ETAPAS DE
PROCESAMIENTO DE SEÑALES DE ENTRADA, SALIDA Y AMPLIFICACION DE AUDIO
Luego de los transductores de sonido que son básicamente los
micrófonos existen etapas previas como controles de balance, graves, agudos,
volumen y otros, y después las etapas de potencia.
La etapa de potencia es la encargada de suministrar la
potencia a los altavoces al ritmo de la señal de entrada. Los altavoces son los
que transforman la potencia eléctrica en potencia acústica.
En la siguiente figura se representa cómo la etapa aumenta
la tensión de la señal sin perturbar la forma de onda, suministrando además
gran cantidad de corriente.
La principal característica que define a una etapa de
potencia o amplificación es la potencia que puede entregar a la salida. La
etapa de amplificación de potencia no tiene ciertos elementos típicos de los amplificadores
como son los previos, selector de previos o controles de tono.
La típica etapa de potencia tendrá una tecla de encendido,
un par de controles de nivel por ser estéreo y algún dispositivo que indique el
estado de trabajo instantáneo: bien leds o bien medidores de aguja, uno por canal.
La estructura global de una etapa de potencia es la
siguiente:
• Control de entrada:
Es el punto a donde llega la señal de entrada. Esta sección
define la impedancia de entrada del
Aparato y es donde se selecciona el nivel de amplificación
deseado. Aumenta un poco la tensión de la señal de entrada antes de pasarla al
driver. Los mandos que controlan la potencia de salida trabajan sobre esta
etapa.
• Driver:
Es la etapa encargada de excitar la etapa de potencia. Para
ello amplifica mucho la señal que recibe del control de entrada para elevar
mucho su voltaje antes de pasarla a la etapa de amplificación.
• Etapa de potencia o de salida:
Es la encargada de dar la potencia necesaria a la señal. La
señal que recibe tiene mucho voltaje, pero muy poca intensidad. Esta etapa es
la que proporciona varios amperios de intensidad de corriente eléctrica a la
señal, sin embargo, apenas aumenta el voltaje que traía desde el driver. Maneja
tensiones y corrientes muy elevadas y es la que más recursos energéticos
demanda de la fuente de alimentación, es decir la que más consume. Esta es la
etapa que se conecta al altavoz, donde se consume la energía eléctrica, transformándose
en movimiento que genera ondas acústicas y calor.
• Fuente de alimentación:
Es un dispositivo que adapta la electricidad de la red
eléctrica general, para que pueda ser usada por las distintas etapas.
Estas fuentes de alimentación suelen ser simétricas. Tiene
que ser suficientemente grande para poder abastecer a la etapa de salida de
toda la energía que necesita en el caso de estar empleándose el aparato a plena
potencia. Un punto débil de las etapas de potencia suele ser la fuente de alimentación,
que no puede abastecer correctamente a la etapa de salida.
Por ejemplo: una etapa de potencia estéreo tiene que
duplicar las tres etapas (entrada, driver y salida) y puede usar una fuente de
alimentación para todos. Los equipos de calidad estéreo incorporan dos fuentes
de alimentación, una por canal.
• Protecciones:
Las etapas de
potencia actuales incorporan diversas medidas de protección contra avería, que
son más o menos sofisticados en función de la calidad y coste del equipo.
Pueden ir desde el típico fusible a dispositivos activos de control de
potencia. Las protecciones que se pueden encontrar normalmente son:
- Protección electrónica frente a cortocircuito y circuito
abierto.
- Protección térmica para transistores de salida y
transformador.
- Protección contra tensión continúa.
- Protección contra sobrecarga.
- Protección contra transitorio de encendido.
Además los amplificadores, suelen incorporar una luz de
aviso de protección activada y otra de clipping, que se enciende en los picos
de señal cuando la etapa de potencia está empezando a saturarse y corre peligro
de avería o de que salte alguna protección que la deje fuera de funcionamiento por
un tiempo.
Se ha de tener en cuenta que, los amplificadores comerciales
constan de una o más fuentes de alimentación. En el caso de existir control digital,
el selector de canal puede ir incluido en esa parte, aunque puede ser mecánico.
Un extra que se ha extendido a casi la totalidad de los amplificadores es el
mando a distancia o control remoto, lo cual como se ha de suponer no es Indispensable para estos equipos, sino que lo que ofrecen es
una mayor comodidad al usuario final.
Se ha visto por ahora todo lo que los fabricantes de
amplificadores comerciales ofrecen en el mercado, pero ¿realmente, es
necesario, que un amplificador tenga todos estos elementos? Pues bien, la
respuesta es claramente que no, ya que cuando se empezaron a fabricar estos
aparatos, estos elementos no fueron incluidos desde un principio. Lo mínimo
necesario que tiene que tener para que pueda funcionar un amplificador es:
• Fuente de alimentación.
• Control de volumen.
• Pre-amplificador (previos)
• Etapa(s) de potencia.
El esquema más normal de un amplificador es este:
Figura 4. Esquema general de los amplificadores de audio
A continuación se harán algunos comentarios sobre la figura:
• La Fuente de Alimentación es la encargada de transformar
la tensión de
220V en las diferentes tensiones de trabajo que necesita el
amplificador para trabajar correctamente. Existen tres partes diferenciadas
dentro de la fuente de alimentación:
El transformador de alimentación,
El rectificador y
Los filtros.
• El control de volumen y balance se suele hacer utilizando
un potenciómetro.
Una de las ventajas que ofrece es que no puede añadir
distorsión armónica a la señal, aunque por el contrario presenta la desventaja
de que si añade ruido.
• La distorsión, la ecualización y efectos como la reverberación
se añaden a la señal básica de nuestro instrumento en esta parte del
amplificador.
Debido a esto tendremos que más de un 50% del carácter del
sonido del amplificador depende del
diseño del pre-amplificador. En la mayoría de los amplificadores de alta gama
no se incluyen controles de graves y agudos, ya que se entiende que a este
nivel cualquier ecualización del sonido, para evitar reverberaciones y para
ajustar el sonido al gusto personal debe hacerse en los altavoces.
• Hay que tener muy en cuenta, el caso de la etapa de
potencia ya que es la más importante. En la inmensa mayoría de las etapas de
los amplificadores comerciales de transistores se puede observar que tienen
esta configuración, recuérdese que en un capítulo anterior se ha visto la etapa
de potencia, en este caso se presenta un modelo simplificado:
Figura 5. Etapa de potencia simplificada
Como bien se ha dicho, esta configuración es la más básica
usada en las etapas de potencia de los amplificadores.
• Etapa diferencial de entrada:
Proporciona ganancia, rechazo al rizado de la fuente de
alimentación y hace que la realimentación sea más eficiente.
• Etapas de ganancia en voltaje:
Proporcionan una ganancia en lazo abierto mucho mayor. Esto
contribuye a aumentar el ancho de banda y reducir la distorsión cuando se añade
la realimentación.
• Etapa de ganancia en intensidad:
Etapa cuya ganancia
en voltaje es menor que uno, consistente en un seguidor de emisor, o fuente, o
dos complementarios.
¿Cuál es el objetivo de diseño que se persigue realizando un
amplificador de este tipo? El objetivo del diseño es que la calidad del sonido
sea la mayor posible, con una mínima distorsión y un nivel de ruido muy bajo.
El motivo por el cual se produce la distorsión es por los
elementos pasivos, realimentación a alta frecuencia y TIM, el diseño debe ser
lo más simple posible, sin renunciar a nada necesario. El método de añadir
varias etapas de ganancia para conseguir que sea desorbitada, y el factor de realimentación
también, con el fin de reducir la distorsión armónica da como resultado una
calidad muy pobre, por lo que la tendencia a minimizar partes se va imponiendo
y él número de etapas normalmente se reduce a tres, casi el mínimo.
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