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Inicio Historia Amplificación Como funciona la amplificación de audio (3º Parte)
Como funciona la amplificación de audio (3º Parte) PDF Imprimir E-mail
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Escrito por Helio   
Jueves, 23 de Octubre de 2008 05:36

La fuente de alimentación 1 de 2:

Hola amigos, tras unos días de descanso volvemos al ataque con la explicación del funcionamiento de un amplificador. Si bien hemos explicado que la corriente alterna alimenta todo sistema conectado en una vivienda o local; ya sea un lavaplatos un frigorífico un ordenador, o un amplificador, el caso es que para que un amplificador funcione, necesita corriente contínua. Así que tendremos que estudiar lo que se llama el proceso de rectificación, o dicho de otro modo: cómo hacer que una corriente alterna de red eléctrica se convierta en la corriente continua que nuestro amplificador necesita para funcionar.

Bien, lo primero que hay que tener a mano es ese artilugio llamado transformador, el cual ya ha sido explicado en el artículo anterior. Como ya hemos dicho, su labor consiste en recibir la tensión de la corriente entrante a través de su bobina primaria, y darnos otra tensión o tensiones, a través de su bobina o bobinas secundarias.

A ese transformador se unen otros componentes necesarios para estabilizar y “limpiar” la corriente contínua so pena de provocar hum y ruidos tremendamente molestos, así que al conjunto de elementos que van desde el fusible de protección, pasando por el transformador, hasta conseguir una corriente contínua  totalmente estable y limpia, se le suele llamar fuente de alimentación. Por eso mismo, he ilustrado la cabecera del artículo con la clásica fuente de alimentación de un Ordenador Personal. Al fin y al cabo este elemento que se vende como un conjunto cerrado, realiza exactamente las mismas funciones que se requieren en la alimentación de un amplificador: Por un lado entre la corriente del sector eléctrico, y por otro salen varias tensiones estabilizadas en corriente contínua para así alimentar debidamente los diferentes componentes.

El caso es que llegados a este punto, y ya hablando de amplificación, nos vamos a encontrar con una muy seria diferencia  entre dos mundos: Las cosas van a ser de una forma si tratamos  con un amplificador a transistores,  y de otra forma totalmente distinta si tratamos con un amplificador a válvulas. La amplificación a transistores funciona con bajas tensiones que suelen ser habitualmente de 12v o incluso 24v, sin embargo, un valvular necesitará por lo menos tensiones de 500v, ya que la tensión nominal de placa que se puede aplicar a una válvula de potencia del tipo EL34, 6L6, KT88, etc... es de unos 750v a 800v, por consiguiente es evidente que en ambos casos necesitaremos un transformador de alimentación, pero claro, no es lo mismo pedirle 12v de salida, que 800v. En el caso de los 12v reducirá la corriente alterna, y en el caso de los 800v tendrá que subirla.

Sin necesidad de llegar más lejos, podemos deducir siguiendo la antes citada Ley de Ohm (que comentamos en el artículo anterior), que un amplificador a transistores trabaja y entrega su potencia con pocos voltios y muchos amperios, o dicho de otro modo en baja tensión y alta corriente, sin embargo, un amplificador valvular basará su potencia en el concepto inverso: Mucho voltaje y baja corriente. No olvidemos que W (Vatios) = V (voltios) x A (amperios). Así que si usamos, por ejemplo, un amplificador que nos entregue 120W nominales, si es transistorizado funcionando a 12V necesitaremos una corriente de  por lo menos 10 Amperios para obtener esos Vatios: 120 / 12 = 10 Amperios. Sin embargo, si esa misma potencia se le pide  a un conjunto de válvulas EL34 trabajando a 750v la corriente necesaria será de: 120 / 750 = 0,16 amperios. La diferencia es abismal en la sección de los cables y en su aislamiento y seguridad.

Retomando la vieja analogía que hicimos en anteriores artículos con el cauce de agua: Si comparamos el antes citado amplificador de 120W, cuando es a transistores su salida será como un río manso donde el agua apenas corre pero dentro de un cauce muy ancho para que dicha agua fluya en gran cantidad. Por el contrario, si el amplificador es a válvulas será como un riachuelo con mucho menos caudal, pero ese caudal bajará a gran velocidad por una enorme pendiente, de manera a que pase exactamente la misma cantidad de agua por segundo que en el río ampli y lento. Laughing

Es evidente que hará mucho más ruido el riachuelo que el amplio río... ;-) Bueno, esto de que hará más ruido llevado al campo de la amplificación es una mera broma, pues no queremos precisamente que el amplificador haga ruido... YellCool

El caso es que de todo esto, solo podemos deducir que aunque el resultado en Vatios sea similar en ambos sistemas, su manera de trabajar es diametralmente opuesta: Esa tremenda diferencia es la que marca el matiz nada desdeñable entre una amplificación a transistores y otra a válvulas. Por eso, cuando los guitarristas dicen que prefieren el colorido y la calidez de las válvulas, no estamos ante un mero capricho injustificado, sino más bien ante un modelo de trabajo cuya dinámica es totalmente  diferente a la de los transistores. No puede tener la misma dinámica un líquido que sale lentamente de una gruesa manguera, que la misma cantidad de líquido saliendo de una fina manguera a muy alta presión.  No estoy diciendo que una cosa sea mejor que la otra, solo digo que son dos modelos de trabajo totalmente distintos.

Bien, una vez llegados a este punto, vamos a analizar como transformar la corriente alterna en corriente contínua:

El mecanismo de transformación de corriente se puede asimilar perfectamente al del viejo mecanismo  "Piston-Biela" usado en las viejas locomotoras de vapor cuya imagen he saco de la Wikipedia:

Un movimiento que va de atrás hacia adelante y de adelante hacia atrás (y así sucesivamente de forma indefinida), es muy parecido a la oscilación de la corriente alterna, y por supuesto, también al de un pistón de locomotora.

Lo que nosotros necesitamos, es que ese movimiento oscilante se transforme en un movimiento contínuo que vaya en una sola dirección.

Bien pues aquí tenemos su representación gráfica en forma mecánica. Así es como los ingenieros resolvieron aprovechar la presión del vapor sobre un piston que va y viene, para convertirla en movimiento rotatorio contínuo,  y nosotros tenemos que hacer electrónicamente algo similar.

En el caso que nos ocupa, es decir la electricidad, evidentemente, las cosas son diferentes: No es necesaria la mecánica, solo el uso de un componente llamado DIODO. Un diodo tiene como función única el dejar pasar la corriente en una sola dirección,  así que dejará pasar la parte de la corriente alterna que va en la dirección  que el diodo considera correcta, al tiempo que impedirá totalmente el paso de la corriente que va en dirección inversa.

Aqui tenemos por ejemplo, un diodo de potencia. Tiene un cuerpo con rosca destinado a ser atornillado a un chassis y así disipar le calor que pueda generarse en su interior. Ese es uno de los polos, y en la parte de arriba vemos la entrada a la que se conectará el otro polo.

El problema derivado de usar UN SOLO DIODO en la rectificación de corriente alterna es evidente: Solo aprovecharíamos  la mitad de esa corriente. Así que ese método debe descartarse. ya que necesitamos, por supuesto, que el diodo deje pasar la corriente que va en el sentido "correecto", pero también, al mismo tiempo necesitamos no desaprovechar la corriente que va en otro sentido y que el diodo rechaza. Para ello, deberemos usar otro circuito que incorpore otro diodo, y que nos permita obtener la otra mitad de la corriente alterna. En realidad necesitamos recrear el mismo mecanismo que en la máquina de vapor antes mostrada, en cuyo sistema se aprovecha el movimiento del pistón, sin importar que vaya hacia adelante o hacia atrás.

Para ello, en rectificación, existen dos tecnologías actualmente en vigor: O bien usamos diodos de estado sólido, o bien una o varias válvulas rectificadoras también llamadas diodos (ver artículos relacionados sobre el mundo de las válvulas). Sea como sea, el resultado debe de ser el mismo, ya que lo que queremos es que la corriente alterna una vez cambiado su voltaje por el trasformador, pase a ser corriente contínua aprovechado ambas polaridades de la misma:

Bien, este gráfico sacado de la Wikipedia, nos muestra el diagrama electrónico de un sistema de rectificación clásico llamado de Onda Completa con punto medio en transformador: Así a simple vista, vemos que hay DOS diodos representados en el diagrama junto a una toma central en el secundario del transformador de alimentación.

Si interpretamos este gráfico de izquierda a derecha, tenemos:

1º-La representación gráfica de lo que es la corriente alterna de entrada.

2º-Dicha corriente entra al primario del transformador. Se aprecia una barra vertical que separa dos bobinas, y ese símbolo (las dos bobinas con la barra vertical en medio) significa que nos encontramos precisamente ante un transformador. En este caso se han representado los dos bobinados del mismo tamaño, pero es solo una representación. No tienen porque ser iguales.

3º-Se aprecia que  el secundario del transformador tiene una toma central que en este caso tiene su salida hacia  la parte baja del circuito dando a entender que ese será el borne negativo (generalmente la masa y/o toma de tierra).

4º-Los dos diodos de estado sólido D1 y D2 cumplen su papel alternandose y rectificando cada uno parte de la onda. Su salida se une, de manera a recoger en el mismo punto de arriba las medias ondas positivas.  Así que, ese será el polo positivo del circuito.

5º-El resultado que sale, alimenta a un circuito, que en este caso se ve reducido a su expresión mínima, ya que es una mera resistencia de carga (ya en la siguiente entrega explicaremos lo que es eso).

6º-La corriente que sale de ese circuito rectificador es ya contínua  PERO muy irregular, ya que tiene lo que se llama un rizado muy fuerte, pues aunque sea contínua y por consiguiente unidireccional, va dando saltos constantes entre la tensión elegida y los cero voltios...  Ese sistema sería totalmente inservible  en un amplificador, aunque en la siguiente entrega veremos como se estabiliza esa corriente quitando los valles y los picos de manera a que resulte plana, limpia y estable. Para ello se requieren otros componentes que realizarán el proceso llamado: filtrado.

Hemos presentado un circuito sencillo de dos diodos, Para que funcione y obtengamos el polo negativo,  hemos visto que era necesario un punto medio en el bobinado secundario del transformador. Bien, veamos ahora el circuito más usado en la rectificación actual de estado sólido, que no es otro que el llamado: Rectificador de onda completa mediante puente de Graetz.

Podemos observar que el resultado es exactamente el mismo que en el anterior de dos diodos, aunque en este caso al usar  4 diodos ya no se necesita para nada la toma central en el secundario del transformador.

Llegados a este punto, podemos decir que en los dos gráficos que hemos visto, se usa exactamente el mismo diseño de circuito rectificador tanto si es para un amplificador a transistores como si es para un valvular. Ojo, estoy hablando de similitud, pero SOLO me refiero al diseño del circuito, no hablo de la capacidad o calidad de sus componentes que van a ser diferentes.
 
La enorme diferencia entre ambos amplificadores se vería reflejada por el tipo de bobinado del secundario y por el  tipo de diodos. En un amplificador transistorizado los diodos serían de gran capacidad de corriente para dejar pasar mucho flujo, aunque su resistencia ante las altas tensiones puede ser casi nula. En el caso de un valvular, los diodos deberàn resistir altas tensiones, pero solo tendrán que dejar pasar bajas intensidades de corriente.
 
Dicho esto, si nos vamos directos a una rectificación valvular, tenemos la cĺasica opción de usar una válvula  rectificadora estandar que suele ser siempre un doble diodo, y así es como aparecería su diagrama:
 
Como podemos observar en este caso, ya que una rectificadora valvular tiene dos diodos dentro de ella, no hay más remedio que utilizar el circuito con toma central en el secundario del transformador, la cual (como ocurre con los diodos de estado sólido) representa el polo negativo (generalmente la MASA). En este diagrama observamos como el secundario entrega 700V en total=350v+350v.
 
Si  nos fijamos un poco más en el transformador, veremos que hay un segundo secundario que es el destinado a la alimentación de los filamentos de las válvulas. Como suele ser habitual, entrega unos 6,3v que es la tensión típica de funcionamiento de los filamentos de las válvulas en un amplificador, y vemos como ambos bornes de ese secundario especial llamado de caldeo, se conectan a las patas 4 y 5 de una válvula de nueve pines llamada de zócalo noval. Como se puede observar con absoluta claridad, ese circuito de filamentos está eléctricamante  aislado del sistema de rectificación. Su función es única y exclusivamente la de alimentar los filamentos para que las válvulas se calienten y puedan trabajar.
 
NOTA: En este ejemplo concreto, como en el de la mayoría de los amplificadores, se usa corriente alterna de 6,3v para calentar las válvulas. Sin embargo, en algunos amplificadores de "boutique" suele darse el caso de que esa corriente también se rectifica con diodos para que dichos filamentos se alimenten en corriente cóntínua. La razón es bien simple: Si el amplificador es de alta calidad y alta ganancia, siempre se puede colar algo de ese típico "hum" propio de la corriente alterna, a través de los filamentos de las válvulas que están muy cerca del cátodo. Por esa razón se intenta evitar cualquier filtración alimentando las válvulas con corriente contínua. Tambíen puede ocurrir que los cables que van de válvula en válvula alimentando los filamentos pasen cerca de un circuito sensible a sus variaciones, sobre todo en  sistemas Hi-Gain.  El caso es que ese cambio, no afecta en nada al filamento de la válvula, a su duración o a su calentamiento. Simplemente ofrece una amplificación en teoría más limpia de ruidos, a cambio de pagar un sobrecoste por el circuito, como es lógico.  Cool Nada sale gratis en esta vida...
 
Vemos como el cátodo de la válvula (emisor de electrones) recibe el retorno de los electrones (polo positivo) y los emite hasta los dos ánodos del doble diodo: Cada cual rectificará la parte de onda que le toca. Aunque los dos diodos estén encapsulados dentro de una misma válvula, no deja de ser un circuito exactamente igual al de los dos diodos de estado sólido citados antes en el primer esquema de una rectificación de estado sólido.
 
El caso es que la calidad de la corriente resultante de este circuito es igual de mala  que la del puente de diodos, y necesitará ser filtrada para que salga limpia, sin rizos y totalmente funcional antes de pasar a alimentar los circuitos del amplificador. Para ello serán necesarios otros componentes como resistencias, bobina de choque, y condensadores electrolíticos de alta capacidad: que ya describiremos en la siguiente entrega Ya se observan en el circuito a la salida, pero es mejor dejarlo, ya que su explicación alargaría excesivamente este artículo. Así que,en la siguiente  entrega analizaremos el resto de los componentes de la fuente de alimentación (Resistencias, bobina de choque y condensadores), con lo cual ya prácticamente conoceremos todos los elementos necesarios para poder entender los diferentes procesos que se realizan dentro de un amplificador. Wink
 
Espero que esto os guste y resulte de utilidad... Wink
Última actualización el Sábado, 25 de Octubre de 2008 19:02
 

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