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.

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.


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 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.

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.

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.


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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.

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.


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 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.

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.

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.

 


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 Características técnicas.

Potencia:

  • 100 WRMS @ 8 Ohm
  • 150 WRMS @ 4 Ohm
 

Ancho de banda

  • 500kHz
  • power bandwith : 200kHz.
  • Filtro RF:150kHz

Ganancia

  • +27.5 dB

D.F.

  • >100 (mayor que el limite de la medición)

THD

  • 1kHz & 1W: 0.008%

IMD (SMPTE)

    60,7000 4:1;
    20 VP (60Hz) +5 VP (7kHz):

    0.02%

Zin

  • 100 kOhm

Slew-rate

  • >20V/µs (mayor que el limite de la medición)

SNR

  • >80dB (mayor que el limite de la medición)

IMD (CCIF)

    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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