Cuando hablamos de la reparación de amplificadores de audio no nos referimos solamente a los tipos completos, destinados exclusivamente a la amplificación de señales de bandejas, cassetteras o sintonizadores. También se incluyen en esta categoría las etapas de amplificación de radios, intercomunicadores con o sin alambre y hasta incluso los transceptores de los radioaficionados. En este artículo abordaremos puntos interesantes, referentes a la reparación, con utilización de 3 equipos: el inyector de señales, el multímetro y el osciloscopio.
En amplificador de audio está compuesto por un conjunto de componentes que deben funcionar de manera equilibrada. La simple rotura del equilibrio, por haberse quemado un único componente no solo puede interrumpir el funcionamiento de un amplificador, sino, hasta generar corrientes intensas que provoquen el quemado de otros elementos.
Existen diversas configuraciones para los amplificadores de audio, usando desde simples transistores hasta circuitos integrados específicos e incluso circuitos híbridos. Con la utilización de algunos instrumentos básicos, la búsqueda de problemas en estos equipos no exige más que un poco de paciencia y un procedimiento lógico, del que hablaremos en este artículo.
Los instrumentos que pretendemos usar en esta búsqueda de defectos son comunes, excepto el osciloscopio, que no siempre está disponible dado su costo más elevado.
La finalidad de estos instrumentos, cuyos aspectos aparecen en la figura 1 pueden resumirse del siguiente modo:
1. MULTIMETRO: mide tensiones, corrientes y resistencias. A través de estas mediciones podemos probar los más diversos tipos de componentes y comprobar el funcionamiento por partes, del circuito & prueba.
2. INYECTOR DE SENALES: este instrumento, el más barato de todos, consiste en un sencillo oscilador de audio que genera una serial de prueba para ser aplicada en la entrada de amplificadores y permite verificar el funcionamiento de sus etapas.
3. OSCILOSCOPIO: permite la visualización de formas de onda y la realización de medidas de tensión y frecuencia. Con el mismo podemos probar, de manera más completa, un amplificador, constatando eventuales distorsiones. Es interesante usarlo en conjunto con un generador de audio.
Evidentemente, al dar los procedimientos que siguen, suponemos que todos saben manejar los instrumentos citados. Para más información sobre éstos, recomendamos ver los artículos sobre el multímetro en esto sitio.
La simple medición de tensión en una etapa amplificadores permite que se evalúe su estado.
En la figura 2 tenemos una etapa de amplificación con un transistor en la configuración de emisor común.
Esta etapa aparece en la mayoría de los amplificadores de audio de pequeña potencia, como por ejemplo en los drivers y salidas de pequeñas radios, grabadores, intercomunicadores o bien como preamplificadores de audio y driver de amplificación de mayor potencia.
Para que el transistor, que es el elemento central de la etapa, funcione correctamente, es preciso que haya una polarización de sus elementos que lo lleve ala operación en la parte lineal de su curva característica. Esto implica colocar resistores calculados de tal forma que, sin serial, la tensión de colector quede de la mitad para abajo de la tensión de alimentación, como vemos en el gráfico de la figura 3.
Así, en una alimentación de 6V, es común tener tensión de colector alrededor de 2 a 3V y de emisor bastante más abajo, con fracción de Volt como máximo con 1V.
Para amplificadores con tensión de alimentación mayor, las tensiones encontradas en estos elementos son proporcionalmente mayores, como sugiere el circuito de la figura 4.
La tensión de base depende fundamentalmente de la tensión de emisor en este circuito. Para un transistor de germanio NPN 1a tensión de base deberá estar aproximadamente 0,2V por encima de la tensión de emisor, y para un transistor de silicio también NPN la tensión quedará aproximadamente 0,7V por encima de la tension de emisor.
En un transistor PNF, las tensiones tendrán las mismas diferencias, conforme el tipo, pero la base quedará con valor por debajo del emisor, pues el sentido de circulación de 1a corriente se invierte.
Los resistores alrededor de este transistor pueden sufrir diversos tipos de alteraciones, lo que causaría un desequilibrio de funcionamiento o incluso interrupción de la etapa.
Una primera situación aparece en la figura 5.
El resistor R1, entre la base y la alimentación, se altera, aumentando su resistencia o incluso abriéndose. El resultado es la disminución de la corriente de polarización de base, que lleva al dislocamiento del punto de operación, como muestra la misma figura.
La tensión de colector asume valores por encima de lo previsto si el resistor apenas se altera, aumentando su resistencia; pero llegará al mismo valor de la tensión de alimentación si el resistor se abre completamente.
¿Que efecto causa esa alteración en la calidad del sonido? Si el resistor simplemente se abre, el transistor no tiene polarización alguna y el resultado es una interrupción del sonido en este punto.
Con el inyector de señales, podemos fácilmente percibir esto. Aplicando la señal en el colector, la misma pasa a la etapa siguiente y tenemos la reproducción en el parlante. Sin embargo, aplicando en la base, la serial no pasa por el transistor o pasa sin ninguna amplificación, y el resultado es la reproducción muy baja o incluso nula.
Si ocurre una alteración de valor, con aumento de la resistencia y con cierta polarización, el resultado será una fuerte distorsión en el sonido del amplificador que puede ser constatada con ayuda del osciloscopio, como muestra la figura 6.
Operando en un punto debajo del centro de la recta de carga, el transistor corta parte de uno de los semiciclos, lo que acarrea fuerte distorsión de la señal.
En un amplificador o en una radio a transistores esto aparece en la forma de sonido desagradable, hasta incluso con oscilaciones o entrecortamientos fácilmente percibidos cuando se compara este sonido con el de otra radio 0 amplificador en buen estado.
Otra situación es la alteración o abertura del resistor R2 entre la base y la tierra, como muestra el circuito de la figura 7.
Con la alteración o abertura de este resistor tenemos el aumento de la corriente de base, lo que lleva a la fuerte caída en el colector del transistor, como muestra la misma figura. La tensión de base se puede elevar ligeramente en función del aumento de la tensión de emisor, en caso que existe un resistor entre este y la tierra (R3).
El reparador podrá fácilmente sospechar este problema si la tensión del colector estuviera por debajo de la normal y mucho más próxima a la tensión de emisor.
En la reproducción los resultados serán igualmente malos como en el primer caso. Habrá un desplazamiento del punto de operación para la región no lineal de funcionamiento del transistor, como muestra la figura 8.
Tendremos, entonces, la señal reproducida con fuerte distorsión en la salida.
La deformación será más acentuada, cuanto mayor fuera la alteración del resistor. En el osciloscopio tendremos una deformación equivalente a la mostrada en la figura 9.
Vea que, en este caso, así como en el anterior, es muy importante que el reparador disponga de un diagrama en el que existan los valores correctos de las tensiones en los puntos analizados, pues esto permite que se llegue fácilmente a las conclusiones vistas.
Finalmente, en otro caso, tenemos el resistor de emisor que también puede alterarse o abrirse. En circuitos que operan con potencias elevadas, como por ejemplo las salidas de algunos tipos de autorradios, este resistor puede sufrir sobrecargas cuando el resistor (R2) abre o el transistor entra en corto. la corriente fuerte que pasará a circular entre el colector y el emisor podrá causar la quema de este resistor, como se propone en la figura 10.
La tensión de este componente se elevará anormalmente, llegando cerca de la tensión de alimentación. Una señal aplicada en esta etapa, o sufrirá un bloqueo total o una fuerte distorsión el cambio del punto de operación del transistor.
Todos estos problemas suponen que el transistor está en buen estado, pero el mismo puede presentar problemas, abriendo o entrando en corto. Ambos casos llevarán este componente ala inoperancia, lo que significa que podemos averiguar esto con el uso del inyector de señales.
La señal aplicada en el colector pasa a la etapa siguiente y ocurre su reproducción. La señal aplicada a la base, si pasa, lo hará sin amplificación y su intensidad de reproducción será la misma cuando la aplicamos al colector.
Si no pasa, no ocurre la reproducción. Comparando las medidas de tensión con los resultados de esta prueba, podemos saber si el problema es de la polarización o del propio transistor.
Tenemos también que considerar, en estas etapas, la presencia de capacitores, como muestra la figura 11.
C1 acopla la etapa anterior a la base del transistor; C2 acopla la salida del transistor [colector] a la etapa siguiente y C3 desacopla el emisor del transistor.
¿Qué ocurre si estos componentes presentan problemas?
Si los capacitores abrieran, lo que tendremos es la falta de pasaje de la señal o bien una pérdida de ganancia en los agudos, en el caso específico de C3, pero las tensiones de los transistores no se alteraran.
Si los capacitores entraran en corto ocurrirán variaciones en las tensiones de polarización. En el caso de C3, en el emisor del transistor, un cortocircuito hace que la tensión de emisor caiga, alterando la tensión de base y modificando el punto de funcionamiento del transistor en la curva característica.
El resultado es la distorsión en el sonido, que también puede ser verificada con ayuda del osciloscopio. Una fuga en este capacitor no provoca muchas veces menor que la resistencia presentada por el componente en las condiciones de fuga.
Si C1 y C2 entraran en corto o presentaran fugas, ocurre una alteración de la polarización de base de los transistores. Para C1 tenemos la entrada de la etapa en cuestión y para C2 de la etapa siguiente, que debe ser analizada.
Normalmente, como tenemos un acoplamiento RC del tipo mostrado en la figura 12, el corto de C1 equivale a la conexión del resistor de colector RC de la etapa anterior eu paralelo con R1.
De este modo, la corriente de base aumenta, llevando el transistor al sector no lineal de su característica. Consiguientemente, tenemos amplificación deficiente, con fuerte distorsión.
Tensiones en salidas complementarias
La etapa anterior, operando en clase A, presenta la posibilidad de una amplificación del ciclo completo de la señal.
Mientras tanto, trabaja con una corriente de reposo relativamente alta, lo que limita su uso a los circuitos de baja potencia.
En los circuitos de alta potencia, hacemos una polarización en clase B ó C, de modo que tenemos mayor rendimiento con una corriente de reposo muy baja, pero, en compensación, precisamos dos transistores para que, cada uno, amplifique un semiciclo de serial.
Tipos comunes de salida, en que ocurre esto, aparecen en la figura 13 y corresponden a los circuitos de "push-pull" y salida en simetría complementaria.
Nos interesa, inicialmente, la salida en simetría complementaria que aparece en la mayoría de los amplificadores de audio de alta fidelidad y con potencia por encima de 1W. La salida en "push-pull" es, hoy, limitada a las radios y grabadores transistorizados, cuya potencia no supera 1W.
En la polarización de base de los transistores de salida tenemos un resistor (R1), dos diodos y un transistor (Q1).
El transistor debe ser polarizado de tal modo que presente más o menos la misma resistencia que Q’. Esto se consigue a través de 1a conexión del resistor de base (R2) al punto medio correspondiente a la juntura de los emisores de los transistores NPN y PNP, donde tenemos una tensión equivalente a la mitad de la alimentación como muestra la figura 14.
Los diodos funcionan como reguladores, distribuyendo la corriente entre las bases, pues corresponden justamente a las dos junturas entre base emisor que existen en los transistores de salida.
Las tensiones típicas, en una etapa de este tipo, aparecen en la misma figura, observándose la baja corriente de reposo.
El transistor excitador (Q1) puede variar su resistencia entre colector y emisor en función de dos semiciclos de la serial de entrada, pues está polarizado en clase A.
Cuando tenemos el semiciclo positivo de la serial de entrada, su resistencia colector-emisor disminuye y el transistor PNP de salida es polarizado en el sentido de aumento de su conducción.
Cae, entonces, la tensión en el punto X del diagrama, lo que provoca la descarga del capacitor electrolítico, a través del parlante con la reproducción de la señal.
Cuando tenemos el semiciclo negativo de la serial de entrada, su resistencia colector-emisor aumenta, predominando la acción del resistor R1 que, entonces, hace que el transistor NPN de salida conduzca más intensamente. El capacitor C1, de salida, por el aumento de tensión en sus armaduras, se carga a través del parlante, con fuerte corriente que reproduce la serial original (figura 15).
Como podemos percibir, se trata de una etapa que funciona en un equilibrio crítico. Circuitos antiguos pueden usar en la estabilización del punto de funcionamiento un trimpot, o incluso un termistor, entre las bases de los transistores.
En circuitos de alta potencia podemos tener un transistor, que reduce la corriente de reposo por su acción en contacto con el disipador de calor de los transistores de potencia. El mismo funciona Como una protección térmica eficiente en circuitos de más de 20W, como muestra la figura 16.
Factores como un funcionamiento prolongado, exceso de tensión y mala ventilación pueden desequilibrar este circuito, causando problemas graves de funcionamiento.
Dos primeras posibilidades de funcionamiento consisten en la abertura de R10 bien en la abertura o corto del transistor excitador.
En el primer caso, predomina la acción del transistor Q1 (excitador), y, con esto, el transistor PNP de salida pasará conducir más intensamente, desplazando el equilibrio de la etapa, que producirá la serial con fuerte distorsión, ya que solamente podrá pasar un semiciclo. Una verificación en el osciloscopio, cambiando el parlante por una carga resistiva, muestra lo que ocurre (figura 17).
Cuando Q1 entra en corto, el efecto es el mismo, en cuanto su abertura hace que el transistor NPN conduzca más intensamente, distorsionando el otro semiciclo de la señal aplicada.
El desequilibrio puede, por otro lado, tener consecuencias mas graves. Una de ellas es la circulación de fuerte corriente por los propios colectores de los transistores de salida, causando su quemado, y el de los resistores de emisor también.
En verdad, en este tipo de circuito, los resistores de emisor representan verdaderos fusibles, abriendo siempre que ocurra una sobrecarga o desequilibrio.
Con la medición de tensiones podemos fácilmente descubrir el desequilibrio, pero debemos tener en mente que el mismo puede tener diversos orígenes y que todos deben ser analizados.
En una etapa como la de la figura 18, en que el desequilibrio es más critico debido a la presencia de 4 transistores, los cuidados en el descubrimiento de problemas son todavía mayores.
Una fuerte distorsión y corriente de reposo anormalmente alta indican que resistores o transistores están con problemas. Alteraciones de las características de estos componentes provocan diferencias radicales en las tensiones en todos los puntos del circuito.
El quemado de los transistores de salida, en cuanto se conecta el amplificador, es un aviso de que existe un desequilibrio los transistores excitadores deben ser retirados y analizados, así como el driver, ya que todos pueden ser el origen del problema.
Una fuerte importante de problemas en este tipo de circuitos, que no debe olvidarse, es el propio electrolítico de acoplamiento al parlante. El parlante representa una resistencia prácticamente nula al pasaje de corrientes continuas.
Una entrada en corto del capacitor significa elevar el punto X (figura 16) a OV, y con esto, pueden circular fuertes corrientes por el transistor NPN, ocasionando su quemado y también del resistor del emisor.
Si al conectar el amplificador se quema este transistor y también el resistor, desconecte el parlante y pruebe el capacitor electrolítico.
Circuitos integrados híbridos
Cuando un equipo utiliza un amplificador de potencia integrado o híbrido, no podemos tener acceso directamente a las etapas de amplificación, pero la realización de mediciones externas nos ayuda a llegar a una conclusión de lo que ocurre.
En la figura 19 tenemos un amplificador hibrido, observándose que la mayoría de los componentes externos consisten en capacitores de acoplamiento de desacoplamiento y resistores que influyen en la ganancia o determinación de la respuesta en frecuencia.
No siempre un problema de funcionamiento se debe a la falla del integrado en si, pero si, la mayoría de las veces, los propios componentes externos.
Para trabajar con este tipo de circuito es preciso, antes que nada, disponer de un diagrama en el que existan las tensiones correctas en cada pin.
Encontrando tensiones anormales en los pinos, verifique antes si los componentes asociados no son los causantes del problema. Levante, por ejemplo, el terminal del electrolítico o resistor conectado al pin y verifique si el mismo no está abierto, en corto o alterado.
Si todos los componentes estuvieran buenos, pero las tensiones continuarán alteradas, podemos realmente sospechar que el problema está en el circuito integrado.
Un problema que ocurre con equipos antiguos, importados o fuera de línea, es el quemado de un integrado que no se fabrica mas o que es difícil de encontrar.
Para casos como este, que ocurren en radios relojes, pasacassettes, receptores, etc., una solución interesante es la adaptación. Partiendo de integrados comunes en el mercado, y que tengan la misma potencia y la misma tensión de alimentación que el original, podemos usarlo en una etapa paralela, como muestra la figura 20.
Inutilizamos entonces el circuito original de salida que está con problemas y retiramos la señal de su entrada para un amplificador paralelo, alimentado por la misma fuente.
Muchos equipos poseen espacio suficiente para la instalación de la nueva placa en el propio conjunto, pero si esto no fuera posible, el nuevo amplificador puede ocupar una caja por separado.