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             Funcionamiento y potencia de un amplificador de transistores

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 más 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 saber la potencia disponible. La potencia disponible es aquella que está en capacidad de entregar la fuente de alimentación. Esta es el resultado de multiplicar el voltaje por la corriente que entrega 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.
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 estéreo con doble transformador la potencia será de 2800W en total.
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 sí aumentemos la cantidad de transistores a 12, 16, 24, 32 ó más, NUNCA aumentará la potencia por encima de la 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, conviene aprender a leerla e interpretarla correctamente.

                                               TOSHIBA TRANSISTOR SILICON 2SC3281

Como se observa en la tabla, el voltaje máximo entre emisor y colector, que es de 200V, 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 a 20 Amperios. Esta corriente es corriente de pico, quiere decir que el transistor puede llegar a soportar picos de entre 15 y 20 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 95 a 100W aproximadamente. Si queremos obtener más potencia por cada transistor, debemos usar transistores más potentes como el 2SC2922, el 2SC3858 0 el MJL21194 que entrega hasta 200W máx.
Como nuestra fuente es de +/- 70 Voltios y una potencia de 1400W por canal, podemos colocar varios transistores, en este caso, colocaremos 10 transistores en paralelo, es decir; 5 en +Vcc, y 5 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, 150W/70V = 2.1 Amp.
Ahora, para saber cuántos transistores podemos colocarle al amplificador, debemos dividir los amperios que entrega el transformador por 2.1 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 20 amperios. 20/2.1, serian 9.5 transistores, que lo redondeamos a 10. Si queremos colocar más transistores o hacer dos etapas monofónicas, cada una con 10 transistores, así de esta manera lograr un amplificador estéreo, debemos colocar dos transformadores para lograr más corriente (I).
Ahora, debemos diferenciar la potencia disponible o de alimentación, nuestro ejemplo es de 1400W , 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 68 Voltios, y tenemos 2 parlantes de 8 ohmios conectados en paralelo en la misma salida, tenemos que: 68V al cuadrado = 4624 y dos parlantes de 8 ohmios en paralelo dan una impedancia de 4 ohmios, esto es igual a W = 4624/4. El resultado de esta operación es 1156W de potencia, menos el 20% de perdidas, tenemos una potencia de 924.8W 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 56x56VAC, entonces serán 56 voltios aproximadamente los que obtendremos a la salida a parlante.
Recordemos que cuando se hable de aumentar la carga de parlantes, la impedancia baja y por consiguiente pasa más corriente por los transistores de potencia. Entre más parlantes tenga, los ohmios serán más bajo.
Un amplificador monofónico con 10 transistores y un voltaje de +/-70VDC, puede soportar una carga de 2 ohmios, siempre y cuando los transistores sean de buena calidad. Esto también quiere decir que entre más transistores, mayor manejo de corriente y por lo tanto se pueden colocar más parlantes. No obstante también va ligado al voltaje que usemos. Si el voltaje es muy alto y hay pocos transistores, la impedancia no puede bajar mucho, pero si el voltaje es bajo y pocos transistores, se puede bajar la impedancia, hay que analizar las tres cosas, voltaje, cantidad de transistores y carga a la hora de probar un amplificador de gran potencia.
Otro punto importante es que la potencia de salida siempre estará relacionada directamente al voltaje y a la corriente que proporcione la fuente de alimentación. Obviamente también a la carga (impedancia de los parlantes), además se deben considerar las pérdidas que existen en la fuente rectificadora, sin olvidar que debemos tener un margen por encima, que asegura que el transformador no se va a calentar demasiado cuando el amplificador esté en su mayor exigencia.
A continuación tenemos una tabla de la cantidad de transistores, voltaje máximo e impedancia mínima que puede ser utilizada con transistores 2SC3281, 2SC3858, 2SC2922, y MJL21194.

Cantidad de Transistores	Voltaje Máximo	Impedancia Mínima
2	+/-55V DC	8 Ohmios
4	+/-60V DC	8 Ohmios
6	+/-65V DC	4 Ohmios
8	+/-70V DC	4 Ohmios
10	+/-75V DC	4 Ohmios
12	+/-80V DC	2 Ohmios
14	+/-85V DC	2 Ohmios
16	+/-90V DC	2 Ohmios
24	+/-92V DC	2 Ohmios
32	+/-95V DC	1 Ohmios

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