Amplificador de potencia discreto de ±45 V: funcionamiento y potencia real

Para los que buscan más potencia de audio, este post describe un amplificador de potencia discreto con transistores complementarios, alimentado con una fuente simétrica de ±45 V y pensado para un parlante de 8 Ω. El post original anunciaba "hasta 260 W RMS"; en esta versión revisada te explico cómo funciona cada etapa, cómo calcular la potencia real que puede entregar con esa fuente (spoiler: es menor), cómo armar la fuente y, sobre todo, las precauciones de seguridad, porque aquí se trabaja con la red eléctrica y con tensiones altas.

Diagrama en bloques del amplificador

El plano original de componentes no se pudo recuperar con calidad suficiente, así que el diagrama muestra las etapas del circuito. Es la arquitectura clásica de casi todos los amplificadores de potencia de transistores:

1. Entrada: recibe una señal de línea estándar de 1 Vpp, con un filtro RC (1 kΩ y 220 nF) que bloquea la continua y frecuencias de radio.
2. Etapa diferencial (2 × BC556C): compara la señal de entrada con una muestra de la salida (realimentación negativa) y amplifica la diferencia. Así se reduce la distorsión y se fija la ganancia.
3. Amplificador de tensión (BD139): eleva la señal hasta casi la tensión de alimentación.
4. Polarización (diodos A, B y C, 1N4001): fijan una pequeña corriente de reposo en la salida para eliminar la distorsión de cruce. Van montados sobre el disipador, con grasa térmica, para que la polarización siga la temperatura de los transistores y evitar la fuga térmica.
5. Drivers (BD139/BD140) y salida (transistores Darlington complementarios): entregan la corriente que necesita el parlante.

¿Cuánta potencia puede dar realmente?

La potencia RMS máxima sobre una carga, con una señal senoidal, es:

P = V_pico² / (2 · R_L)

Con una fuente de ±45 V, la salida no puede superar los 45 V de pico; en la práctica, las caídas en los transistores y en la fuente (que baja bajo carga) dejan unos 40 V de pico. Entonces:

• Sobre 8 Ω: P = 40² / (2 × 8) = 1600 / 16 = 100 W RMS aproximadamente.
• Sobre 4 Ω (si los transistores y la fuente lo soportan): P = 1600 / 8 = 200 W RMS.

Para obtener 260 W RMS sobre 8 Ω harían falta unos 64,5 V de pico (√(2 × 260 × 8)), es decir, una fuente de al menos ±70 V. Por eso, con la fuente de este proyecto, lo realista es esperar alrededor de 100 W RMS en 8 Ω. La cifra de 260 W probablemente correspondía a potencia de pico o "musical", no a potencia RMS continua.

Tensión de los transistores de salida

Con ±45 V, cada transistor de salida puede llegar a soportar casi 90 V entre colector y emisor (cuando el otro está conduciendo al máximo). Elige transistores de salida con V_CEO de al menos 100 V. Por ejemplo, en la familia TIP14x, los modelos de 60 V no son suficientes; busca la versión de 100 V o transistores de audio diseñados para esta potencia.

La fuente de alimentación

La fuente no tiene que ser estabilizada, pero sí bien filtrada:

• Transformador con secundario de toma central de 32-0-32 V (64 V con toma central). Al rectificar, 32 V × 1,41 ≈ 45 V por rama. Para un amplificador mono, 5 A; para estéreo, 10 A.
• Puente rectificador de al menos 100 V y 6 A para mono (12 A para estéreo).
• Condensadores de 4700 µF / 63 V en cada rama, con 100 nF en paralelo. El margen de 63 V sobre 45 V es adecuado; no hace falta ni conviene usar condensadores de tensión mucho mayor si eso implica menor capacidad.
• Fusible en el primario y otro en cada rama de continua.

Disipación de calor

Un amplificador clase AB tiene una eficiencia máxima teórica de alrededor del 78 %, y en la práctica bastante menos. Con 100 W de salida, los transistores pueden disipar fácilmente 50–70 W en calor. Todos los transistores, excepto los BC556C, deben montarse sobre el disipador, que idealmente es uno de los laterales metálicos del gabinete, con aisladores de mica y pasta térmica. Un ventilador ayuda mucho en uso prolongado.

⚠ Seguridad

• El primario del transformador trabaja con la tensión de la red (110–120 V en Colombia, 220 V en otros países). Aísla todas las conexiones y conecta el chasis metálico a la tierra de la instalación.
• Entre las ramas de la fuente hay 90 V de continua y los condensadores almacenan mucha energía: pueden causar descargas y chispas incluso con el equipo desenchufado. Descárgalos con una resistencia antes de manipular.
• Haz la primera prueba con una lámpara en serie con el primario (lámpara incandescente de 60–100 W) y sin parlante: si hay un corto, la lámpara se enciende fuerte y protege el circuito.
• Usa un protector de parlantes: si un transistor de salida falla, puede aparecer tensión continua en la salida y quemar el parlante.

Puesta en marcha

1. Sin parlante y con la lámpara en serie, enciende y mide la tensión continua en la salida: debe ser cercana a 0 V (menos de unos 50 mV).
2. Mide la corriente de reposo de la etapa de salida midiendo la caída en las resistencias de emisor, según el diseño.
3. Deja funcionar unos minutos sin señal y comprueba que la temperatura del disipador se estabilice.
4. Conecta un parlante de prueba económico y aplica señal a bajo volumen.

Preguntas frecuentes

¿Qué es mejor, este amplificador discreto o uno integrado?

Los integrados de potencia son más simples de armar y tienen protecciones internas. Mira el amplificador de 100 W con TDA7294.

¿Puedo alimentarlo con más tensión para sacar más potencia?

Solo si todos los componentes (transistores, condensadores) soportan esa tensión y el disipador alcanza. No es un cambio que se deba improvisar.

¿Qué señal necesito en la entrada?

Una señal de línea de unos 1 Vpp, como la de un reproductor o un preamplificador.

Conclusión

Este amplificador discreto con etapa diferencial, amplificador de tensión, drivers y transistores de salida complementarios es un excelente ejemplo de cómo funcionan los amplificadores de potencia. Con una fuente de ±45 V, espera de forma realista unos 100 W RMS en 8 Ω, elige transistores de salida de 100 V o más y trabaja con mucho cuidado en la parte de la red y de la fuente.