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13/02/2009 #1

Avatar de narcisolara_21

Cálculos de potencia en amplificadores, como seleccionar el transistor adecuado?
Saludos al foro, podría utilizar 6 tip142 (3 X rama) y ponerle una alimentación de +-50V hice una simulación en proteus y me da un consumo de 5.8 A x rama que seria un consumo 1.93 A por Transistor y multiplicandolo por la tensión 50V disiparia 97 Watts Aprox. y los tips aguantan 125 Watts, Ahi dejo un pdf para que me den su opinion y si estan bien los cálculos.

Una Pregunta se que esta fuera del tema, he visto transistores en diferentes diagramas y he visto transistores con mas de un colector o mas de un emisor que representará ese simbolo, Transistores en paralelo?.


Gracias...
13/02/2009 #2
Moderador

Avatar de crimson

Hola Narcisolara21, yo no utilizaría los TIPs142 porque son Darlington, esto es, tiene 2 transistores en vez de uno de potencia, ya estaría cambiando la cosa. Particularmente los desterré de mi vida, me volví loco tratando de hacer andar un amplificadorcito simple y lo solucioné cambiándolos por BD139 + TIP33 y BD140 + TIP34 sin problemas. Son muy inestables, oscilan con facilidad y para peor son made in China. He visto en algunos amplificador comerciales que le ponen resistencias de 470 ohm en las bases cuando usan dos en paralelo. En fin, es una opinión solamente, yo no soy muy amigo de esos transistores. Saludos C
13/02/2009 #3

Avatar de narcisolara_21

crimson dijo:
Hola Narcisolara21, yo no utilizaría los TIPs142 porque son Darlington, esto es, tiene 2 transistores en vez de uno de potencia, ya estaría cambiando la cosa. Particularmente los desterré de mi vida, me volví loco tratando de hacer andar un amplificadorcito simple y lo solucioné cambiándolos por BD139 + TIP33 y BD140 + TIP34 sin problemas. Son muy inestables, oscilan con facilidad y para peor son made in China. He visto en algunos amplificador comerciales que le ponen resistencias de 470 ohm en las bases cuando usan dos en paralelo. En fin, es una opinión solamente, yo no soy muy amigo de esos transistores. Saludos C
Gracias x responder, si ya habia oido algo sobre la oscilacion y las resistencias de bases de esos transistores, los queria usar ya que los compre cuando queria hacer el "amplificador de 100 Watts simple", queria hacer 3 canales pero leí muy malos comentarios sobre ese amplificador y me dicidí por hacer algo mejor, este tiene muy buenos comentarios y en varias tiendas de electronica aquí en maracaibo Vzla., los he visto a la venta solo la tarjeta driver pero la venden demasiado CARA! de todas maneras creo que lo intentaré a ver que tal.. Si no me resulta compro los mj15003 ya que los 2sc3858 no los consigo.
13/02/2009 #4
Moderador general

Avatar de Cacho

Narcisolara, ¿qué transistores de potencia conseguís?
Los TIP36C pueden servir bastante bien para esto, son comunes y no son caros. Hasta manejan más corriente que los TIP142.

De todas maneras, los TIP142 deberían andar bien... En caso de que oscile, soldales un condensador de 100pf entre la base y el colector a cada uno. Eso debería arreglar el asunto. Está claro que la prueba la tenés que hacer con un TR por rama, para no arriesgar todo.
Cabe aclarar que si son falsos los TR, vas a renegar mucho y no vas a lograr nada, así que buscá originales (de los que sea que termines usando).

narcisolara_21 dijo:
...hice una simulación en proteus y me da un consumo de 5.8 A x rama que seria un consumo 1.93 A por Transistor y multiplicandolo por la tensión 50V disiparia 97 Watts Aprox. y los tips aguantan 125 Watts, Ahi dejo un pdf para que me den su opinion y si estan bien los cálculos.
Mh... Suena raro el consumo, y las cuentas no están muy bien.
Si tenés +-50V, sobre una carga de 4Ω habrá una corriente máxima de 12,5A; en 8Ω será la mitad (6,25A).
Siempre hablando de 4Ω, con esas corrientes el pico de disipación será de 156W en 4Ω con una carga puramente resistiva y 312W en el peor de los casos (desfasaje de 45 grados entre V e I).
Cada TIP tendría que disipar 52W o 104W, dependiendo del caso. Con los 125W que disipa cada uno, vas bien.
No es esperable que le desfasaje sea de tanto como 45 grados, así que estimando nada más, pongamos un valor de 75W por transistor (90W sería más seguro).
Con eso en mente, vas al datasheet y por la pérdida de potencia de los TIP142, podrán operar sin riesgos hasta una temperatura de aldededor de 80 grados (si tomáramos 90W, andaría por los 50 grados el límite)
Con una carga más grande, estos valores mejoran.

Saludos
13/02/2009 #5

Avatar de juanma

narcisolara_21 dijo:
Una Pregunta se que esta fuera del tema, he visto transistores en diferentes diagramas y he visto transistores con mas de un colector o mas de un emisor que representará ese simbolo, Transistores en paralelo?.
Podrias subir el/los esquemas de esos amplificador?
13/02/2009 #6

Avatar de narcisolara_21

juanma
Podrias subir el/los esquemas de esos amplificador?
No es un amplificador amigo juanma, por eso dije que estaba fuera del tema ,es el esquematico del SG3524, lo que pasa es que hice el modelo en proteus y funciona bien, pero quisiera hacerlo con puros componentes discretos como en el datasheet. y la verdad es que no entiendo ese transistor de todas manera hay lo pongo para que me puedas aclarar la duda. Gracias....

Gracias San Cacho, Me podrías explicar la formula que usas para saber cuantos Tr de potencia necesitaría.

Narcisolara, ¿qué transistores de potencia conseguís?
Los TIP36C pueden servir bastante bien para esto, son comunes y no son caros. Hasta manejan más corriente que los TIP142.
Puedo conseguir esos tambien pero el problema es que los veo muy economicos (Valen la mitad que los tip142 unos 2$ americanos) y pienso que son Falsificados de todas manera comprare uno para destaparlo y ver como es por dentro como explican aqui en el Foro.. Pero sí podría usar los 142 yo creo que hasta 2 x rama podría servir.
Gracias....
Archivos Adjuntos
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14/02/2009 #7
Moderador general

Avatar de Cacho

Hola NarcisoLara.

Primero, los TIP36C cuestan poco más o menos 2 dólares en general, así que no necesariamente serán falsos. Fijate que sean de una buena marca, y si tenés la opción de abrir uno, mejor todavía. La pastilla de silicio debería ser de unos 4mm de lado por lo menos.

Segundo, potencia de transistores.
--Adjunto el datasheet del 2N3055 y MJ2955. Lo voy a usar para ir marcando algunos puntos y elegí este sólo porque lo tenía a mano y está completo, nada más--
Hay que hacer una diferencia MUY grande que en general se confunde: Potencia que un transistor puede manejar, y potencia que un transistor puede disipar. Sólo hablaré de la rama positiva, la otra es igual pero con los voltajes y corrientes negativos

La que puede manejar se ve fácilmente en el gráfico "SOA" (Safe Operation Area, o Área segura de operación) en el datasheet. En este caso, está al final de la segunda página. Ahí está la relación entre el voltaje y la corriente.
Esto está relacionado con la potencia que tendrá el amplificador. Supongamos que en un amplificador alimentado con +-30V se usan estos y calculemos: Con esa alimentación y por la ley de Ohm (despreciando resistencias menores), tendríamos una corriente máxima Imax.8=3,75A con una carga de 8Ω (I=V/R, o sea, I=30V/8Ω) e Imax.4=7,5A en 4Ω.
Dato extra: Con este voltaje se obtienen 55W RMS en 8Ω (110W pico) y 110W RMS en 4Ω (220W pico). Son valores nominales, en el mundo real es menos.
Con los números de la corriente vamos al gráfico de SOA. Si entramos por el voltaje (30V), vemos que tiene una capacidad de poco menos de 4A constantes. Estamos cubiertos en el caso de los 8Ω, y hasta alcanzaría para cubrir las necesidades de corriente de 4Ω, siempre y cuando los picos duraran menos de 1ms. Está al límite, pero puede soportarlo.

Hasta ahí hablamos de la potencia que puede manejar el transistor. Hay más, y más complicado, pero no viene al caso.

¿Cuánto disipa?
La fórmula de potencia es P=V*I.
V es la caída de tensión que se da en el transistor, o sea, la diferencia entre su colector y su emisor.
I es la corriente que circula por el transistor.

Estamos de acuerdo en que cuando el TR está completamente cerrado (conduciendo), su resistencia interna es mínima. En ese momento hay mucha corriente circulando, pero la caída de tensión en el transistor es poca (V=I*R, y como R tiende a 0...), por lo que la potencia disipada es relativamente baja (en el ejemplo, V es chico e I es Imax.8 o Imax.4).
En el otro extremo, el transistor está completamente abierto (resistencia máxima), y la corriente que circula es mínima. Otra vez, la potencia que se disipa es relativamente baja (V es 30V e I es chica)

Si los extremos son "seguros", entonces ¿dónde aparece la disipación?
Al llegar a la mitad de la onda senoidal: Ahí está el punto máximo.

¿Por qué?
La caída de tensión en el transistor es de V/2, y la otra mitad cae en el parlante, entonces la corriente que circulará a través de él será la mitad de Imax. La potencia disipada ahora por el transistor será (V/2)*(Imax.n/2). Reescribiendo eso, queda (1/4)*V*Imax.n, o sea, la cuarta parte de la potencia de pico sobre una carga de n. Esto es lo que disipan los transistores en una carga resistiva. En nuestro ejemplo, (30V/2)*(3,75A/2)≈28W trabajando el 8Ω, y ≈56W en 4Ω.
Como el parlante no es una carga puramente resistiva, sino que tiene una componente inductiva (una bobina), entonces tiende a desfasar la corriente y el voltaje.
Es un tema largo el del desfasaje, pero quedémonos con el peor caso: Un desfasaje de 45 grados. Si esto pasa, la corriente máxima (la que circula en la cresta de la onda) aparece en el momento en que la caída de voltaje en el transistor es de V/2, con lo que la potencia que tendrá que disipar será de (V/2)*Imax.n; en números aproximados, 56 y 112W en 8 y 4Ω respectivamente. Usar estas potencias es muy sano a la hora de calcular la disipación de los transistores. Uno se asegura de que sin importar lo que pase, los transistores lo resistan.

Entones necesito disipar 112W en el peor de los casos en mi amplificador imaginario. Según el datasheet, estos disipan 115W, así que alcanzan. Pero hay un detalle: Cuando se calientan, los transistores pierden capacidad de disipación. Voy a la primera hoja del datasheet y veo "Derate above 25C=0,657W/C", que traducido es "Pérdida de potencia por encima de 25C=0,657W/C". A poco menos de 30 grados mi transistor va a disipar los 112W y nada más... Si llega a subir más la temperatura, se quemará (en caso de darse las peores condiciones, que son las que estoy usando acá). Si en cambio uso 2 transistores, cada uno va a disipar unos 56W. En este caso, puedo llevar la temperatura hasta casi 115 grados sin que pierdan capacidad de disipación.

Ahora todo pasa por encontrar un disipador que mantenga mis cuatro transistores (dos en la positiva y dos en la negativa) a menos de 115 grados. Eso implica más cuentas... pero es otro tema.

En el mundo real es casi imposible encontrarse con el desfasaje de 45 grados, así que estos números son más grandes de los que podrías necesitar. Estimando a ojo nomás, en este caso estaríamos en unas disipaciones de 80/90W como máximo en 4Ω. Así, una salida calculada con 112W de disipación es prácticamente imposible de quemar, pero más grande y cara que la mínima requerida.

Espero no haberte complicado con la mátemática y no haberme equivocado tampoco, y si alguien encuentra errores, por favor corríjanme.
Es tarde, ya tengo sueño. Mejor me voy a dormir.

Saludos
Archivos Adjuntos
Tipo de Archivo: pdf 2n3055_y_mj2955_750.pdf (84,7 KB (Kilobytes), 233 visitas)
14/02/2009 #8

Avatar de narcisolara_21

Un Millón de Gracias San_Cacho, Mejor Imposible ya al fin me quite este calvario de estar buscando Tr de potencia para las Salidas. Voy a bajarme unos cuantos Datasheet para tenerlos a la mano. Una pregunta la marca NTE es buena? por que conseguí una tienda que vende de todo original de esa marca pero cuando le pregunto por un Tr en especifico me dicen que no lo tienen y me dicen que tienen por ejemplo el NTE465xx todos empiezan por NTE de todas maneras voy a gloogear a ver que consigo Hasta luego y Gracias...
14/02/2009 #9
Moderador general

Avatar de Cacho

De nada.

Los NTE andan bien, pero son caros.
Entrá a alguna página de venta de componentes y fijate las listas de precios: Los "comunes" cuestan la mitad o menos que los NTE que los reemplazan. Por ejemplo, en www.mouser.com, el 2N3055 de ON (ex Motorola) cuesta US$ 1,75, y el NTE130 (reemplazo del 3055) cuesta US$ 4,06.
La ventaja es que NTE fabrica casi cualquier transistor que necesites; la desventaja, el precio.
Buscá los comunes preferentemente...

Saludos
14/02/2009 #10

Avatar de narcisolara_21

San Cacho: conseguí este original Sanken y su precio es de Bs. 6 (2,8$) Mas barato que el Tip142
--- 2SC1584---
Full Rating 150V 15A 150W 10MHz
Type NPN
Voltage 150V
Amps 15A
Watts 150W
---------------------------------------------------
14/02/2009 #11
Moderador general

Avatar de Cacho

No lo conozco y no consigo el datasheet, pero con esos valores debe andar bien.
Si es Sanken original, tiene que ser bueno.

Saludos
15/02/2009 #12


Una consulta: si quisiera aumentar la potencia del amplificador, me convendría invertir en el voltaje o en el amperaje del transformador? O, qué relación tendrían que guardar estos dos valores? Muchas graciass
15/02/2009 #13
Moderador general

Avatar de Cacho

Hola Roberto

Un amplificador nunca, pero nunca de los nuncas, puede entregar más potencia que la que tiene disponible desde la fuente.
El voltaje de alimentación es el que determina la amplitud de la onda de salida. Pero si no tiene corriente suficiente, ese voltaje va a caer de manera estrepitosa.
En definitiva, necesitás tener ambas cosas: corriente Y voltaje. Con un poco de matemática se puede calcular cuánto necesitás de cada una para lograr determinada potencia.

Saludos
15/02/2009 #14

Avatar de narcisolara_21

Saludos al foro,
Amigo San_Cacho, como calculó la potencia me podría explicar y disculpe la molestia me falta esta parte.
Dato extra: Con este voltaje se obtienen 55W RMS en 8Ω (110W pico) y 110W RMS en 4Ω (220W pico). Son valores nominales, en el mundo real es menos.
15/02/2009 #15


Ahh, gracias Cacho. entonces cuando dicen que disminuyendo la impedancia de los bafles aumenta la potencia es mentira? porque estaría aumentando la corriente pero el voltaje tendría que disminuir, no?
15/02/2009 #16
Moderador general

Avatar de Cacho

narcisolara_21 dijo:
...como calculó la potencia me podría explicar...
roberto_in dijo:
cuando dicen que disminuyendo la impedancia de los bafles aumenta la potencia es mentira? porque estaría aumentando la corriente pero el voltaje tendría que disminuir, no?
La potencia de algo es P=V*I, en eso estamos de acuerdo.
Según Ohm, V=I*R. Esto se transformadorrma fácilmente en I=V/R.

Si en la fórmula de potencia reemplazamos I por el equivalente que da Ohm, queda P=V*(V/R)=V*V/R=V²/R, donde V es el voltaje que cae a través del parlante y R es la resistencia de su bobina.

Segunda cosa: Voltaje de pico y voltaje RMS. La alterna es una onda a la que se le puede medir la amplitud entre las crestas positivas y negativas. Ese es dos veces el valor de pico (de +V a -V). Para calcular el valor RMS de esa onda, hay que dividirla por √2, entonces una onda de alterna de 311V de pico (aprox.) da una tensión de 220V RMS (la que tenemos en los enchufes en Argentina). Los 311V se dan en el semiciclo positivo. En la segunda mitad del ciclo, se dan 311V negativos.

Narciso:
En el ejemplo al que hacés refererencia la alimentación es de +-30V, entonces la onda de salida tendrá como máximo una amplitud de 30V positivos y 30V negativos. El valor RMS de esa ondas es de 21V. Con la fórmula de potencia eso da (21V)²/8Ω≈55W RMS. Si usamos los voltajes de pico se repite la cuenta y da las potencias de pico. Si se cambia la impedancia del parlante, se cambia en la fórmula y se calcula de nuevo.
Como la onda de salida del amplificador no llega nunca a +V (está a unos 2 o 3V, los transistores no son ideales), y el voltaje que da la fuente cae un poco (usualmente, de un 2 al 10%, dependiendo de la carga y la fuente), el valor que estamos calculando es el teórico. El real siempre es un poco menos.
Ah, y nada de andar tratándome de usted, ¿eh?

Roberto:
De P=V²/R te darás cuenta de cómo sube la potencia al bajar la impedancia de la carga. Claro que baja también la tensión de alimentación, pero si la caída es moderada (cosa que se suele dar), la potencia sube hasta donde lo permitan la fuente y los transistores de salida sin quemarse.
Ahora sé la potencia y el voltaje que necesito para conseguirla. Con la fórmula original se calcula la corriente y tengo los datos para ir a la fuente.
Esta debe ser capaz de entregar 1,4 veces esa potencia (valor típico para un amplificador clase AB) para poder asegurar el buen funcionamiento del sistema bajo cualquier condición. Dicho al revés, el amplificador entregará como máximo una potencia RMS de 0,6*(Potencia RMS de la fuente). Se pueden usar más chicas, pero en general no se justifica por los costos, a menos que se vayan a producir en serie.

Saludos
15/02/2009 #17

Avatar de narcisolara_21

Entoces digo, Muchas Gracias Hermanazo...
15/02/2009 #18


Buenisimo, muchas gracias por la explicación.
15/02/2009 #19
Moderador general

Avatar de Cacho

De nada y de nada.
15/02/2009 #20

Avatar de narcisolara_21

Amigos Foristas: Sé que este no es el tema indicado para seguir hablando de algunos cálculos para un amplificador pero quiero aprender aunque sea lo más simple, que para mí sería la etapa de salida. Ya que para aprender a diseñar un amplificador hay que leeerr y mucho (por cierto estoy leyendo un tutorial de como diseñar un amplificador de 30 Watts clase AB desde Cero. Muy bueno el que lo quiera me avisa)
Voy con otra duda:

He visto muchos diagramas de amplificador más que todo de 100 Watts a 8Ω y ≈150 a 4Ω, Con una alimentación de +-40V. Voy agarrar este como ejemplo. Si bien se supone que el valor Rms de 40V es de = (40V/1.4142) =28V, Y si aplicamos la fórmula ((28V) ² / 8Ω≈100W) Estaría bien Verdad, pero si lo hacemos a 4 Ω sería (28V) ² / 4Ω≈200W, Ahora mi duda ¿porqué solo entrega 150 Watts? Sí tendrían que ser 200Watts. Que lo limita o que le falta.
Gracias..
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