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1.¿Cómo funciona una etapa de Potencia?:

La señal de audio que llega al circuito de entrada, de bajo voltaje, baja intensidad, con alta impedancia de carga ( 10­20 KΩ), puede ser regulada en el Control de entrada, donde se encuentran los reguladores del nivel de la señal que, finalmente, proporcionará a la salida una señal amplificada en voltaje e intensidad, proporcional al nivel de la señal de entrada.Por tanto, El amplificador solo entregarà su máxima potencia nominal cuando los, mal llamados, Potenciometros se encuentren girados a su valor máximo. El Factor de ganancia introducido por una etapa es fijo y lo único que podemos modificar con dichos controles es el nivel de la señal que entra en el circuito (algunos modelos, incluso carecen de dichos reguladores).

Una vez adaptada, la señal llega al Driver o etapa excitadora, donde se produce una amplificación del voltaje que lleva la misma, aquí se producen tensiones variables de varios voltios ( según el factor de potencia del amplificador) , pero de baja intensidad ( Amperios). Dichas tensiones variables son moduladas en amplitud por dispositivos de tipo Válvula o de tipo Transistor.

Finalmente, las señales son nuevamente amplificadas, esta vez tambien en Intensidad (decenas de voltios y varios Amperios ) por la Etapa de Potencia, propiamente dicha, en la que se ecuentran las bornas de conexión de los altavoces. Una vez mas los dispositivos encargados de modular la amplitud de la señal son : VALVULAS y TRANSISTORES.

El proceso de amplificación de la señal que excita los altavoces es posible gracias a la FUENTE DE ALIMENTACIÓN. La Fuente, transforma los valores de corriente alterna en elevados valores de tensión continua que polarizan ( tensionan) los circuitos moduladores ( válvula o transistor). La Máxima potencia de salida generada por un amplificador depende de la capacidad de transformación de la fuente y limita por tanto la misma. Algunos amplificadores de dos canales disponen de una única fuente de alimentación , entregando a la salida máxima potencia nominal inferior por canal , cuando los dos canales funcionan simultáneamente. El máximo consumo de la Fuente se produce en la Etapa de Salida, seguida por el Driver y finalmente por los Operacionales del control de entrada.

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2. Tipos de Amplificador , según la tensión de Polarización y el número y disposición de los elementos moduladores.

Amplificadores de Clase A: Existe una alta corriente de polarización constante, suministrada por la Fuente de Alimentación, incluso aunque no haya señal de audio presente en la entrada. Esta alta corriente de polarización hace que los transistores se encuentren siempre en la zona mas lineal de su curva de transferencia. Un único transistor ( tipo Bipolar) realiza la modulación del ciclo completo de la onda. Este tipo de amplificadores tienen las mejores caracteristicas de linealidad, pero su alto consumo y baja eficiencia ( en torno al 25%) hacen que solo sean apropiados como amplificadores

de alta gama , utilizados en estudios donde las condiciones de escucha han de ser “esquisitas”.

Amplificadores de la Clase B: Los transistores de la etapa de salida trabajan en parejas ( PNP y NPN). Mientras unos dejan pasar la señal amplificada, los otros estan en reposo. Por tanto, cada elemento solo maneja un semiciclo completo de la forma de onda. No existe tension de polarización previa y los transistores entran en conducción unicamente por la señal de audiofrecuencia. Ello hace que su curva de transferencia sea poco lineal, dado el bajo valor de polarización. Tienen distorsión , cuando los valores de la tensión se encuentran próximos a Cero. Son eficientes, con un rendimiento cerca del 80%. Sin embargo su baja linealidad, unicamente les hace apropiados para uso de telefoinía, porteros automáticos etc.

Amplificadores de la clase AB:

Los transistores de la etapa de salida, también, trabajan en parejas, pero cada uno de ellos conduce algo mas de un semiciclo de onda completa. Por tanto, reaccionan mejor ante señales de valor próximo a cero. Ello unido a que existe una corriente de polarización constante, aunque de bajo nivel, se incrementa progresivamente, en funcion de la señal de audio en la entrada, hace que este tipo de amplificadores mejore sustancialmente la linealidad en la respuesta. El bajo valor de la tensión de polarización, mejora las caracteristicas de rendimiento de los mismos, estableciendose aproximadamente el 50% ( es decir vienen a consumir casi el doble de la potencia util que generan). La mayor parte de los amplificadores utilizados en el audio profesional y domestico operan sobre este modelo.

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Amplificadores Clase C:

Al igual que los amplificadores de clase B , apenas existe tensión de polarización previa. Los transnistores trabajan en parejas, aunque conducen menos e un semiciclo cada uno, operando sobre una banda muy estrecha de audiofrecuencia,siendo , por tanto poco lineales. Son útiles para transmisiones de radiofrecuencia.

Amplificadores Clase G, H:

Operan sobre el mismo principio que los Amplificadores de clase AB, aunque con un diseño mejorado, en cuanto que incorporan varias lineas de tensión diferenciadas que se activan de forma progresiva a medida que que el voltaje se la señal de excitación se incrementa. Cada transistor requiere una menor corriente de polarización, puesto que solo lleva conducción parte de un semiciclo de onda. Esta técnica puede dar una eficiencia muy buena porque la mayor parte del tiempo solo estan en funcionamiento las fuentes de bajo voltaje . Los equipos de clase G y H pueden ser de menor tamaño que sus parientes de clase AB.

Amplificadores de Clase D:

También denominada amplificación digital, equivale a una modulación de ancho de pulsos, en la que se usa una frecuencia ultrasónica de muestreo (desde 44 a 96 Khz), en un circuito comparador. En dicho circuito se produce una modulacion PWM ( ancho de pulsos): pulsos de mayor duración para aquellas señales de amplitud coincidente con la modulacion positiva de la onda de muestreo y silencios para para las coincidentes con los semiciclos negativos de la misma. Se Obtiene de esta manera, una serie de pulsos de señal tanto mas largos cuanto mas intensa es la señal. El circuito de amplifcación de potencia, convierte este ancho de pulsos en tensiones proporcionalmente crecientes , que a su paso por un LPF, para filtar el componente de alta frecuencia, finalmente restituyen una señal analógica de tensión en inetensidad variable.

La principal ventaja de la operación en clase D es que el amplificador está encendido(usando potencia) sólo por intervalos cortos y la eficiencia general puede ser muy alta (85% o mas).

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3. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS :

POTENCIA :

De todas las especificaciones, la de potencia eléctrica desarrollada por un amplificador, es, quizás, la primera en que nos fijamos. Por otra parte es también la que mas puede prestarse a inexactitudes por parte de los fabricantes, pues tienden a engrosar las mismas .

En primer lugar: un Amplificador , mas que una potencia , da un rango de potencias, en función de la Impedancia que un altavoz o sistema de altavoces ofrecen a la señal de salida. Ademas, las especificaciones de potencia han de darse en función de un determinado indice de Distorsión Armónica tolerable ( THD­%) ( Ver Distorsión Armónica).

Por tanto, podemos distinguir , en principio entre:

Máxima Potencia Nominal, RMS: Es aquella potencia que el amplificador es capaz de desarrollar durante un tiempo largo de actuación ( pongamos 1 minuto ), con ambos canales excitados simultáneamente, en un margen de frecuencias de 20Hz a 20khz, sobre una carga nominal (8Ω p.e. ). La señal de prueba es un tono puro de 1Khz que se va incrementando en amplitud , hasta que alcanza el % de THD especificado por el fabricante . La distorsión armónica tolerable será tanto mayor cuanta mas potencia demandamos de la etapa ( menor del 0,05 %, en cualquier caso ). Un calculo aproximado nos permite establecer de que a medida que disminuimos la Impedancia Z del altavoz a la mitad, la etapa entregará aproximadamente el doble de potencia ( ver cálculo de Z en sistemas de altavoces Serie­ Paralelo). Hay que tener en cuenta que, salvo expresa indicación del fabricante, una carga total de 2Ω es demasiado baja para la mayor parte de amplificadores domésticos o semiprofesionales, tendiendo a calentarse, disparando los sistemas de protección térmica o incluso fusibles protectores.

Esta especificación de Potencia es la que nos interesa a la hora de conectar etapas a altavoces. En general, frente a la creencia generalizada, conviene elegir una etapa de portencia que suministre una maxima potencia igual e incluso entre un 20­30% superior al aguante de potencia del altavoz. Esto se debe a que el amplificador solo entrega la potencia especificada con señal senoidal, y entrega una potencia mucho menor para una señal real con dinámica.Si utilizamos un amplificador pequeño no tendremos el nivel suficiente, ni la sensación del mismo y tenderemos a saturar el amplificador, con el consiguiente riesgo de rotura del altavoz ( sobre todo Tweeters) ante el paso de transitorios de alto nivel.

Potencia de Pico (PP) : Se trata de la máxima potencia que es capaz de desarrollar el amplificador, con ambos canales excitados simultáneamente, durante un intervalo extremadamente corto de tiempo ( 20 ms. Aprox.). Para ello se incrementa brevemente el nivel de la señal de excitación al doble del máximo voltaje nominal ( + 6 db ). Pudiendo existir una relación, según el modelo, de hasta 4 veces mas potencia sobre la nominal o RMS. Este tipo de potencia es la especificada por algunos fabricantes ( made in Taiwán). Carece de utilidad a la hora de elegir altavoz.

Potencia Continua, Musical, de Programa etc.:Carece de hologación . Es un dato que suelen ofrecer algunos fabricantes para especificar un dato de potencia, se supone, que desarrolla la etapa , por termino medio ante el paso de una señal con dinámica ( como la señal real). Normalmente suelen establcer un intermedio entre la Potencia Nominal y la de Pico.No es fiable.

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SENSIBILIDAD:

La sensibilidad expresa en dbs cuanto voltaje de entrada se necesita para producir la salida nominal máxima del amplificador. Por ejemplo, en un determinado modelo se puede especificar 150 W / 8Ω sensibilidad de entrada 0 dbu. Esto significa que un voltaje de entrada de 775 mv causará que el amplificador desarrolle 150 W sobre un altavoz de impedancia 8 Ω.

Es importante considerar la sensibilidad, porque al equipo que ha de excitar el amplificador no se le debe permitir entregar un voltaje mayor que el que establece la especificación de aquel; de lo contrario el amplificador estará sobrecargado, causando un recorte de la onda de salida. El efecto es que el sonido se rompe en los picos musicales y puede causar daño en los altavoces de agudos. Caso de que el equipo que excita al amplificador posea un nivel electrico se salida superior a la sensibilidad de nuestro amplificador ( ver niveles electricos en Dbs), bastará con atenuar los reguladores de entrada de nuestro amplificador. Si nuestro amplificador carece de atenuadores de entrada ( como en muchos modelos), será necesario establecer, bien una atenuación de la señal de salida ( menos ganancia en el crossover p.e. ) , bien interponiendo un Limitador antes del paso a la entrad del ampli ( Como en muchas instalaciones de carácter fijo y también movil)

MODOS DE FUNCIONAMIENTO:

En un amplificador profesional de dos cabales podemos seleccionar, mediante un conmutador , tres modos de funcionamiento :

Mono Paralelo : Una única entrada alimenta los dos canales de amplificación, obetiendose a la salida dos señales amplificadas e idénticas, con las especificaciones de potencia nominal indicadas por el fabricante ( p.e. 300 W/ 8Ω)

Modo Stereo normal : Dos entradas ( CH.1/L y CH.2/R), alimentan dos salidas amplificadas independientes, con las especificaciones de potencia nominal indicadas por el fabricante.

Modo Mono Bridge ( Puente ): Una única entrada ( CH.1), Una única salida (CH.1), al doble ( o más) de la potencia especificada para un solo canal ( p.e. 300w+300w se convierten en una única salida de 600 W sobre el mismo valor de carga 8 Ω del modo normal )

En el modo puente la señal de entrada, Presente en el Canal 1, se reintroduce en el canal 2 Con la fase cambiada ( en contratase ). De esta manera, la fuente de cada canal y los moduladores (válvula o transistor) trabajan para la misma señal Aunque de ciclo cambiado. A la salida se unifican las fases de ambos canales de amplificación , bien mediante transformador de acoplamiento ( etapas a vávulas ), bien mediante transistor de acoplamiento ( en las de transistores). Se obtiene, por tanto una señal con el doble de voltaje . Puesto que W= V² /R (Z), pueden llegar a dar hasta 4 veces la potencia de amplificación , obtenida por un único canal en el modo stereo normal. Sin embargo, en la mayoria de las etapas esta es una cifra de potencia que estará limitada por la capacidad de la Fuente o fuentes, disipandose parte de esta energia en forma de calor en el interior de la

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etapa. Cifras normales de potencia se situan entre el doble y el triple de la potencia especificada para la carga nominal ( p.e. 8 Ω ).

En la ilustración podemos observar el diagrama de funcionamiento de una etapa de valvulas en modo puente.

La salida doblada en amplitud se realiza a traves del transformador de acoplamiento, al que va conectado el altavoz, caracteristico de los amplificadores a válvulas. Algunos modelos de este tipo Ofrecen distintas relaciones de transformación ( 16, 8 , 4Ω ) para adaptar una salida de potencia uniforme, independiente de la carga soportada.

Cuando una etapa opera en el modo Puente, el altavoz ha de conectarse solo a los terminales Positivos de salida ( + del Ch.1 al +del altavoz y + del Ch.2 al – del altavoz ). Por ello , amplificadores con borna o pestaña de salida agrupan sus conectores rojos. Como en la etapa de la ilustración.

En otros modelos de amplificador con salida en forma de conector SPEAKON ( como los cel CEV). La señal de potencia obtenida con el modo puente se toma de dos polos distintos a la de la toma del modo stereo normal, o del Mono paralelo.

Como podemos apreciar. La salida del Amplificador se da a traves de los Polos 1+ y 1 – del Speakon de salida, mientras que el modo Puente se realiza por los polos 2+ y 2 ­ . Por tanto se precisa de cable especial de altavoz, en el que el extremo que va a la salida de etapa va conectado con otra polaridad.

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ANCHO DE BANDA DE POTENCIA:

Es una definición de los limites de respuesta en frecuencia en los que un amplificador puede mantener su nivel de salida establecido. En concreto se permite una caida de 3 db en potencia dentro de un rango de frecuencias establecido. Por ejemplo, un amplificador de 300 W puede tener un Ancho de Banda de potencia de 10 hz a 30 Khz a ­3 dbs. Lo que significa que puede sumnistar los 300 w nominales entre 20 hz y 20 Khz, entregando, en cambio, la mitad de la misma ( ­ 3 dbs) por debajo de 20 hz ( 10 hz) y por encima de 20 Khz ( 30 Khz.).

El ancho de banda de potencia puede indicar si un amplificador es capaz de excitar un Subwoofer, ya que se le podrá pedir que entregue la mayor parte de su potencia por debajo de los 100 hz, por ejemplo, permitiendose una caida en potencia por encima de 6 Khz.

RESPUESTA EN FRECUENCIA :

Es una medida de los limtes dentro de los cuales el amplificador responde por igual a todas las frecuencias cuando entrega una potencia muy baja. La respuesta en frecuencia se obtiene con el amplificador entregando una Potencia de 1 W sobre 8Ω. Se debería buscar una especificación del tipo: 20 Hz­20 Khz ±0,5 dbs. En general los amplis suelen ser dispositivos bastante lineales.

DISTORSIÓN :

Distorsión Armónica: La distorsión Armónica se produce cuando por alinealidad del dispositvo , aparecen a la salida componentes de señal que no estaban presentes en la entrada (armónicos)

IN OUT

Frecuencia original

Amplitud

Armónicos

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La Distorsión Armónica (THD % ) se mide suministrando al amplificador un tono de 1Khz , incrementando progresivamente la potencia de salida. Se expresa en % y viene a representar el porcentaje de amplitud que respecto a la frecuencia fundamental ( 1 Khz) introducen los armónicos pares e impares presentes en la salida. Hay dispositivos de medición que permiten obtener rápidamente una medida de este porcentaje.

Distorsion de Intermodulación (TID %): Se produce cuando al introducir en la entrada dos señales con componentes de frecuencia muy próximos entre sí ( p.e. un tono de 1.000 hz y otro de 1.100 Hz ) pueden ocasionar a la salida la aparición de frecuencias suma o resta de las orginales ( 2.100 hz y 100 Hz ) , junto con las frecuencias originales. Con frecuencia suele expresarse este valor como % de amplitud añadida a las medidas de THD total.

SLEW RATE ( VELOCIDAD DE RESPUESTA):

Es una medida de la habilidad de un amplificador para responder de una forma precisa a los transitorios de alto nivel. Viene expresada en V/μseg

En la imagen podemos apreciar la aparición de un transitorio que demanda por parte de un amplificador el desarrollo de 27 v en un microsegundo. Este tiene Slew Rate de 20 V/μseg, por tanto se producirá un recorte en los niveles que sobrepasan dicho valor , dando lugar en la salida a otra forma de onda triangular Con distinta sonoridad.

En genral podemos afirmar que cuanto mayor sea la potencia del amplificador mayor ha de ser esta velocidad de respuesta, demandando un mayor voltaje por unidad de tiempo ( pe. 200 W a 30 V/μseg ; 400 W 60 V/μseg ).

RELACION SEÑAL RUIDO (SIGNAL TO NOISE RATIO):

La relación S/R se define como el numero de decibelios que hay entre el nivel de referencia, o ajuste electrico ( p.e. +4 dbu) y el ruido de fondo de un aparato. Es aconsejable en amplificadores, al menos, una diferencia mayor de 60 dbs .

DIAFONIA ( CROSS TALK) :

La diafonía describe la cantidad de señal de un canal que llega a traspasar al otro. La diafonía puede surgir debido a una inducción electromagnetica, producida por el campo magnetico generado por una señal de mas alto nivel que la contigua. Puede producirse, bien en circuitos próximos entre sí en el interior de los aparatos o externamente entre cables paralelos de una manguera multipar. Valores tolerables de diafonía entre los canales de un amplificador debe ser mayor de 80 a 90 dbs.

IMPEDANCIA :

La impedancia de entrada de un amplificador ha de ser al menos de 10 KΩ, de forma que si se necesita que un mezclador excite, pongamos 10 amplificadores conectados en

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paralelo ( atención: pueden puentearse las entradas, nunca una salida con una entrada ), la carga total será de 10 KΩ,/ 10 = 1 KΩ , que es una carga muy cómoda para el.Debido a que los altavoces tienen una impedancia muy baja, la impedancia de salida de un amplificador ha de ser próxima a 0 Ω. De este dato, como vemos a continuación, se extrae la especificación siguiente:

FACTOR DE AMORTIGUAMIENTO (DAMP FACTOR):

El factor de amortiguamiento es una indicación numérica de lo bien que un amplificador puede controlar a un altavoz. Existe la tendencia por parte de las membranas de los altavoces a continuar vibrando un poco después de cesar la señal de excitación producida por la etapa de salida. Una impedancia de salida muy baja en el amplificador, que cortacircuite en bornas la corriente contra­ fuerza electromotriz inducida altavoz­ amplificador, puede mitigar este efecto. El factor Damp es la relación numérica entre la Z out del amplificador y la Z in del altavoz. Un Factor de amortiguamiento de 100 significa que la Z del ampli = 8Ω/ 100 lo que dá un valor de 0,08 Ω, que es una buena cifra, pero es mejor si se especifica la frecuencia. El factor de amortiguamiento es mas útil a bajas frecuencias porque son los conos de graves los que vibran con mayor excursión requiriendo un control mas preciso. Un Factor de 100 a 40 Hz, es mas útil que una especificación de 100 a 1 Khz. Por tanto, cuanto mas alta sea esta cifra, mejor.

RESPUESTA DE FASE:

La respuesta de fase es una medida de lo bien que las frecuencia exteras mantienen el paso con las frecuencias medias. A muy baja o alta frecuencia son comunes retardo de fase de 15º , lo que significa que en caso de retardo existe un pequeño retraso de la señal comparado con las frecuencias medias; un adelanto de fase significa todo lo contrario. A 20 hz y 20 Khz el retardo de fase no deberia ser mayor de 15 º , de lo contrario se podriá llegaer a un alto grado de inestabilidad cuando estan siendo excitadas cargas elevadas en alta frecuencia.

ACOPLAMIENTO (DC OFSET):

La gran mayoria de las etapas de salidas estan acopladas directamente a los altavoces sin nada por medio. Es decir que los transistores estan conectados a los altavoces, aparte quizas, de una resistencia de muy bajo valor y una pequeña inductancia ( bobina). Los puntos de polarización de corriente continua en el circuito han de ser escogidos para que no aparezca voltaje de continua en los terminales de salida del amplificador. Esta corriente continua, caso de darse, fluye a los terminales del altavoz, haciendo que el altavoz se desvie un poco para delante o detrás de su posición de reposo. Se debe obtener , por tanto un valor de tensión residual tan bajo como sea posible; un valor de ±40 mV es un máximo aceptable. Son valores bastante comunes valores inferiores a 15 mV.

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Hoja especificaciones técnicas modelos amplificador Mackie

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