 2500/4. El resultado de esta operación es 625W de potencia, menos el 20% de perdidas, tenemos una potencia de 500W salida RMS. Un dato importante es que por lo regular el voltaje que obtenemos a la salida del amplificador en máximo volumen sin distorsión, normalmente coincide con la mitad del voltaje total del transformador, Es decir: si el transformador es de 55x55VAC,  entonces serán 55 voltios aproximadamente los que obtendremos a la salida a parlante. A continuación veremos el ensamble del amplificador ampliable en potencia.