AMPLIFICADOR V-UR


INTRODUCCIÓN

Este amplificador pretendía ser un experimento más que un definitivo, pero al final acabó saliendo bien y ahora lo tengo definitivo en mi sistema triamplificado.

Reciclé partes de uno viejo, transformador, condensadores, etc, pero fueron condicionantes muy importantes que definieron el diseño final en demasiada medida.

No recomiendo hacer esto si se pretende hacer un buen diseño, y si se pretende ahorrar tampoco lo recomiendo, realmente hay pocas piezas reutilizables.

Está enfocado a ser el amplificador de medios en un sistema triamplificado, por eso no se han tenido en cuenta factores como los graves o los agudos extremos.

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EXPERIMENTOS

Dadas las posiciones tan radicalemente opuestas entre audiófilos e ingenieros, decidí probar las cosas por mi cuenta, centrándome en el sonido, pero ayudado por el osciloscopio y el Spice, a ver qué es lo que realmente influye y qué es un cuento chino.

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REALIMENTACIÓN.

Al principio probé a construir una etapa de salida muy lineal y con ella poder escuchar las etapas en lazo abierto para evaluar sus características.

Es curioso, pero a pesar que que halla un factor de realimentación alto (60dB), el carácter del sonido del amplificador en lazo abierto se mantiene a pesar de las tremendas correcciones que la realimentación realiza.

Pero aún así debo decir que la realimentación es maravillosa, que hace que las cosas funcionen aunque tengas la mitad de la etapa no polarizada, en inversa o con la alimentación al revés. Es algo increible.

Realmente debemos dar gracias a H. Black por descubirla y atreverse a patentarla a pesar de las reticencias de los demás. "Fijaté, un método para amplificar que reduce la ganancia..."

Pero no se debe dejar todo en manos de la realimentación. La distorsión en lazo abierto debe ser suficientemente baja antes de aplicarla, y tampoco se debe abusar de su cantidad. La realimentación también trae problemas.

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X-OVER DISTORTION

Visto esto, una parte tan importante como la etapa de salida es crítica, y el carácter que da al sonido es bastante determinante.

En lazo abierto se puede apreciar lo terriblemente intrusiva que es la distorsión de clase B, y en menor medida la de clase AB. La opción final para esta etapa fue utilizar una modificación del concepto tradicional de clase AB, sobrepolarizándola, ya que con el transformador existente un clase A era irrealizable.

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THD

Las siguiente prueba fué la etapa de ganancia en voltaje clase A, con todas las posibles modificaciones.

Puedo decir que el sonido de una etapa de ganancia en voltaje clase A con degeneración de emisor, con una etapa de salida clase A y sin realimentación global es sumamente limpio, sumamente preciso y coherente. El problema viene al subir el volumen. La distorsión armónica aumenta, y hace el sonido estridente, pero es en todo momento coherente y no es agresivo.

THD es mala, hay que luchar contra ella. Es cierto que en un amplificador de válvulas su estructura es diferente a la de uno de transistores y tienen un sonido diferente, pero es muy curioso ver cómo se puede llegar a la claridad y espacialidad extrema de un válvulas con un transistor de 5 cent. A pesar de esto la tonalidad del sonido es diferente y no se pude sustituir sin más una válvula por un transistor.

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ETAPAS DIFERENCIALES.

Su sonido es igual a oido a la de una etapa en clase A con emisor degenerado, siempre que la carga sea pasiva. Teóricamente cancela los armónicos pares y tiene menos distorsión, por lo que decidí usarla.

Las limitaciones de voltaje y potencia no me permitieron probarla a gran volumen para comparar diferencias.

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CONDENSADORES

Aquí está una de las claves del sonido. Cuanto mayor sea la capacidad de la fuente de alimentación, más coherente es el sonido, más impacto y dinamismo.

Es fácil saber porqué los amplificadores de 300e con sus 10.000uF en total no llegan a dar el nivel de potencia que se supone deberían dar.

Existe una afirmación: "los watios de válvulas suenan más". y es cierto, pero no porque sean watios diferentes para válvulas o para transistores, sino porque en un válvulas la terrible capacidad no es tan crítica, el transformador de salida convierte grandes variaciones de voltaje en grandes variaciones de corriente, y así no es necesario que salgan de un condensador, que tiene sus efectos parásitos como la ESR y ESL.

En estos momentos, cuando pongo el equipo a GRAN volumen, sólo oigo medios, que es donde tengo este amplificador. Curioso cuando se supone que tienen más potencia los otros, pero no tienen los 30.000uF que tiene el mio, y no creo que sea suficiente para graves, pero estaba enfocado a medios. Las medicionezs posteriores en laboratorio daban 45WRMs (onda senoidal a 1kHz) a 8Ohm. No tenía resistencias de gran potencia de 8.2 Ohm, por lo que no pude prolongar durante el tiempo suficiente la prueba, había demasiado humo.

Utilizar muchos condensadores en paralelo es a veces una buena forma de reducir la ESR y ESL de los condensadores, y particularmente recomiendo poner condensadores de poliéster de 10uF o así en paralelo con los electrolíticos de la fuente de alimentación.

Sobre la posible resonacia entre la ESL y la C de los diferentes condensadores, con condensadores de 10uF, encuentro poca consistencia. No he observado este fenómeno, y dudo que se pueda producir a frecuencias audibles, porque en ellas los efectos de ESL no son dominantes (pero si notabes) a menos de 10kHz, y el condensador de 10uF puede empezar a proporcionar una parte importante de la corriente a 8Ohm a partir de 2kHz, cuando el electrolítico todavía se comporta al menos mínimamente como un condensador.

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CARGA ACTIVA DEGENERADA.

El objetivo de esta prueba es que trataba de no tener un gran factor de realimentación para evitar sus problemas asociados, disminuyendo la ganancia.

En una carga activa ideal, la ganancia es infinita, pero en el caso real, con un transistor como fuente de corriente, la ganancia la determina la corriente de pérdidas del transistor, que se modela como una resistencia en paralelo, pero que no es constante, depende de Ic y de Vce.

Un ingeniero podría pensar que se debe utilizar un transistor con menos corriente de pérididas para obtener más ganacia en lazo abierto y reducir así su distorsión. Un especialista en válvulas esto ni se lo plantea porque no tiene lugar en electrónica a válvulas.

Decidí que no se debía aumentar la ganancia, ya estaba bien para obtener la THD que quería y que al poner un transistor con menos pérdidas también se aumenta la THD local.

Utilizé una resistencia en paralelo con la fuente de corriente para linealizar la carga. Si la resistencia es constante y tiene un valor más bajo que la resistencia parásita del transistor, será dominante sobre esta, y se habrá ganado linealidad en la carga.

Pero como contrapartida, la fuente de corriente se degenera, ya no se comporta como tal, al menos tan bien como antes. La intensidad de colector varía más y esto provoca su propia distorsión.

Hice cálculos con Spice y ví que las variaciones numéricas eran muy escasas, pero con mayor distorsión en las cargas degenerdas, un 0,05% más.

Lo probé y el sonido era sutilmente diferente, pero tenía una mayor sensación de cuerpo y presencia con la resitencia en paralelo. Los graves también sonaban mejor así, curiosamente.

Existe otra afirmación en el mundo de las válvulas. "Suenan una octava más bajo que los transistores". Cierto. El sonido tiene más cuerpo. Y realmente no sé si suenan más o se oye más o suena mejor, pero es cierto. No tengo datos para decir porqué pero creo intuir el camino.

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TOPOLOGÍA.

Estos han sido los experimentos que tuvieron éxito, pero hubo muchos más que no tuvieron éxito y por eso no se detallan. Es una consecuencia de inverstigar lo que ya está investigado. A pesar de eso, Faraday descubrió así la inducción magnética. En mi caso, obviamente salvando las descomunales distancias, también me ha servido.

Utilizé dos etapas diferenciales, con degeneración de emisor, fuente de corriente y modo cascodo. La primera de ellas con carga pasiva y la segunda con espejo de corriente, con emisores degenerados para asegurar una igualdad máxima en las corrientes. De esta manera se asegura también la igualdad de las corrientes de la primera etapa diferencial. (las bases de los dos transistores de la segunda etapa están a la misma tensión y obligan a que las dos resistencias de colector de la primera etapa diferencial estén también al mismo voltage, por lo que ls corrientes serán iguales.

Es una topología bastante inmune a ruido de alimentación y a deriva térmica.

Ambas etapas diferenciales, con las tensiones de los transistores cascodos y las tensiones que controlan las tensiones de las fuentes de corriente están conectadas a una misma rama divisora de tensión, de esta manera se ahorra corriente.

La etapa de salida es una etapa push-pull típica, con un circuito de compensación térmica también típico, el multiplicador de Vbe. La peculiaridad que la distingue es que está sobrepolarizada. Como expliqué con el experimento de la corriente de polarización de esta etapa, en clase AB, 10mA de polarización producen distorsión de cruce por cero, aunque no es la distorsión de clase B conocida por todos. Decidí usar una corriente de 250mA. Esto implica que permanecerá en clase A hasta que proporcione 2W, suficiente para dar 93dB con unos altavoces de sensibilidad 90dB /1W1m.

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Construcción

(en otra página: IR)

 

 

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