Diseño y construcción de un

amplificador didáctico de
potencia para audio
Antonio Blanco Solsona
Antonio.Blanco@uv.es
Francisco Hortelano Moya
hortelmo@hotmail.com

ción acústica es necesario disponer de altavoces con un gran cono

INTRODUCCIÓN y para mover este cono es necesario que circu- le una elevada
corriente. Se consigue con una etapa final. La etapa final amplifica
En el presente artículo se describen los fundamentos básicos corriente y no tensión. La etapa de potencia es una etapa
de los amplificadores de potencia para audio. Estos conceptos amplificadora de corriente.
se aplican en el diseño y construcción de un amplificador de
potencia. Por emplear compo- nentes básicos y no hacer uso La primera aproximación es intentar conseguirlo con un
de ningún circuito inte- grado puede ser considerado como un amplificador en clase A con transistores. La primera dificultad es
buen amplifica- dor didáctico donde se visualizan los adaptar la baja impedancia del altavoz con la necesaria en el
fundamentos básicos de la amplificación de audio. colector del transistor. Suele ser alrede- dor de 1.000 Ω. Se
utiliza un trasformador para adaptar las impedancias. El esquema
También se comenta el diseño y construcción del cir- cuito se muestra en la figura 1.
impreso usando el ORCAD. El montaje se ha rea- lizado
obteniendo muy buenos resultados a niveles teó- ricos,
experimentales y didácticos.

EVOLUCIÓN DE LOS AMPLIFICADORES

DE POTENCIA
Una vez realizada la amplificación de tensión es nece- sario
actuar sobre el medio acústico para producir la sen- sación
sonora. El elemento donde se produce la conver- sión de las
variaciones eléctricas en variaciones de presión es el altavoz.
Si se quiere producir una gran varia-
Figura 1. Amplificador en clase A con transformador

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En un transformador se tiene: Por todas estas causas este tipo de amplificador no es

recomendable. No se usa y dio paso a otra configu- ración. Es
el amplificador en clase B.

Siendo n la relación de transformación.

Como el transformador tiene un rendimiento supe- rior al AMPLIFICADOR EN CLASE
90%, se puede considerar ideal y la potencia del primario es
prácticamente igual a la potencia en el secundario: B
P1 = P2
El amplificador en clase B o en contrafase con trans-
Y como la potencia es: formador se diseñó para solucionar los problemas que
presentaba la amplificación de potencia para audio en clase A.
El esquema básico es:

Potencia para cargas resistivas. El altavoz se conside- ra una

carga resistiva o se adapta mediante la red de Zobel.
Mediante la ley de Ohm se obtiene:

Haciendo operaciones se obtiene:

Figura 2. Amplificador en contrafase en clase B

La señal de entrada Ve llega a un transformador con

Z1 representa la impedancia transferida al primario de Z2. Si toma media en el secundario. Se obtiene una señal con
Z2 es la impedancia del altavoz resulta: toma media respecto a masa. Para un semi- ciclo la
polarización hace que entre en conducción Q1 y se corte Q2.
Al siguiente semiciclo, conduce Q2 y se corta Q1. La salida
de ambos colectores va al prima- rio de otro transformador
El amplificador tiene dos rectas de carga distintas. La recta de con toma media conectada al positivo de la fuente de
carga estática y dinámica. Se diseña para que trabaje en clase A alimentación. En la salida de este transformador se obtiene
en régimen dinámico, resultando una corriente en el punto de sobre la carga o alta- voz, la señal reconstruida y adaptada a la
funcionamiento: impedancia de éste.

La ventaja de este amplificador reside en el alto ren-

dimiento (78%) y en la ausencia de consumo sin señal en la
entrada. El principal inconveniente es la distorsión de cruce. Esta
La potencia disipada en el transistor es el doble res- pecto a se produce al estar los transistores en corte. Para que entren en
la disipada en el altavoz. El rendimiento es del conducción es necesario supe- rar la barrera de potencial de los
50%. Siempre está conduciendo el transistor, incluso en diodos. Es necesario que entre base y emisor se tengan
ausencia de señal de entrada. Además, el transformador no tiene aproximadamente
una respuesta lineal y se pueden presentar dis- torsiones 0.7 V. Como la polarización viene determinada por la propia
señal, aparece una distorsión denominada dis- torsión de cruce.

Cada transistor, en reposo está en corte:

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AMPLIFICADORES DE POTENCIA
EN CONTRAFASE SIN
TRANSFORMADOR DE SALIDA
Utilizando un transistor NPN y otro PNP no hace falta el
transformador de salida. Se tienen los siguientes esquemas:

Figura 3. Funcionamiento en clase B

El diseño se realiza partiendo de la potencia desea- da.

Suponiendo carga resistiva en el altavoz, por ser despreciable
el efecto inductivo o por estar compensado por la red de Zobel,
se tiene:
PL = V * I
Siendo V e I la tensión y la corriente eficaz en el alta- voz.
Como I = V / RL haciendo operaciones resulta:

Y despejando Vcc:
Figura 4. Amplificador de potencia sin transformador
con alimentación simétrica

Siendo Vcc la tensión de la fuente de alimentación. Está en

función de la potencia deseada, de la impedan- cia del altavoz y
de la relación de transformación.
La potencia suministrada por la fuente es:

La potencia disipada en cada transistor es:

El principal inconveniente de este circuito es la dis- torsión

de cruce. La unión base emisor no está polariza- da y es la Figura 5. Amplificador de potencia sin transformador
propia señal la encargada de polarizar dichas uniones. Si los con alimentación simple
transistores estuvieran ya conduciendo, este problema no se
presentaría. Es lo que se consigue en el diseño en clase AB. En el circuito de la figura 5 cada transistor conduce durante
un semiciclo. En el de la figura 6 también. Cuando Q1 está
en corte, la energía almacenada en el condensador C1 permite
la conducción de Q2.
El funcionamiento también es en clase B. Para solu- cionar
el problema de la distorsión de cruce se diseñan en clase AB.

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AMPLIFICADOR EN CLASE AB
Este tipo de amplificadores funcionan básicamente como los
amplificadores en clase B, excepto en el que se inyecta una
pequeña corriente de polarización para que ya estén
conduciendo previamente a la llegada de la señal. No se
diseñan en clase A. Se diseñan casi en corte, pero sin llegar a
estar en ese estado. De esta forma se consigue eliminar la
distorsión de cruce.
Figura 7. Espejo de corriente

Si la corriente Io que circula por la resistencia R per- mite

despreciar la que se deriva por la base, la corrien- te que circule
por el diodo será prácticamente Io. Esto se puede considerar si
se cumple:

La corriente de colector es:

Figura 6. Funcionamiento en clase AB Para evitar problemas térmicos se coloca en serie con el
emisor una resistencia de potencia de 0.47 Ω
La principal dificultad es conseguir la estabilidad del punto Estos conceptos se emplean en el diseño del siguien- te
de funcionamiento. Se debe garantizar que los transistores no amplificador de potencia en clase AB:
entrarán en corte. La mejor solución es recurrir al espejo de
corriente.

El espejo de corriente se basa en la conexión en paralelo de

dos diodos iguales. Si son iguales y tienen la misma curva
característica, por los dos diodos circula la misma corriente
puesto que los puntos de funciona- miento son idénticos.
Para una misma tensión ánodo- cátodo en los dos diodos se
tiene una misma corriente en cada uno de ellos.

Si el diodo y el transistor son de silicio se pueden considerar

iguales la tensión en extremos del diodo y la tensión entre base y
emisor. En el siguiente esquema, la corriente que circula por el
diodo es la misma que circu- la por la unión base emisor. Es
decir:

Figura 8. Amplificador de potencia en clase AB

por espejo de corriente

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El transistor Q1 polarizado por R1 y R2 se compor- ta como Se añade otro diodo, para compensar otra unión base
una fuente de corriente: emisor en la configuración del espejo de corriente.
Los transistores finales son de potencia. La β de estos
transistores suele ser de 20. La del resto de los transistores
suele ser de 100.

La corriente Ic en régimen estático es constante. La corriente

por los diodos D1 y D2 también lo es. La pola- rización de los
transistores queda garantizada al estar los diodos en paralelo con
las uniones base emisor. LA RED DE ZOBEL
Para alterna, los diodos se comportan como una La red de Zobel es una red compuesta por una resis- tencia y
resistencia dinámica por estar polarizados en el primer cuadrante. un condensador en paralelo con el altavoz dise- ñada para
Las bases para alterna están unidas. Para minimizar las compensar el efecto inductivo de éste. El esquema es:
diferencias puede conectarse entre ambas un condensador. “Ra” representa la resistencia del altavoz. Suele ser 8
En reposo, la tensión continua en extremos de la carga Ω. “La” representa la inductancia del altavoz.
debe ser 0 voltios. Se ajustará retocando ligera- mente la
resistencia R4 o la resistencia R3.
Si se introduce una señal variable en la entrada, Q1 la
amplifica. A la salida de Q1, Q2 amplifica el semipe- riodo
positivo y Q3 el negativo. En el altavoz, RL, se tiene la señal
reconstruida.
Para conseguir que los transistores de potencia pue- dan ser
del mismo tipo, se recurre a la configuración con simetría
complementaria y Darlington. En la siguiente figura se puede
observar esta configuración.
Figura 10. Red de Zobel

Para que todo el conjunto equivalga a una impedan- cia

ohmica de valor igual a Ra se deben cumplir dos condiciones:

Se justifica a partir de:

Haciendo operaciones, se obtienen los valores indi- cados.

Figura 9. Amplificador de potencia en clase AB por
espejo de corriente y simetría complementaria.

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Valores prácticos son: Además,

R=8Ω
C = 42 nF a 100 nF
Con todo lo expuesto, se puede diseñar ya el ampli- ficador
didáctico de potencia. resulta:

AMPLIFICADOR DIDÁCTICO DE POTENCIA

Se va a diseñar un amplificador de potencia para audio, en VL representa el valor eficaz. Al estar alimentado el
contrafase y funcionando en clase AB. Se ha elegido una amplificador con alimentación simétrica, la máxima des- viación
potencia de 30 W y una pequeña etapa amplificadora de la tensión en la carga es Vcc. Resulta:
compuesta por un transistor. La frecuen- cia inferior de corte se
elige de 20 Hz. El esquema que se va a justificar es el indicado
en la figura 11:
El diseño parte de la potencia requerida y de la impedancia
del altavoz. Se diseña de derecha a izquier- da. Suponiendo una Sustituyendo:
potencia de 30 W sobre un altavoz de 8 Ω el primer paso
consiste en calcular la tensión de alimentación.

Cálculo de la fuente de alimentación

Como por ser carga resistiva Despejando Vcc,

Figura 11. Amplificador didáctico de potencia

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Y sustituyendo valores: Q3 y Q5 equivalen a un transistor PNP de

La fuente de alimentación debe suministrar una ten- sión Los transistores de potencia tienen una β aproxima- da de
simétrica de ±22 voltios. 20. Por ejemplo se elige el 2N3055.
La corriente máxima que debe suministrar cada fuente es: Para Q4 se elige un transistor de β 100. Por ejemplo el
2N2222A. Para Q5, un transistor PNP de β 100, por ejemplo
el 2N2905.

Cálculo de R8
Características de los transistores Para calcular R8 se necesita saber la corriente y la diferencia
Los transistores Q5 y Q6 tienen las siguientes carac- de potencial en extremos. En reposo, la ten- sión en RL es 0V.
terísticas: Despreciando la caída de tensión en la resistencia de 0.47Ω, la
tensión en la base de Q4 es 1.4V
El valor máximo de la corriente por la base es:

Son transistores de potencia. La β se toma de 20 Se toma para R4 una corriente ligeramente superior para
garantizar que los diodos y el transistor Q2 siempre estén
conduciendo. Por ejemplo 5 mA
Características de las resistencias R9 y R11
Las resistencias R9 y R11 se eligen de 0.47Ω. Al ser de
potencia, es necesario calcular la potencia disipada:
R8 = 4120 Ω

Cálculo de C4
C4 garantiza la unión eléctrica de las bases de los transistores
para alterna. Se puede realizar un cálculo aproximado para
obtener el valor del mismo. No es crí- tico su elección.
R9 y R11 son resistencias de 0,47 Ω y con una
capacidad de disipación superior a 3.55 W.

Características de los transistores Q3 y Q4

Q4 es un transistor NPN en configuración darlington junto Sustituyendo:
con Q6. Q3 es un transistor PNP en configuración darlington
complementario junto con Q5.
Q4 y Q5 equivalen a un transistor NPN de

C4= 530 µF

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Elección de los diodos D1, D2 y D3

La corriente que circula por los diodos es pequeña, La resistencia,
5mA. Sirve cualquier diodo de señales, como por ejem-
plo el 1N4148.

Elección de Q2 R6 = 41100 Ω

Q2 es un transistor que funciona con una corriente y una

tensión reducida. Cualquier transistor de señales Elección de Q1
sirve para esta aplicación. Se elige el transistor NPN Q1 es un transistor de señal. Se puede elegir perfec- tamente
2N2222A de β = 100. el 2N2222A

Cálculo de R7 Cálculo de R3 y R4
R7 debe calcularse de forma que permita el correcto Se elige una corriente de colector de 10 mA, un punto de
funcionamiento del transistor Q2 para cualquier varia- ción de la funcionamiento en clase A y una tensión de emisor de 2.2 V. A
señal de entrada. Se elige una caída de ten- sión Vcc /10, es partir de estos datos se diseñan las resistencias:
decir 2.2 V.

R3 = 220 Ω
R7= 440 Ω
En el colector de Q1 se tiene la siguiente tensión:

Cálculo de R5
Se elige una corriente por R5 y R6 superior a la de la base.
La corriente por la base de Q2 es: La resistencia R4:

Se toma una corriente de 1 mA. De esta forma se puede R4 = 880 Ω

despreciar la de base. La ganancia de la etapa es:

R5 = 2900Ω Suponiendo que se está trabajando a una frecuencia superior

a la de corte.
La impedancia de entrada de la siguiente etapa es:
Cálculo de R6
La corriente es de 1 mA. La diferencia de potencial en
extremos es: Ze2 = 2553 Ω

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pues rd2 = 25 mV / 5 mA = 5 Ω
Cálculo de la impedancia de entrada
rd1 se calcula de igual forma:
La impedancia de entrada del amplificador se calcu- la a
rd1 = 25 mV / 10 mA = 2.5 Ω partir de la siguiente expresión:
Calculando R4 // Ze2 se obtiene: R4
// Ze2 = 654 Ω
La ganancia es: Ze = 1092 Ω

Cálculo de C1
A = 9 dB El cálculo de C1 se realiza a partir de la impedancia de
entrada y de la frecuencia inferior de corte:
La ganancia Av es:
Av = 654 / 222.5 = 2.9
Siendo Av = V2 / V1 o función de transferencia.
Se toma uno de 10 µF
Cálculo de C3 C1 = 10 µF
C3 se calcula a partir de la siguiente expresión:

SIMULACIÓN DEL AMPLIFICADOR.

Se elige uno superior. Por ejemplo uno de 10 µF C3 =
RESPUESTA TEMPORAL
10 µF La simulación se ha realizado con Pspice. Los resul- tados
obtenidos para una señal de entrada de 500mV son:

Cálculo de R1 y R2
La corriente por la base de Q1 es Ib1 = Ic / 100 =
0.1 mA
Se toma una corriente por R2 diez veces superior para
poder hacer aproximaciones:
Io = 1 mA La
tensión en la base de Q1 es:
Vb1 = Ve1 + Vbe1 = 2.2 + 0.7 = 2.9 V R1
= 2.9 / 1mA = 2900 Ω Figura 12. Respuesta temporal
R1 = 2900 Ω No se puede alcanzar la potencia deseada debido a las
R2 se calcula a partir de: limitaciones impuestas por R7 y R8 que afectan a
funcionamiento de Q2 y debido también a que se han
despreciado las pérdidas en las resistencias de 0.47 Ω. Para
solucionarlo, solamente es necesario aumentar la tensión de las
fuentes de alimentación y comprobar los resultados mediante
simulación. Finalmente se consigue
R2 = 19100 Ω

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la potencia deseada alimentando el amplificador con dos fuentes Con el ajuste de tensiones de la fuente de alimenta- ción y el
de alimentación de 35 V. Es necesario ajus- tar la resistencia R7 ajuste de la resistencia R7 se tienen los siguien- tes valores de
para conseguir 0 voltios en extremos del altavoz. Se consigue tensiones y corrientes:
con un valor de 468 Ω. Esta resistencia es crítica y sería
conveniente sustituirla por un potenciómetro multivuelta.

Figura 16. Tensiones continuas en el amplificador

alimentado a ± 35V y con R7 ajustada a 468 W
Figura 13. Señal en extremos del altavoz
una vez ajustado el amplificador.

Antes de modificar las tensiones de alimentación se simula

el circuito. Las tensiones obtenidas son:

Figura 17. Corrientes continuas en el amplificador

alimentado a ± 35V y con R7 ajustada a 468 W

Figura 14. Tensiones continuas en el amplificador Las variaciones de las corrientes de polarización no afectan al
alimentado a ± 22V circuito. Las variaciones de las tensiones de ali- mentación
tampoco. El circuito se ha ajustado al valor de potencia requerido,
Las corrientes continuas en el amplificador son: minimizando las pérdidas generadas en los componentes.

El único cambio a realizar es la fuente de alimenta- ción.

Esta debe ser una fuente simétrica de ± 35V.

SIMULADOR DEL AMPLIFICADOR.

RESPUESTA FRECUENCIAL
La respuesta frecuencial del amplificador es el
Figura 15. Corrientes continuas en el amplificador diagrama de Bode. La simulación da el siguiente resultado:
alimentado a ± 22V

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sión 9.00. Este programa nos permite la captura de

esquemas (Orcad Capture) con el que realizamos el
esquema eléctrico del circuito. Para ello se dispone de varios
cientos de componentes electrónicos agrupados en distintas
librerías de las que podemos hacer uso para colocar en el
esquema los componentes necesarios.
El programa permite crear componentes nuevos que no están
inicialmente en las librerías suministradas con el. De esta manera si
queremos colocar un componente de una forma determinada
en el esquema, y éste no lo encontramos en ninguna librería
Figura 18. Respuesta frecuencial del amplificador
de las que vienen con el programa, resulta sumamente fácil crear
uno nuevo con la forma y terminales que se desee. Además,
Se puede observar una respuesta plana a partir de la podremos incorporar dicho componente nuevo creado por
frecuencia de corte. La frecuencia de corte es de 9 nosotros en alguna de las librerías ya existentes o, si lo deseamos,
Hz. A mejorado y ha descendido de los 20Hz requeri- dos al podemos crear una nueva librería donde guardarlo.
elegir condensadores de una capacidad superior a la calculada.
Una vez realizado el esquema eléctrico del circuito, el
programa Orcad permite anotar los componentes, es decir,
numerar sus referencias, con objeto de que no existan dos
SIMULADOR DEL AMPLIFICADOR. resistencias o transistores numerados de igual forma (debe ser
por ejemplo R1, R2, R3, etc.). Esto es importante pues, al
ANÁLISIS ESPECTRAL realizar la placa de circuito impreso, no debe haber dos
componentes con la misma referencia o el programa dará error.
Se obtiene a partir de la transformada de Fourier. El
resultado obtenido se muestra a continuación: Cuando hayamos realizado el esquema y referencia- do
correctamente los componentes del mismo debere- mos
realizar el chequeo eléctrico . La herramienta de chequeo es muy
útil y con ella el programa puede detec- tar errores de
conexiones y avisarnos de ello para que sean corregidos si ha
lugar a ello.
Finalmente, se ha de indicar para cada componente del
esquema cuál es el encapsulado que le corresponde con objeto
de saber cuáles son las medidas y las distan- cias físicas que
tiene cada componente en la realidad.
Lo que se consigue al final de todo el proceso ante- rior es
un fichero de lista de conexiones que será utiliza- do por otro de
las utilidades del programa Orcad y que no es otra que la
Figura 19. Análisis espectral utilidad Orcad Layout.
Se puede observar como la fundamental tiene una amplitud Orcad Layout se encargará de utilizar el fichero de
de 12V y el resto de los armónicos tienen amplitudes inferiores conexiones creado con Orcad Capture para obtener las pistas
a los 96mV. Presenta una buena definición de la señal de del circuito impreso correspondiente.
entrada amplificada.
A continuación se explica como se ha realizado la placa de
circuito impreso del amplificador didáctico uti- lizando las
utilidades de Orcad Capture y Orcad Layout mencionadas
REALIZACIÓN DE LA PLACA anteriormente.

DE CIRCUITO IMPRESO Este proceso no pretende ser un curso completo acerca

de la utilización del programa sino una explica-
Para obtener el montaje completo del amplificador hemos
utilizado el programa de diseño Orcad en su ver-

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ción algo detallada para que cualquier lector pueda des- arrollar pone en alguna de sus librerías de ese componente se lo hará
alguna placa de circuito impreso por sus propios medios. saber y lo podrá visualizar y colocar en el esquema.
De la manera explicada anteriormente puede buscar y colocar
todos los componentes que necesite para la reali- zación del
esquema.
ABRIENDO Y PREPARANDO EL PROGRAMA
A veces (bastantes) no existe el componente que se
Al abrir el programa Orcad Capture nos encontramos con el necesita ya sea porque Orcad no lo trae con sus librerí- as o,
típico programa windows y sus barras de menús y herramientas sencillamente, porque es moderno y no existía en su momento
correspondientes. Para iniciar la realización del esquema File —- (o existe y no hay forma de encontrarlo en las librerías). En ese
New —- Project. Se abrirá una ven- tana y nos pedirá el nombre caso, debemos crearlo nosotros lo cual es muy sencillo.
del proyecto. Indicaremos que deseamos obtener finalmente un
circuito impreso (PC Board Wizard). Indicaremos también el
nombre de la carpeta donde se guardará el proyecto.
Se nos preguntará si deseamos añadir simulación (para CREANDO COMPONENTES NUEVOS
obtener sólo el circuito impreso no es necesario). A
continuación se abrirá otra ventana para indicarnos si deseamos En la realización del esquema del amplificador didác- tico se
añadir alguna librería de las que trae el pro- grama (si lo desea, han empleado varios componentes que no figura- ban en las
puede añadir alguna pero no es necesario). librerías de Orcad tales como las resistencias, los condensadores
electrolíticos, y los conectores de regleta para circuito
Veremos como aparece la ventana de dibujo de impreso. Estos han sido creados por nosotros mismos utilizando
esquemas que nos ofrece el programa para dibujar. A la derecha la facilidad que nos brinda Orcad para la creación de
de la ventana de dibujo está la barra de herra- mientas de diseño componentes nuevos.
de esquemas en la que aparecen varios botones para colocar
componentes, cables, unio- nes, buses, terminales de Si en algún momento del diseño del esquema se desea crear
alimentación, de masa, así como algunas utilidades para dibujar algún componente nuevo sólo tiene que seguir los siguientes
líneas, rectángu- los, círculos o texto. pasos:
En el programa verá que hay una pequeña ventana situada a la
izquierda de la de dibujo de esquemas. En ella aparecen un árbol de
COLOCANDO COMPONENTES directorios perteneciente al proyecto que se está realizando. Se ve
una carpeta llamada” Design Resources”, otra con extensión .dsn
EN EL ESQUEMA (carpeta de diseño). Si abrimos la carpeta con extensión .dsn
aparecen otras dos llamadas “Schematic1” y “Design Caché”. La
Para comenzar a dibujar el esquema puede usar el botón de que nece- sitamos para crear componentes nuevos es la
“Place part” que sirve para localizar y colocar componentes en siguiente carpeta que aparece y que lleva por nombre “Library”.
el esquema. Si lo presiona se le abrirá una ventana donde le
pedirá el nombre del componen- te que desea colocar. Si sabe Si pulsamos el signo + de la carpeta library nos apa- recen los
el nombre completo (por ejemplo 1N4148) sólo póngalo en la nombres de las librerías del propio Orcad que están añadidas a
casilla “Name” y aparecerá debajo. Entonces deberá esta carpeta. Es muy importante saber que si creamos algún
seleccionarlo y podrá ver su dibujo. Si es el componente que se componente nuevo, este debe crearse en alguna carpeta de
desea solo acéptelo y aparecerá en el esquema. las que aparezca en esta lista. Si una librería no aparece en la lista
podemos aña- dirla muy fácilmente a ella sin más que pulsar
A veces no se conoce el nombre completo del com- con el botón derecho sobre la carpeta “Library”. Aparecerá
ponente o sólo se sabe parte de su denominación (por ejemplo, que añadamos una librería “Add File”. Debemos saber que las
sólo 157 del 74LS157). Si es así, escriba *157* en el apartado librerías de componentes de Orcad se encuen- tran en
nombre y después pídale al programa que lo busque con el C:\Program Files\Orcad\Capture\Library\
botón “Part Search”. Si Orcad dis-
Cuando creamos un componente nuevo podemos guardarlo
en cualquiera de las librerías de Orcad así que,

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en principio, podemos añadir la librería que queramos de las que rio, estamos creando una resistencia o un condensador o
figuran. Por ejemplo, si deseamos crear una resis- tencia cualquier otro componente podemos poner en Num- ber el que
rectangular la podemos añadir a la librería Discre- te.olb (las deseemos (sin repetirse por supuesto).
librerías de Orcad llevan la extensión .olb). El condensador
electrolítico también podríamos guardarlo en esa librería. El apartado Shape se refiere a la forma de ese ter- minal o
sea, dot, clock (activo con flanco de subida de reloj), dot
Para comenzar por tanto a crear el componente nuevo clock (activo con flanco de bajada de reloj), short (corto),
asegúrese que aparece la librería elegida anterior- mente en el line (normal), o longitud cero (zero length).
directorio Library.
El apartado type del pin se refiere a si éste es de entrada,
Ahora, sitúe el cursor sobre la librería añadida a la carpeta salida, bidireccional o triestado. Hay que ele- gir el que
Library y, con el botón derecho, elegir “New Part”. Se abre corresponda (si no se conoce el tipo de ter- minal conviene
una ventana nueva de propiedades del componente que vamos ponerle passive).Una vez terminado de editar el pin aceptar y
a crear. colocarlo en su lugar. Y así una y otra vez hasta que todos los
Póngale un nombre al componente en “Name” y en el terminales estén coloca- dos.
apartado Part Reference póngale un prefijo a su componente
(por ejemplo R para resistencia ó C para condensador). Deje Cuando los terminales están editados sólo falta dibu- jar la
el resto de apartados como están. Cuando haya hecho lo forma externa del componente (el triángulo de un diodo, el
anterior se le abrirá una ven- tana nueva donde tendrá que emisor de un transistor, etc). Para ello, utiliza- remos los botones
dibujar el componente que desea crear. de la barra de herramientas de la derecha como line, poliline,
ellipse (para círculos y elip- ses) y el resto. Para finalizar la
En principio aparece una zona de 5x5 espacios cua- drada edición del componente se cierra la ventana y responder que sí a
en la que se puede dibujar. Fíjese como en el títu- lo de la la pregunta de salvar cambios.
ventana aparece el nombre de la librería en la que esta
trabajando y el nombre que se le ha dado al componente. A la Con ello habremos creado nuestro componente que estará
derecha de la pantalla se ve la barra de herramientas de las que listo para ser usado en el esquema.
dispone para dibujar el com- ponente. Algunas de ellas son:
Place pin, Place line, Place Polyline, Place rectangle, Place
ellipse, Place arc y Pace text. Con ellas se construirá el nuevo
componente. REALIZACIÓN DEL ESQUEMA
Primero estire el cuadrado de trabajo con el ratón hasta que
sea suficientemente grande (o pequeño) para que contenga al COMPLETO
componente.
Con los componentes que vienen diseñados con el
Tenga en cuenta que un componente debe tener siempre programa y con los creados por el usuario podremos ya dibujar
terminales (que son los pines) y cuerpo (forma o dibujo). el esquema completo de nuestro amplificador.
Además, cada terminal deberá tener un nom- bre y un número
de pin. Lo primero siempre es colocar los terminales o pines. Para conectar los terminales de los distintos com- ponentes
En el caso de la resistencia rec- tangular que queremos hacer, del esquema usaremos el botón de Place wire (colocar
ésta tendrá dos pines. Para colocar un pin pulsar el botón de la cable) de la barra de herramientas de la derecha.
barra de herra- mientas llamado “place pin”. Se abrirá entonces
una ventana de edición para indicar las características de ese pin. Hay que fijarse bien cuando esté terminado el
esquema y veremos que cada componente posee una
Indicar el nombre que tendrá ese pin (no omitirlo o el referencia (por ejemplo R1 o C7 o U5) y, además vere- mos
componente no será valido) en Name y el número del pin. En que posee también un “value” (valor). La referen- cia puede
el caso de que se esté editando un circuito inte- grado cada pin aparecer numerada (por ejemplo R3) o con un interrogante
que coloquemos en el componente deberá coincidir con el (R?). Si aparece con el interrogante deberemos proceder a
número que le corresponda en el circuito integrado su numeración (manual con doble clic sobre el componente.
correspondiente. Si, por el contra- Aparecerá la ventana “Property Editor” y en la casilla
“Reference” podemos asignarle el número de orden que
deseemos).

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Diseño y construcción
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Para ver los nombres de los encapsulados de que dispone

ANOTACIÓN AUTOMÁTICA Orcad debemos cambiar ahora de Orcad y pasar del Orcad
Capture de esquemas al Orcad Layout de diseño de circuitos
Para evitar la repetición de dos referencias (por impresos. Para ello, de la misma forma que se entró al programa
ejemplo R5 y R5) es preferible utilizar la anotación auto- mática Orcad Capture debe- mos entrar ahora al Orcad Layout Plus.
que posee el programa. Con ello será imposible que dos
componentes tengan la misma referencia. Para usar dicha Al abrirlo veremos en la barra de título que estamos ahora en
anotación sólo hay que resaltar en la venta- na de directorios la Layout Plus. (recuerde que no puede realizar aún la placa de
carpeta con extensión .dsn. Veremos entonces habilitados en la circuito impreso porque no se han colo- cado en Orcad
barra de herramientas supe- rior varios botones, entre ellos el Capture los encapsulados).
de anotación (botón U?). Si lo pulsamos se abre una ventana de
anotación en la que podemos resetear todas las referencias Para ver los encapsulados de los que dispone Orcad elegir
(poner- las todas en ?), o indicarle que las numere incondicio- Tools —- Library Manager . Se abrirá el gestor de librerías
nalmente (las numerará automáticamente). Si se hace así, todas donde se ven algunas librerías de encapsulados (tienen extensión
las referencias del esquema quedarán anota- das y no habrá .llb). Si seleccionamos alguna librería (por ejemplo la DIP100T)
ninguna repetición. aparecerán debajo los encap- sulados (footprints) que contiene
la misma. Si seleccio- namos ahora algún footprint éste aparecerá
en la venta- na de edición de footprints. Si alguno
de los encapsulados que aparecen en estas listas de footprints
es válido para alguno de los componentes de nuestro esquema
CHEQUEO ELECTRICO DEL ESQUEMA sólo debemos copiar su nombre (exacto) para luego volver al
Orcad Capture y ponerlo en el lugar correspondiente.
Una vez realizada la anotación de referencias con éxito es
recomendable proceder a un chequeo de las reglas eléctricas El lugar en el que se coloca el nombre del footprint
de dibujo. Orcad tiene sus propias reglas de diseño de correspondiente a cada componente del esquema de
esquemas, y si no se cumple algu- na de ellas, no podrá conexiones realizado con Orcad Capture lo indicaremos al
realizar la placa de circuito impre- so deseada. acabar este apartado.
Para realizar el chequeo eléctrico sólo hay que resal- tar otra
vez la carpeta con extensión .dsn y en la barra de botones
superior pulsar la tecla que aparece como DRC (marcado).
Conviene activar todas las opciones del apartado “Report”. CREACIÓN DE UN NUEVO ENCAPSULADO
Después aceptar y se procederá a comprobar si el esquema
realizado cumple las normas que Orcad impone para continuar. Si tiene todos los encapsulados que se necesitan para
Si apareciese algún error se nos informará de cuál es y asignarlos a los componentes del esquema reali- zado con
deberemos proceder a su corrección. Orcad Capture, y éstos se encuentran en las librerías de Orcad
Layout, se puede pasar directamen- te a su asignación en el
Los errores que normalmente aparecen son del tipo de esquema eléctrico. Pero si no es así, y necesita crear uno
pines incorrectos o conexiones fuera de sitio pero nuevo se puede hacer muy fácilmente.
normalmente son fácilmente subsanables.
Normalmente todos o casi todos los encapsulados de los
componentes electrónicos fabricados hoy en día tienen sus
terminales físicos separados en distancias que son un múltiplo
COLOCACIÓN DE ENCAPSULADOS O de la décima de pulgada.

“FOOTPRINTS” DE CADA COMPONENTE Así por ejemplo, los pines de un circuito integrado del tipo
dual in line están separados entre sí una décima de pulgada.
Sólo nos falta ahora indicarle al programa el nombre del Incluso, terminales de condensadores radia- les o relés tambien
encapsulado que utilizará cada componente (no es igual de separan sus pines en múltiplos de décima de pulgada.
grande una resistencia de ¼ de watio que una de 1 watio).

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Para crear un nuevo encapsulado es imprescindible conocer Para colocar el pin 2 (el 1 ya viene de principio) pul- sar el
como es éste físicamente y conocer su anchura, longitud, botón derecho y elegir New. En ese momento apa- recerá el pin
distancia entre pines, etc. Una vez conocidos todos esas medidas 2. Según las distancias colocarlo en el lugar adecuado y a la
Orcad Layout nos permite realizar el encapsulado distancia correcta.
correspondiente y utilizarlo para nuestras placas de circuito
impreso.
Si se abre el gestor de librerías de Orcad Layout como
se indicó anteriormente y, por ejemplo, selecciona- mos la CARACTERÍSTICAS DE UN PIN
librería DIP100T (que corresponde a footprints de circuitos
integrados) podemos seleccionar por ejemplo el encapsulado de En principio, cuando colocamos un terminal o pin en un
nombre DIP.100/14/W.300/L.700 que se trata de un footprint footprint este sale con medidas predeterminadas que pueden no
para un c.i. de 14 pines. ser las correctas. No es lo mismo un pequeño pin para la patilla
de un transistor que otro para, por ejemplo, el terminal de un
Al observar atentamente el footprint vemos los pines del relé. Así pues, debemos elegir un tamaño adecuado para esos
integrado redondos de color azul y numerados. Todos los pines que estamos colocando a nuestro encapsulado.
pines de un footprint deben ir numerados. Además la
numeración de estos pines debe correspon- derse con la Para cambiar el pin predeterminado que pone el
situación real de los terminales en el com- ponente físico. Así programa por otro, podemos hacer doble clic sobre el pin y
por ejemplo, consideremos un tran- sistor cuyos terminales veremos como se abre una ventana de edición de pad (pad es
fuesen colector, base y emisor. el terminal físico). Si desplegamos con la flecha en el apartado
Padstack Name apareceran multi- tud de pines diferentes y con
Cuando hemos seleccionado el componente transis- tor del distintas medidas. Así por ejemplo, si elegimos el pad 70R50
esquema hemos visto que sus terminales están numerados estamos ante un pin redondo (R) cuyo diámetro total es de 70
también y al colector le corresponde un número, a la base mils (recuer- de que 100 mils son unos 2,54 mm) y cuyo
otro y al emisor otro distinto. Pues bien, cuando realizamos un diámetro de taladrado será de 50 mils.
footprint o encapsulado nuevo, debemos colocar los
terminales o pines en el lugar y a la distancia que realmente Repitiendo el proceso puede asignar los terminales del
tienen físicamente. footprint hasta conseguir los deseados.

Si se pretende por tanto crear un footprint (encapsu- lado)

nuevo se deberán seguir los siguientes pasos:
Con el gestor de librerias (Library Manager) abierto en REALIZACIÓN DEL CUERPO
pantalla pulsar el botón “Create New Footprint” DE DIBUJO DEL
Se nos pide el nombre que queremos darle y las uni- dades FOOTPRINT
de creación. Ponemos nombre y en unidades dejamos las
“English” ya que Orcad trabaja mejor con unidades Una vez colocados los pines del encapsulado se debe
anglosajonas (pulgadas). dibujar el contorno del footprint y, de esa manera, podremos
obtener más tarde la serigrafía de los compo- nentes sobre la
Entonces aparecera el nuevo componente pero sólo con un placa. Para dibujar el dibujo del compo- nente pulsaremos el
terminal (el número 1) y con unos nombres por defecto en botón Obstacle tool que aparece en la barra de herramientas
pantalla. Ahora debemos añadirle los termi- nales que le faltan al superior. Al hacerlo y colocar luego el cursor sobre la ventana
componente. Asumiendo que conocemos las medidas y de edición del footprint veremos que éste cambia de forma a
distancias del mismo sólo añadiremos los siguientes pines. una + grande. Entonces con el botón derecho elegir New.
El cursor cambia de nuevo a signo + pequeño. Nuevamente
Antes de ello vamos a la barra de menús y elegimos Options botón derecho y elegir Properties para elegir las propie- dades
—- System Settings para fijar las unidades de trabajo. Elegir del obstáculo que vamos a dibujar (el dibujo del componente se
unidades en “mils” (100 mils es igual a una décima de pulgada considera un obstáculo en Orcad).
que es la distancia entre dos pines de un c.i. dual in line). Elegir
también en “Visible grid” en 50 y en “Place grid” en 50. En Obstacle type elegir Detail y en Obstacle layer elegir la
cara SSTOP . Dibujar así el contorno y detalles

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del componente. Si se desea dibujar algún circulo o arco elegir hizo para la anotación y el chequeo eléctrico). Entonces pulsar
arc después de las propiedades. el botón de la barra de herramientas llamado Create Netlist. Se
abrirá la ventana Create Netlist y en la parte superior elegir la
Existe también la posibilidad de dibujar un obstácu- lo de pestaña Layout.
tipo Place Outline y que corresponde con la línea verde que
engloba a todo el componente y que se puede ver en los Seleccionar Run ECO to Layout y también User pro- perties
footprints que vienen con Orcad. Se relizan igual que el de tipo in inches. Entonces se creará un fichero con extensión .MNL
Detail sólo que éste es de tipo Place Outline y se hace en la cara que será el que se utilice para crear la placa de c.i.
(Obstacle Layer) Glo- bal Layer.
Una vez terminado el nuevo footprint podemos
guardarlo en la librería actual (Save) o en otra distinta (Save as)
o incluso una creada por nosotros con los pro- cedimientos CREACIÓN DE LA PLACA
habituales de windows.
DE CIRCUITO IMPRESO
Con el fichero de conexiones vamos ahora al pro- grama
Orcad Layout de nuevo. Desde la pantalla de dibujo vacía ir
COLOCAR LOS NOMBRES DE al menú File —- New. Se abrirá la venta- na Load Template
File. Ahí elegir el fichero por defecto que nos dice el programa.
FOOTPRINTS EN EL Entonces se abrirá otra ven- tana que nos pide el fichero de lista
ESQUEMA de conexiones (con extensión .mnl). Escribiremos el nombre
que le dimos a nuestro fichero de conexiones.
Una vez obtenidos todos los footprints necesarios para A continuación nos pide el nombre con el que que- remos
realizar la placa hay que volver al programa Orcad Capture y salvar la placa de circuito impreso que vamos a realizar. La
visualizar el esquema que ya teníamos termi- nado y al que sólo placa tendrá por extensión .max.
le faltaba incluir los nombres de los encapsulados
correspondientes. Después el programa se pondrá a buscar todos los footprints
correspondientes a nuestra placa y aparece- rán, aunque
Una vez lo tenga visualizado en pantalla ir al menú Edit —- descolocados, en pantalla. Si Orcad encuentra algún error
Select All . Eso seleccionará todos los compo- nentes del al intentar poner los footprints en pantalla lo advertirá y
esquema que cambiarán su color a rosa. Ahora con el botón deberemos solucionarlo con las herramientas adecuadas.
derecho elegir Edit Properties y apa- recerá la ventana del editor Normalmente los errores más comunes consisten en que un
de propiedades de los com- ponentes. Elegir entonces la pestaña footprint tiene más o menos terminales que el símbolo eléctrico
de la parte inferior llamada Parts y verá aparecer una columna del esquema o de tipo parecido.
llamada PCB Footprint. Es en esa columna donde se deberá
escribir el nombre exacto del encapsulado o footprint de cada Si todo ha ido bien veremos como Orcad ha coloca- do
componente del esquema. En esa misma ventana se ven los todos los footprints en la placa aunque estarán desco- locados
nombres y referencias que posee cada com- ponente del como se podrá apreciar. Para colocar los compo- nentes en el
esquema lo que ayudará a su localización. Al terminar el proceso lugar que queramos sólo tenemos que pulsar en la barra de
cierre la ventana. herramientas la tecla Component (con dibujo de circuito
integrado). Si selecciona ahora algún componente se podrá mover
por la pantalla y colocarlo en el sitio elegido. Puede que al
intentar colocar el com- ponente en la placa aparezca el mensaje
“Unable to verify....”. Para evitar que se produzca este error sólo
OBTENCIÓN DEL FICHERO des- active el botón de la barra de herramientas Online DRC.
DE CONEXIONES Si se desea hacer un zoom fácilmente se puede pul- sar la
(NETLIST) tecla I mayúscula (para aumentar) o la O (para disminuir).

El fichero de conexiones, comúnmente llamado

“netlist”, es el fichero que necesitará el programa Orcad Layout
para obtener la placa de circuito impreso. Para obtener este
fichero sólo hay que resaltar en la ventana de directorios la
carpeta con extensión .dsn (como se

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Una vez colocados los componentes en su lugar tana de edición de distanciado en el que se puede indi- car al
dibujaremos la línea de borde de placa que no es otra cosa que programa las distancias mínimas entre pistas (Track to Track),
una línea de tipo obstáculo . Para ello seleccio- nar otra vez de la entre pista y terminal (Track to Pad), entre pista y Via, etc.
barra de herramientas el botón Obs- tacle Tool, después con el
botón derecho New y final- mente Properties . Se abrirá la Por fin, podemos realizar las pistas del circuito impre- so de
ventana de edición de obstáculo. Escriba en Obstacle Type el forma automáticamente. Para ello Ir a la barra de menús y elegir
tipo Board Outli- ne (línea de borde de placa) y en el apartado Auto —— Autoroute —— Board. Las pistas comenzaran a
Obstacle Layer poner Global Layer . Aceptar y después hacer trazarse automáticamente. Como se ha elegido solamente la cara
clic en el lugar dónde se desee comenzar la línea. Haciendo de soldadura (llamada Bottom) veremos que las pistas se realizan
sucesivamente clic en cada esquina de la placa tal y como de color rojo. Si alguna pista de las trazadas es de otro color es
deseemos terminaremos de realizar la línea de borde de que no hemos deshabilitado alguna de las demás caras. Parar
placa. entonces el proceso con la tecla escape y volver al botón View
Spreadsheet —— Layers para deshabilitar la nece- saria.
Antes de realizar las pistas tenemos que indicarle al programa
que realice solamente pistas por la cara de pistas pues Orcad es Si el programa no es capaz de realizar todas las pis- tas del
capaz de hacer circuitos impresos de simple y doble cara (y más circuito y se deja alguna por ejecutar podemos borrarlas todas
caras). Además le indica- remos cual debe ser la anchura de las desde el menú Auto —— Unroute —— Board. Entonces se
pistas porque la anchura predeterminada que inicialmente utiliza procederá a cambiar de sitio alguno de los componentes del
el pro- grama puede resultar demasiado fina. circuito impreso para que no obstaculice el trazado de alguna
pista y volveremos a trazar de nuevo.
Para indicarle al programa que utilice sólo la cara de pistas
seleccionamos el botón de la barra de herramien- tas llamado
View Spreadsheet y después Layers. Con ello se abrirá la
ventana de edición de caras de trabajo donde veremos las caras
Top (componentes) Bottom (pistas) y otras más. En este caso
MODIFICAR PISTAS
nos interesa sólo rea- lizar pistas por la cara de soldadura y a una TRAZADAS
sola cara. Debemos entonces deshabilitar las caras por las que no
nos interesa realizar pistas. Para ello (para deshabilitar) hacer Si han sido trazadas todas las pistas todavía pode- mos
doble clic en la casilla correspondiente de la columna Layer manipular manualmente dicho trazado para que quede más
Type. Por ejemplo, para deshabilitar el ruteado por la cara Top estético o más a nuestro gusto. Para ello hacemos clic en el
(componentes) hacemos doble clic en la casilla botón de la barra de herramientas lla- mado Edit Segment Mode
correspondiente y veremos como se abre la ventana Edit y veremos como se puede modificar cada pista haciendo clic
Layer. Seleccionar el radio botón Unused Routing y esa cara sobre ella.
quedará deshabilitada.
Por último, nos queda indicarle al programa la anchura
de las pistas y esto lo hacemos eligiendo nue- vamente el botón
de la barra de herramientas View Spreadsheet pero ahora, en EL AMPLIFICADOR DIDÁCTICO DE 30W
vez de Layers, elegiremos Nets (conexiones). Se abrirá la Con todas las operaciones detalladas anteriormente hemos
ventana de título Nets donde vemos la columna Width, min, con conseguido los siguientes resultados. El circuito impreso
y max. Hace- mos doble clic en el título de esa columna finalizado con el Programa Orcad nos ha que- dado como se
editamos en los tres apartados Min Width, Conn Width y Max muestra en la figura 20.
Width la anchura en mils que deseemos (recuerde que 100
mils son 2,54mm). Por ejemplo, si queremos una anchu- ra de Las pistas del circuito impreso completo se pueden ver e
1mm de pista serán aproximadamente 40 mils. imprimir desde el menú con Options —— Post Process
Settings y botón derecho en la casilla Bot de la columna Plot
Antes de proceder al ruteado final del circuito hay una Output File Name y después Preview. Desde ahí se puede
última operación que deberíamos hacer. Iremos al menú imprimir en una impresora para rea- lizarlo físicamente con el
Options —— Global Spacing y veremos una ven- procedimiento que se desee. En nuestro amplificador las pistas
quedaron como se observa en la figura 21.

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Figura 20. Presentación de orcad de las pistas

del circuito impreso
La cara que aparece arriba está espejeada. Esto quie- re decir
que lo que se ve es la cara de pistas pero vista como si la cara
de componentes fuese transparente. Para obtener las pistas tal y
como se ven en realidad (sin espe- jear) sólo elegir en el menú Figura 21. Circuito impreso
Options ——Post process Settings. Después hacer doble clic en
la casilla BOT de la columna Plot Output File Name y se abrirá la
ventana de Post Process Settings. Activar la casilla Mirror y, en
el apartado Output Format activar la casilla Print Manager Finalmente y con el botón derecho sobre la casilla BOT
—— Force Black & White y Print / Plot To File; con esto hemos elegir Plot to Print Manager y Aceptar. Obtendre- mos la cara de
preparado el fichero de impresión. Pulsar OK para volver a la pistas real (sin espejear).
ventana “Post Process”. El esquema realizado con Orcad según todos los puntos
explicados quedó como se ve a continuación:

ESQUEMA ELÉCTRICO COMPLETO

Figura 22. Esquema utilizado por Orcad para confeccionar el circuito impreso

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LISTA DE COMPONENTES
R1........................... 3K9 ½ W R2............................
0,5 ohms. Bobinada 5W R3............................ 39 K
½ W R4............................ 1 K ½W
R5............................ 18 K ½W
R6............................ 2K7 ½W
R7............................ 220 ohms ½ W
R8............................ 2K7 ½W
R9............................ 220 ohms ½ W
Figura 23. Prototipo del amplificador
R10.......................... 0,5 ohms. Bobinada 5W
El amplificador con los radiadores para los transisto- res de
C1............................ 100 nF C2............................ potencia 2N 3055 puede verse en la figura siguiente:
470 uF 50 V. C3............................ 2,2 uF 50 V.
C4............................ 35 uF 50 V.
C6............................ 100 nF U1............................
1000 uF 50 V. U2............................ Diodo
1N4148
U3............................ Diodo 1N4148
U4............................ Regleta de c.i. 3 pin.
U5............................ Diodo 1N4148
U6............................ Regleta de c.i. 2 pin.
U7............................ 1000 uF 50 V.
Figura 24. Amplificador didáctico de 30 W
U8............................ Regleta de c.i. 2 pin.
Q1............................ Transistor NPN 2N 2222A. Las conexiones y verificaciones:
Q2............................ Transistor NPN 2N 3055
Q3............................ Transistor PNP BC557
Q4............................ Transistor NPN 2N 2222A
Q5............................ Transistor NPN 2N 2222A
Q6............................ Transistor NPN 2N 3055
El prototipo del amplificador con los radiadores para los
transistores de potencia 2N 3055 puede verse en la figura 23:

Figura 25. Conexiones y comprobaciones

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