Cómo funciona la fuente de alimentación de un amplificador

Fuente de alimentacion de un amplificador

Para poder amplificar el sonido un amplificador necesita algo primordial, y es un voltaje continuo y predeterminado en sus dos railes internos, tanto en el positivo como en el negativo, que utilizará para crear la señal amplificada a su salida.

Por lo tanto, se podría decir que este voltaje en sus railes son los cimientos a partir de los cuales un amplificador esculpe la forma de la señal musical, y la fuente de alimentación es la sección electrónica encargada de proporcionar ese voltaje a partir de la alimentación externa, veamos cómo!

Esquema genérico de amplificador de audio
Esquema genérico de amplificador de audio

El voltaje para los dos railes se lo proveerá la fuente de alimentación, y requerirá ser de un valor fijo y determinado por la potencia máxima que da el amplificador.

Supongamos el caso de un amplificador diseñado para dar 125 Watios RMS (250 W de pico) a 4 Ohms. Haciendo la ley de ohm (V = I*R, y P= V*I), y despejando de la ecuacion, tendremos que los railes de este amplificador habrán de tener continuamente 31,6 voltios, tanto en su rail positivo como en su rail negativo.

Para conseguir estos +31,6 y -31,6 voltios de contínua, a partir del suministro electrico de una casa (corriente alterna), el amplificador necesitará hacer una “transformacion” del voltaje, una “rectificación”, y un “filtrado” final. Todos estos pasos se realizan en la fuente de alimentación, y consiguen obtener el voltaje contínuo final que necesitan los dos railes del amplificador.

Para entender este proceso, veamos el ejemplo de como funciona la fuente de alimentación de un amplificador normal de home audio, alimentado por la red eléctrica a 220 Voltios, y al final veremos una particularidad de los amplificadores de car audio.

 

Transformacion del voltaje

La transformacion del voltaje consiste en convertir la amplitud del voltaje de entrada, a la amplitud del voltaje que necesitamos en los railes. Se hace mediante un transformador, constituido por dos bobinas de hilo de cobre concéntricas, una primaria en la que se hace circular la señal de alimenacion externa (supongamos el suminstro eléctrico de la casa), y una bobina secundaria en la que, gracias a la interacción electromagnética de las dos bobinas, se obtendrá el voltaje transformado a la amplitud necesaria (que será todavia en corriente alterna, y de la misma frecuencia que la señal de entrada, 50 Hz).

Transformador de la fuente de alimentacion
Transformador remarcado en la fuente de alimentacion

Normalmente estas dos bobinas o “devanados”, no son bobinas enfrentadas como se ve en el diagrama, sino que se hacen enrrollando cable de cobre en torno a un toroidal. Al necesitarse dos voltajes de salida, también es común poner dos devanados secundarios, para obtener dos voltajes respecto a masa.

Transformador toroidal
Transformador toroidal

Por lo tanto, en este punto, ya tendremos un voltaje con la amplitud de voltaje que necesitaba el amplificador en sus railes (supongamos que 31,6 voltios, como planteabamos en el ejemplo), en corriente alterna a 50 Hz. Como curiosidad, decir que para conseguir esta conversion de voltaje de 220 V a 31,6 V en el toroidal, hay que construir el toroidal con una proporcion determinada en el numero de vueltas de cobre, entre el devanado primario y los secundarios. Dependiendo de esta proporcion de vueltas, el voltaje de salida en el secundario, será inferior o superior al de entrada, y del valor que necesitemos.

Voltaje a la salida del transformador
Voltaje a la salida del transformador

 

Rectifiacion del voltaje

En este punto ya tenemos un voltaje del valor que queremos, 31.6V, pero todavia no es continuo, sino alterno. Esto significa que su valor va variando en el tiempo, de positivo a negativo. Ahora hay que conseguir que el voltaje sea siempre positivo, y para ello, hay que rectificarlo. Esto, en su forma más básica, se puede hacer con un puente de diodos o rectificador.

Rectificador remarcado en la fuente de alimentación
Rectificador remarcado en la fuente de alimentación

El puente de diodos convierte en positivos los ciclos negativos de la señal alterna, y mantiene intactos los positivos. Por lo tanto, la señal resultante será la siguiente.

Voltaje a la salida del rectificador
Voltaje a la salida del rectificador

Filtrado del voltaje

Una vez tenemos todos los ciclos todos en positivo, ahora queda pendiente conseguir que esta señal, todavia variante, pase a ser contínua, a parecerse más a una linea recta de voltaje constante. Este proceso se denomina filtrado.

Condensadores de filtrado remarcados, en fuente de alimentacion
Condensadores de filtrado remarcados, en fuente de alimentacion

El filtrado se consigue mediante condensadores como los de la figura, que almacenan parte de la energia de la señal cuando crece, para liberar corriente cuando la señal decrece. De esta manera, a la salida de la fuente, en los railes, lo que se consigue es una señal practicamente plana.

Voltaje tras el filtrado
Voltaje tras el filtrado

Y así, gracias a estos tres pasos que se realizan en la fuente de amplificación, ya tenemos el voltaje prácticamente contínuo, que necesita el amplificador para sus railes.

Como se puede apreciar, este voltaje todavía tiene un pequeño “rizado”, que dependerá de los valores de los condensadores y de otros factores de diseño.

 

¿Qué ocurre con los amplificadores de car audio?

Como muchos habréis pensado ya, algo no encaja en esta explicación respecto a los amplificadores de car audio, ya que la entrada a la fuente de alimentación en un amplificador de car audio no es una señal alterna de 220V y 50 Hz como en una casa, sino una señal continua de 14 Voltios…

Interior de coche

En efecto, para conseguir una transformación de los 14 voltios continuos de un coche, a los 31,6 v continuos del ejemplo, un amplificador de car audio necesita no solo la transformación en el toroidal para cambiar la amplitud del voltaje, sino una conversión previa a todo eso, de continua a alterna, ya que para que se pueda hacer la conversión de amplitud en un toroidal, la señal de entrada ha de ser alterna, si o si…

Por lo tanto, la fuente de alimentación de un amplificador de car audio, ha de convertir previamente la señal continua de 14 Voltios, a una señal alterna, antes de pasarla al toroidal, para que así sí, pueda ser transformado su voltaje, como en el proceso anterior.

Transformador toroidal en amplificador de car audio
Transformador toroidal en amplificador de car audio

Esta conversion previa, de continua a alterna, se hace mediante un circuito oscilador y transistores. De esta manera, se consigue pasar el voltaje de 14 voltios continuo del vehiculo, a un voltaje variable, a una frecuencia determinada, que introduciremos al devanado primario del toroidal, para ser modificada en amplitud. Este tipo de fuentes con conversion previa a alterna, se denominan “fuentes conmutadas”.

Esta frecuencia de la conversión a alterna, no tiene porqué ser a 50 Hz, como en el caso del ejemplo de home anterior, sino que puede ser la que se quiera, cuanto mayor sea, más pequeño será el toroidal necesario para la transformación, o sea, menos vueltas de cobre serán necesarias para obtener el mismo voltaje. Lo cual es una ventaja, que permite que los amplificadores de car audio tengan fuentes de alimentación más pequeñas, y que muchos amplificadores de home audio ya lo comenzaran a implementar también hace años, para conseguir fuentes de alimentación más pequeñas, que realicen la misma conversión de voltaje.

Esta ventaja tiene otras desventajas, como el hecho de que hace falta un diseño electrónico de mayor precision para trabajar a frecuencias tan altas en la fuente de alimentación, o que pueden ser fuente de interferencias.

A parte de esta conversión previa comentada, el funcionamiento básico de la fuente de alimentación en car audio, es exactamente igual a la de un amplificador de home. Ese voltaje variable entra en el primario del toroidal, sale en los secundarios transformado en amplitud, se rectifica, se filtra, y ya tenemos el voltaje necesario para los railes del amplificador.

Espero que os haya sido útil para entender, de manera esquemática, cómo funciona genéricamente la fuente de alimentación de un amplificador. Cualquier comentario que esté en mi mano, estaré encantado de contestarlo.

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Acerca de Diego Ena

Desde siempre he tenido un gran interés por los fundamentos y curiosidades del sonido. Durante mis estudios tuve la suerte de poder hacer una especialización sobre audio, y aunque no me dedico profesionalmente a ello, a día de hoy sigo siendo un gran aficionado. Con este blog espero aportar mi granito de arena a la afición por el interesante mundo del sonido.

11 comentarios en “Cómo funciona la fuente de alimentación de un amplificador

  1. Tengo una etapa de alta potencia, homeaudio, el otro dia los leds de protección no se apagaban, por ello el sonido solo se amplificaba intermitentemente. La abrí y en la fuente de alimentacion habia dos fusibles fundidos (en total lleva cuatro), pero ojo, estoy hablando de la placa de rectificación y filtraje, no de la transformación. Los reemplace por otros de igual valor y volvieron a fundirse. Desconecte todos los cables que iban hacia los railes de amplificación, volví a conectar y volvieron a fundir los fusibles (de nuevo los mismos dos de cuatro), desconecte los puentes rectificadores y ya no fundian los fusibles. Mi pregunta es: Puede que el fallo esté en alguno de los puentes rectificadores, o puede que sea del filtrado (lleva cuatro condensadores, dos de 10000 uF y 100 WV y otros dos de 10000 uF y 63 WV, todos a 85º)?? Y , ¿Porque de los cuatro fusibles de esta placa, solo funden dos? Agradeceria tu consejo. Enrique.

  2. Hola Diego, me gusto tu articulo.
    Se me estropeo el toroidal de mi amplificador de bajo electrico, un trace Elliot GP7 SM 300. el problema es que no se que voltajes de salida tiene. Y no me animo a andar contando las vueltas. Hay alguna manera de saberlo para comprar otro igual?
    Muchas gracias

    1. Hola Roberto,

      Así de primeras yo buscaría cualquier posible inscripción en el toroidal que te pueda dar pistas sobre el modelo concreto, para así poder buscar sus caracteristicas. Si no la hay, entonces me pondría en contacto por email con el fabricante, es muy posible que te aclaren la duda o si hay suerte incluso te faciliten los esquemas electrónicos.

  3. Hola,

    Supongo que la conversión de DC a AC la hacen los Mosfet que hay antes de la entrada a la fuente de alimentación. Que mejora podría causar poner unos Mosfet de mayor capacidad a un amplificador de car audio?, la pregunta viene por que es un mod que les hacen a las Phoenix Gold ms2125 y 2250. También le ponen condensadores de mas capacidad (mas del doble) en el filtro de la fuente, que mejora esto?, lleva 2200uf 16v y ponen 5600uf 16v.

    1. Mejorar los transistores de la parte de conmutación (donde se hace la conversion DC-AC, como bien dices, y que estará previa al transformador), o los condensadores de filtrado, deberían conllevar mejoras mínimas, si el diseño original esta bien calculado. Aunque seguramente pueda ayudar en los limites de trabajo, cercanos a la potencia máxima de diseño. Unos transistores mejores, por ejemplo podrían ser más estables en sus limites de trabajo a altas temperaturas. Y unos condensadores mayores, aguantarán un poco mejor alguna posible microcaída de voltaje en los raíles; aunque de manera limitada, ya que si la alimentación externa fuese perfectamente estable, unos condensadores mayores al valor necesario, no aportarían prácticamente ninguna ventaja.

      Eso si, en caso de ponerse condensadores de mayor capacidad, habrán de elegirse con una ESR (resistencia interna) equivalente a los de origen, o inferior; ya que si se eligen con una resistencia interna superior (como suele ocurrir cuando aumenta la capacidad de un condensador), la recarga será más lenta, y esto podría llegar a perjudicar o incluso anular la función que realiza en la fuente de alimentación.

      Asi que, si es una modificación muy probada y estudiada, no tiene porqué perjudicar, y quien sabe si se llegue a percibir alguna mejora audible. Pero si no, yo no me aventuraría, menos en un amplificador diseñado a conciencia 😉

  4. Muy buena explicación. Me interesa también saber como funcionan los distintos tipos de amplificaores: Clase A, Clase A/B, Clase D, etc.

    Podría quedar un blog muy interesante y bien explicado sin tanta terminología específica como se suele ver.

    Por mi parte, agradezco enormemente el aporte.

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