Simple y Eficiente Amplificador Clase A de 15W

[diegomj1973]

Este pequeño y muy simple proyecto tiene la particularidad de una eficiencia máxima pocas veces vista en su modalidad de operación. Por canal puede erogar una potencia máxima de 7,5 W sobre 8 ohmios (15 W en versión estéreo), con una eficiencia máxima de alrededor del 33 %!. La potencia es más que respetable para uso hogareño, con distorsiones bastante contenidas dentro de niveles de escucha en el rango del vatio sobre 8 ohmios (THD: 0,012 % a 1KHz).

Es un circuito muy fácil de implementar, apto para principiantes con conocimientos mínimos que se aventuren por esta modalidad de operación, donde normalmente se suele encontrar con diseños particularmente costosos de implementar. Es de notar que cada transistor mosfet de salida no disipa mucho más de 11 W aprox., frente a los 30 W o más que suelen disipar en otros diseños.

Dejo esquema:


Bode:



PSRR:



Distorsión versus Frecuencia a 1W sobre 8 ohmios (curva verde) y a 7,5W sobre 8 ohmios (curva roja):



Está pensado para ser excitado desde la salida de una placa de sonido de PC.

La ganancia en voltaje es de 17,69dB aprox. o 7,67 veces.

La fuente de alimentación deberá poder entregar 1,46A máximos a cada canal, con una ondulación pico a pico no mayor a los 200 mV, preferiblemente.

No hay diseño de PCB, por lo que pido que algún bondadoso tenga a bien considerar aportarlo, si lo desea.

Que lo disfruten!!!.

 

[diegomj1973]

Complemento los parámetros anteriores con un par de gráficas adicionales, para dejar lo mejor especificado este pequeño proyecto.

La primera gráfica muestra cómo evoluciona la THD con cada nivel de potencia desarrollada sobre el parlante de 8 ohmios y a 1KHz senoidal:



En el eje vertical de las Y tienen la THD en % y en el eje horizontal de las X, la potencia en vatios. El corte útil de potencia sería de alrededor de 7,5 W aprox.

La segunda gráfica hace enfoque en la envolvente del espectro de distorsión a 1W sobre 8 ohmios y 1KHz senoidal:



Como se puede observar, mantiene en ese nivel de 1W un claro predominio de H2 por sobre los otros componentes espectrales superiores, propio de un single ended, aunque ahora, con la ayuda de esa configuración de la etapa de salida, maneja picos del doble de corriente que la de reposo tradicional. La eficiencia pasa prácticamente a duplicarse (de un típico valor del 10 a 15% máximos, pasamos al 33%).

Es de notar que no es una etapa de salida como las de las Aleph de Nelson Pass. Busca lo mismo, pero con un concepto, creo, mucho más fácil de entender visualmente en el esquema. Puede que también este proyecto contenga alguna ventaja funcional frente a la de un simple Aleph (respuesta en baja frecuencia, por ejemplo).



El modo de funcionamiento de la etapa de salida del proyecto de este mismo thread podría resumirse con la siguiente gráfica que, por cierto, es extremadamente fácil de entender si siguen el esquema del primer post:



La corriente de reposo se ubica, como ya dijimos, cerca de 730 mA (donde se cruzan las curvas roja y verde). El modo en que crecen las corrientes sobre las resistencias de 5W de potencia (la R3 y la R4 en el esquema) es exactamente opuesto, es decir, cuando en una sube la corriente, en la otra baja. La corriente sobre R6, que es el propio parlante, es la diferencia entre IR3 e IR4. Lo que asegura que el modo de variación de corriente entre IR3 e IR4 sea opuesto, es la acción del Vbe del pequeño BC550 dispuesto junto a las dos resistencias de 5W de potencia, cuyo valor permanece prácticamente constante.

Se han considerado despreciables las corrientes derivadas por la red de realimentación y las del propio BC550, en relación a las de reposo del amplificador.

 

[diegomj1973]

Quien venga haciendo bien los deberes, seguramente preguntará porqué siguen predominando los componentes espectrales pares, cuando se supone que existe ahora mejor simetría en la etapa de salida que en un single ended tradicional, razón que debería aplastarlos en el espectro.

La respuesta está en que se ha desplazado ligeramente esa simetría, jugando con la cuantía de valor de R1 y R2, solo para dejar algo de predominancia del carácter de un single ended. Muy seguramente, se pueda jugar con la ganancia del pequeño BJT puesto junto a la salida, para provocar lo mismo. Aclaro que ahí ya se entra en terrenos subjetivos, dado que hay quienes sostienen que una etapa perfectamente simétrica podría provocar cierta fatiga auditiva (predominancia de componentes espectrales impares y su correspondencia con sensación de sonido detallado, pero fatigoso).

 

[diegomj1973]

Para quienes sean amantes de los amplificadores de fuente simple y acople por condensador hacia el parlante, les dejo un modesto diseño que emplea el mismo principio que el que inicia este mismo thread.



C6 se compone de dos condensadores en paralelo de 4700uF ó un único de 10000uF.

El amplificador sería comparable parcialmente al JLH1969, solo que con un control mejorado sobre el embalamiento térmico de su etapa de salida, si se cuidan algunos detalles.

Diseñado también para excitarlo desde la salida de una placa de sonido de PC, como amplificador de escritorio.

 

[diegomj1973]

Les subo una simple guía como para dimensionar los bancos de condensadores tanto de una fuente de alimentación de las más sencillas (trafo, rectificador, filtro), como de una fuente de alimentación regulada (trafo, rectificador, filtro, regulador), como para alinear el proyecto con las resoluciones normales del dominio digital (calidad CD de 16bits ó calidad Estudio de 24 bits), en al menos la máxima excursión de la salida del amplificador.

Empleando fuentes de alimentación básicas, podrán alcanzar las exigencias de resolución de calidad CD, con inversiones no muy altas. Dependiendo de la cantidad de filtrado que empleen, dependerá también el voltaje de secundario del transformador a emplear y, en cierta medida, se afectará también el rendimiento total de todo el sistema. Tener presente que la elección de bajos valores de capacidad de filtrado implican mayores voltajes de aislación (mayor coste, probablemente), a similar drenaje de corriente y requisitos de voltaje mínimo de operación para el amplificador.

Para alcanzar las exigencias de resolución de calidad Estudio, no es posible con el empleo económico de fuentes sencillas, sino ya con el empleo de fuentes reguladas. Habrá una merma del rendimiento total del sistema, por el requerimiento propio de los elementos de paso en los reguladores. En la tabla afín encontrarán el PSRR mínimo que deberá tener el regulador que elijan, empleando como filtrado de entrada a los mismos, similar filtrado que en las fuentes sencillas sin regulador (para que puedan hacer la analogía correspondiente a la tabla precedente, que corresponde a fuentes sencillas).



Estas dos tablas están hechas para el amplificador con acople capacitivo al parlante. Para el primer diseño, les dejo para uds. el trabajo de rehacerlas (cosa que no es para nada difícil con los datos otorgados). Como anticipo, les digo que el primer esquema requerirá regulación para no caer en fuentes sencillas muy costosas, si se pretende estar alineados con las exigencias de resoluciones digitales más frecuentes (ya que o se deben aumentar en 117,9 veces las capacidades, o se deben alcanzar 41,43 dB más por encima de los valores de rechazo al ripple de la tabla en los reguladores que se implementen (en 100Hz)).