AMPLIFICADOR
S-CR
INTRODUCCIÓN
La etapa S-CR parte de una premisa: simplificar.
Por supuesto simplificar no puede ir en detrimento de
la calidad, en esta sección es algo indiscutible.
Toda la etapa se ensabla en una sola PCB de 16 x 10 cm, quedando
sólo fuera de ella el transformador y el radiador. Esto
simplifica enormemente el montaje, sólo hay que
conectar los RCA de entrada, los conectores de los altavoces
y la alimentación de 220V.
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Se ha tratado de simplificar al extremo la fabricación, y
esto ha permitido reducir el coste sobre otras etapas como los S-sub.
Por este motivo es una gran solución para sistemas multiamplificados,
sistemas home-cinema y por supuesto, estéreo con presupuestos
moderados.
TOPOLOGÍA
Se basa en una topología pura de realimentación en
corriente, lo que le proporciona una gran velocidad, ancho de banda
y slew-rate. La etapa de salida emplea dos mosfet complementarios
que le permiten proporcionar 100+100W a 8 Ohm.
En la premisa de simplificar entra que sólo existe
una etapa de ganancia en voltaje, lo que es sumamente beneficioso
para toda la etapa: La señal sufre menos retrasos, por
lo que se reducen de manera muy significativa las distorsiones
temporales (TIM / SID), la inestabilidad (sólo existe
un polo), el grano (hard TIM) y la sensación de opacidad
y compresión.
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La etapa de ganancia en voltaje y la etapa de salida son completamente
simétricas, lo que le confiere cifras de distorsión
muy bajas. Las topologías simetricas producen la cancelación
de las distorsiones armónicas de orden par.
Se emplea un servo de DC que permite que los niveles de continua
a la salida estén por debajo del 1mV.
Ventajas de la única etapa de ganancia en voltaje:
Las distorsiones temporales se produce principalmente por los restrasos
causados por el circuito. En todas las etapas realimentadas se usa
una parte de la salida para corregir la distorsión, pero si
ésta salida está retrasada no solo no es posible corregir
el error, sino que se inducirán nuevos errores. Por eso evitar
los retrasos es tan importante: para corregir la distorsión
y para no crear distorsiones nuevas, y esta es la ventaja de utilizar
una sola etapa de ganancia sobre la topología habitual de los
de realimentación en voltaje que usa dos.
Ventajas de la realimentación en corriente:
La realimentación en corriente permite una rápida carga de los condensadores
parásitos, especialmente el de compensación, responsable de la limitación
en slew-rate. En este tipo de amplificadores, el ancho de banda no
depende de la ganancia, es el mismo para cualquier ganancia, lo que
permite mantener una buena cifra de realimentación en las frecuencias
más agudas, un grave fallo de los amplificadores convencionales
que hace que la distorsión crezca siempre a partir de 1kHz.
Recordemos que las distorsiones temporales rara vez se miden y son
una de las claves del sonido.
Ventajas de las etapas de salida MOSFET:
La mayor ventaja de las etapas de salida MOSFET es que no requieren
drivers de salida, la impedancia de entrada de los MOSFET es
tan alta que puede atacarse diréctamente desde la sección
de ganancia en voltaje, sin recurrir a añadir transistores
intermedios (drivers). Esto simplifica el diseño y lo
hace más coherente en tiempo.
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Por otra parte los mosfet tienen una gran capacidad de carga y resistencia
a picos de potencia. Para señales de gran potencia son sumamente
lineales, y no poseen uno de los fenómenos parásitos
de los transistores bipolares, la ruptura secundaria. Tampoco sufren
la reducción de la ganancia que padeden los bipolares con altas
corrientes, lo que garantiza calidad a alta potencia.
Pero su mayor ventajes es su gran velocidad. Sus anchos de banda
están prácticamente limitados por el circuito que los
controla, ya que pueden llegar en zona lineal a frecuencias del orden
de 10 MHz y más.
¿... y a nivel de sonido?
A nivel de sonido estos puntos se traducen en un objetivo: mejorar
la claridad, limpieza y coherencia del sonido. Y a nivel secundario,
la gran velocidad y escasos retrasos producirán unos agudos
más limpios y menos estresantes. También producirán
la capacidad de responder a los picos de potencia sin más problemas,
y la gran capacidad de carga de los mosfet hará que los graves
a alta potencia no se vean comprimidos.
LAZO DE REALIMENTACIÓN
En los amplificadores de realimentación en corriente, el
ancho de banda lo marca la resistencia principal de realimentación
y el condensador de compensación, por lo que disminuyendo el
valor de esa resistencia aumentaremos el ancho de banda. El primer
motivo para usar una resistencia de 2W de metal es que al requerir
un valor más bajo que lo habitual, consumirá más
potencia que las de amplificadores VFB, y la
otra motivación es evitar modulaciones térmicas en su
valor. No es permisible tener una distorsión térmica
en una resistencia.
El factor de realimentación está estudiado y
optimizado para conseguir la mejor tonalidad posible y la menor
distorsión teniendo como único referente la calidad
del sonido y no las cifras.
En este punto huelga decir que esta topología proviene
de anteriores experimentos durante el desarrollo de la etapa
Ultra con el fin de obtener cifras de distorsión sumamente
bajas.
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Las obtuve y ni siquiera pude medirlas porque quedaban por debajo
de mis humbrales de medición, pero el resultado a nivel de
sonido no era tan bueno como cabía esperar y la tonalidad era
demasiado fría. Una etapa sirve para escucharla, no para mirar
sus cifras.
Reduciendo el factor de realimentación mediante degeneración
de la carga activa llegué a obtener el valor óptimo
mediante evaluaciones subjetivas y es la cifra aplicada en este diseño,
una cifra semejante aunque levemente superior a la que muchos otros
diseñadores coinciden: 36dB.
Se emplea un servo de DC para corregir el offset. Con él alcanza
valores de 1mV. Está compensado a una frecuencia menor de 1
Hz para no afectar al rango audible. Está acoplado al lazo
de realimentación a través de una resistencia de 10
kOhm e incluso se ha suprimido el condensador electrolítico
habitualmente presente en estos circuitos. De hecho no hay ningún
condensador en serie ni en paralelo con la señal, exceptuando
el del filtrado de radiofrecuencia que realiza su función a
partir de 150kHz.
Fuente de alimentación.
La fuente se basa en un transformador toroidal de 330 VA, que junto
al radiador es el único componente externo a la PCB. El resto
de componentes se ensamblan en la propia PCB y el transformador se
conectan fácilmente mediante conectores faxton.
En la sección de potencia, tras el rectificado, se carga
un un banco de condensadores de 18.800uF. Todas estas salidas
de potencia están protegidas por fusibles de fácil
acceso. Éstos portafusibles son verticales. A los electrones
no les importa si es vertical u horizontal pero suponen una
gran optimización del área usada.
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Aparte de esto, existe un regulador de tensión de 15V simétricos
que aparte de alimentar una sección de las etapas puede utilizarse
para alimentar previos externos sin que éstos requieran una
alimentación externa. Como previo se recomienda el previo
inversor, dada la alta adaptación entre sus parámetros
(lo que algunos llaman sinergía, con la única diferencia
de que esto tiene explicación).
Todos los componentes de este regulador están situados en
el borde de la PCB, por lo que si además de previos se decide
utilizar filtros activos, etc y aumenta el consumo es posible añadir
fácilmente un radiador que nos permitirá extraer corrientes
del orden de medio amperio (suficiente para alimentar 100 operacionales).
Además estas tensiones están protegidas contra cortocircuitos.
Este regulador está construido mediante dos reguladores
en serie: primero un regulador zener que reduce el rizado (ruido
de 50 Hz) a niveles menores de una decena de milivoltio, y adapta
el voltaje para poder usar posteriormente un regulador lineal
integrado. Esta configuración se conoce como modo cascodo.
El nivel de ruido a la salida es prácticamente nulo.
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Circuitos de protección.
En la propia PCB van incluídos los circuitos de soft
start y speaker enable. El soft start es un encendido
lento que evita que parpadeen las luces de la sala cuando se
enciende la etapa, debido a la gran demanda de corriente que
se requiere para cargar los condensadores y contribuye a alargar
la vida del aparato.
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El speaker enable habilita la salida de los altavoces únicamente
cuando la etapa ya está estabilizada y funcionando correctamente,
así se evitan los ruidos y pops en los altavoces, y
el desagradable recorte cuando baja la tensión al apagarse.
Características técnicas.
Potencia:
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- 100 WRMS @ 8 Ohm
- 150 WRMS @ 4 Ohm
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Ancho de banda
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- 500kHz
- power bandwith : 200kHz.
- Filtro RF:150kHz
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Ganancia
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D.F.
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- >100 (mayor que el limite de la medición)
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THD
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IMD (SMPTE)
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60,7000 4:1;
20 VP (60Hz) +5 VP (7kHz):
0.02%
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Zin
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Slew-rate
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- >20V/µs (mayor que el limite de la medición)
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SNR
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- >80dB (mayor que el limite de la medición)
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IMD (CCIF)
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18000,19000 1:1;
10 VP cada una
-80dB
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Comentarios sobre el sonido.
Se trata de una etapa con una gran limpieza y separación entre
instrumentos, sin grano, excelente dinámica, buen control del
grave incluso a altas potencias gracias a los mosfet, y la consecuencia
de la alta velocidad y la topología: excelentes agudos.
Los instrumentos más contenido armónico en los agudos
(platillos, viento,...) son suaves cuando la ocasión lo requiere
y violentos cuando se reproducen pasajes intensos. Destaca la limpieza
con las guitarras eléctricas y piezas complejas. Los samples
de grabaciones para evaluación subjetiva lo muestran, y la
música lo confirma, consigue mantener la transparencia en orquestas
y guitarra eléctrica, además de mantener un gran impacto
en cuerdas, platillos, etc,... Puede mirar cara a cara a diseños
superiores.
Su tonalidad es también está muy estudiada y el sonido
resultante es bastante cálido. El violín suena
a violín, es capaz de mantener ese sonido ronco en las notas
inferiores. Como hemos explicado, una etapa sirve para escucharla.
Su aplicaciones aumentan en número por su bajo coste y altas
prestaciones. Su gran comportamiento en toda la banda y su potencia
le permiten ser usado sistemas multiamplificados, sistemas home
cinema y audio multicanal, subwoofers de altas prestaciones y
por supuesto, estéreo. Su gran acho de banda da cobertura técnica
a los nuevos formatos digitales con gran ancho de banda.
- Kit ensamblado completo:
- Transformador toroidal 330VA
- Etapa S-CR estéro: Reúne:
- Fuente de alimentación
con salida para previos
- Circuitos de protección
- 2 etapas S-CR
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