Biblioteca de la Guitarra y Cuerda Pulsada

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Como funciona la amplificación de audio

    
 
 
 

La amplificación de audio consiste (como todos sabemos), en capturar una señal acústica y convertirla en señal eléctrica. Luego, se amplifica dicha señal eléctrica, la cual una vez amplificada convenientemente, pasa por un proceso inverso al descrito inicialmente, la señal eléctrica amplificada vuelve a ser señal acústica.

Aunque no parezca entrar exactamente dentro de la temática del amplificador en si mismo, he creído conveniente empezar por esta introducción que podría llamarse: Como capturar una señal acústica y convertirla en eléctrica, para así poder atacar adecuadamente el amplificador.

Captura de sonido mediante micrófono: Contrariamente a lo que podemos pensar, existen varios sistemas de captación de señales acústicas. Aunque, el más conocido y básico es el micrófono, el cual a su vez tiene infinidad de variantes. No vamos a entrar en detalles pormenorizados, pero si diremos que entre los primeros micrófonos que vieron la luz y los actuales, hay todo un abismo de mejoras que a lo largo de los años se han ido produciendo. Aún así, el principio básico sigue siendo el mismo: Captar una vibración sonora por medio de una membrana muy fina, la cual es internamente transformada en corriente eléctrica variable que es la traducción exacta (más o menos) del sonido en corriente eléctrica. Este fenómeno se llama Transducción.

1º-Electrodinámico: La mayoría de los micrófonos que habitualmente se usan desde muchos años atrás, unen físicamente su membrana a una bobina móvil (muy pequeña y ligera), la cual al desplazarse alrededor de un imán permanente, genera una pequeña corriente eléctrica que se corresponde con la señal acústica. Este micrófono se puede considerar PASIVO, ya que él mismo genera la corriente que irá al amplificador.

2º-Piezoeléctrico: En este caso, hay un material interno (generalmente cuarzo u otros) el cual al recibir las vibraciones que le transmite la membrana general por si solo una corriente. Ese es el caso de Cuarzo, por ejemplo.

3º-De Carbón (muy extendidos en telefonía fija), la membrana se apoya sobre un recipiente sellado que contiene carbón, y ese carbón actúa como una resistencia variable, dejando pasar más o menos corriente en función de las vibraciones. Aquí no hay generación de corriente como en el de Cuarzo, por consiguiente un micrófono de Carbón necesita corriente externa, pasando a ser ACTIVO. Huegla decir que este tipo de micrófonos han sido usados y lo siguen siendo en telefonía fija, y su calidad deja mucho que desear ya que apenas supera los 3khz, aunque es más que suficiente para transmitir la voz humana.

4º-Electroestático: En este caso, las vibraciones de la membrana actúan sobre un condensador interno el cual cambia de capacidad al vibrar, dejando pasar los electrones en función de las vibraciones que recibe cuando está bajo tensión. En este caso hay que señalar que un micrófono de Condensador, es siempre ACTIVO ya que necesita recibir una corriente externa la cual será modulada por el sonido que capte la membrana.

Si ordenamos estos tipos de menor a mayor calidad, podemos decir que los micrófonos de Carbon sirven exclusivamente para la transmisión de voz de baja calidad, con lo cual su uso queda restringido a la telefonía fija. Tal vez hace unos años se usaran en estudio para provocar efectos “vintage” en algunas voces, pero actualmente basta con ecualizar cualquier micrófono de estudio dejando pasar solo las frecuencias situadas entre los 500Hz y los 3000Hz, para obtener el mismo efecto.

Los Electrodinámicos tienen un uso enormemente expandido, ya que son los típicos micrófonos de directo: Son muy robustos, poco sensibles a los golpes, responden muy bien a las frecuencias audibles, y sirven para sonorizar una batería, un amplificador, o cualquier otro tipo de instrumento tocado en directo. Evidentemente, no responden por igual a todas las frecuencias, pero eso no es un grave problema en los directos.

Los electroestáticos, son los micrófonos más extendidos en los estudios de grabación. Tienen una curva de respuesta que supera la capacidad auditiva humana (de 20Hz a 20.000Hz), son muy sensibles, y suelen tener una respuesta relativamente plana, aunque su principal inconveniente es la fragilidad. Por eso no se suelen usar en directo. Habitualmente, se alimentan mediante lo que se llama “Alimentación Phantom” de 48 voltios. La mayoría de las mesas de mezcla y de estudio disponen evidentemente de esa alimentación que pasa a través del mismo cable del micrófono.

También los hay con precio integrado basado en válvula amplificadora, o circuito transistorizado, etc.. No quiero abundar en demasiados detalles, ya que cualquier persona interesada en ahondar sus conocimientos sobre micrófonos, dispone de una amplia bibliografía y todo tipo de información a través de Internet.

Captura mediante pastillas: En el caso de una guitarra o bajo eléctrico, en realidad no se capta sonido alguno. Lo que realmente se capta a través de las pastillas (singles, P90s o Humbuckers) es el campo magnético generado por una cuerda metálica que vibra ante los polos de un imán rodeados por una o dos bobinas. Esa variación del campo magnético que provoca la cuerda al vibrar es transformada en corriente eléctrica por la pastilla.

Captura mediante captores piezoeléctricos: Aunque hay varios tipos de captores, el más conocido es el Fishman (hay más marcas, pero he citado la de referencia). En este caso se trata de un captor piezoeléctrico que se ubica debajo de las selletas del puente, transformando las vibraciones en corriente eléctrica. Ese captor, contrariamente a lo que muchos pueden pensar es PASIVO. Es decir que general él mismo su propia corriente.

Hay otras marcas muy conocidas y de muy alta calidad en cuanto a captores piezoeléctricos: Por ejemplo LR Baggs (distribuida por Master-Guitar de Murcia). Esta prestigiosa marca, ofrece excelentes resultados de muy alto nivel y son una seria alternativa a Fishman, ya que sus productos se pueden instalar en el puente o en la boca de la guitarra sin necesidad de perforar el instrumento.

El hecho de que en la mayoría de guitarras, ya sean Eléctricas, Acústicas o Españolas, equipadas con captores piezoeléctricos, se necesite una pila no responde a una necesidad del captor en si mismo, sino en la necesidad de alimentar un circuito de pre-amplificador (llamado generalmente “previo”), que permite desde el mismo instrumento, ecualizar la señal. Así el instrumentista, puede modificar los parámetros de salida de frecuencias bajas, medias y/o agudas, sin necesidad de tener que acudir a retocar la señal en la mesa de amplificación. En el caso de las guitarras eléctricas equipadas con captor piezoeléctrico, también es habitual que lleven una pila ya que casi todas disponen de un circuito activo de previo integrado en la misma guitarra (Las Parker, por ejemplo).

Como ejemplo de la ausencia de pila, diré que dispongo de un charango boliviano, equipado de fábrica con un captor piezoeléctrico de Fishman. Debido a la forma particular del instrumento es imposible que pueda llevar previo, así que solo dispone de un sencillo Jack trasero de salida, y por supuesto no necesita pila alguna para conectarlo a una mesa de mezclas o amplificador acústico. En estos casos tan particulares, es frecuente que el instrumentista disponga de un “previo” especialmente diseñado para instrumentos acústicos, el cual se ubica en el suelo, dispone de “presets” y permite modificar la señal del mismo modo que se puede hacer con un previo integrado en el instrumento.

Captura mediante caja de inyección (también llamada DI): Este es un caso muy especial, ya que en realidad una caja de inyección no capta sonido alguno, solo transforma una señal eléctrica de alta potencia en una de muy baja potencia similar a la de un micrófono. Se usan cada vez más como alternativa al microfoneo de un amplificador de Bajo o Guitarra, sobre todo en directos. Esas cajas DI se colocan entre Cabezal y Baffle. Sin pérdida alguna de calidad y/o señal, se conecta un Jack de carga que va del amplificador a la caja DI, y luego otro Jack idéntico que va de la caja DI a la pantalla de altavoces. Estas cajas suelen disponer de un sistema de atenuadores de ruido y filtros, además de un simulador de pantalla de manera a que la señal que sacan equivale más o menos a la señal que se podría obtener microfoneando ese amplificador. La mayoría de los puristas están en contra de este sistema, sin embargo en directos, es cada vez más frecuente su uso ya que ahorran los clásicos problemas que puede dar un micrófono ubicado en el escenario, el cual se puede desplazar o caer. Hay cajas DI de muy diversos precios y calidad: Se puede optar por la sencilla, cómoda y barata Beringher, hasta llegar a algunas muy sofisticadas en cuanto a rendimiento, pero claro, su precio sube acorde con su calidad.

Bien, tras esta pequeña introducción destinada a explicar los medios disponibles para que una señal acústica se convierta en eléctrica, el paso siguiente ya será explicar como entra la señal al amplificador, y como es procesada por los diferentes elementos: Transformadores, resistencias, condensadores, válvulas, etc...

Introducción a las bases teóricas de la electricidad, la corriente alterna y el famoso componente llamado: Transformador.

 Para poder entender como funciona un aparato eléctrico o electrónico, necesitamos antes saber como funciona la electricidad: Básicamente, todos sabemos que los átomos se componen de un núcleo en el cual hay neutrones, protones (carga positiva), etc.. y que al rededor de ellos giran los electrones (carga negativa), tal como lo hacen los planetas al rededor del sol. Ciertos metales o aleaciones tienen tendencia a sujetar muy bien sus electrones, y por ello se les considera aislantes, mientras que otros, tales como el oro, plata, cobre, aluminio, etc.. sienten mucho menos apego a sus electrones. A esos se les llama conductores, ya que permiten con tremenda facilidad que sus electrones salten de un átomo a otro, o incluso a un átomo de otro tipo de material.

A finales del siglo XIX, se empezó a usa la electricidad para alumbrar viviendas, fábricas, calles, etc... En un principio se usaba corriente continua, es decir un flujo de electrones que se iban desplazando creando una corriente que iba en ua sola dirección. Por razones que explicaremos luego, esa corriente era muy práctica pero muy difícil de manipular, modificar y ajustar a las necesidades de la sociedad. Por eso mismo, en 1882, Nikola Tesla descubrió el principio del campo magnético rotatorio, el cual da nacimiento a la llamada corriente alterna.

La corriente alterna se puede mostrar con una sencilla gráfica que todos conocemos: La corriente de electrones parte de cero, sube hasta su límite máximo, baja de nuevo a cero, cambia de dirección, y de nuevo vuelve a subir. Las ventajas de la corriente alterna ante la continua, son enormes: La corriente alterna se puede modificar, alterar, cambiar, ajustar y transportar con un mínimo de pérdidas, cosa que no ocurre con la contínua. De ese principio proviene todo el sistema eléctrico tal como lo conocemos hoy en día. A partir de ahí la corriente puede ser enviada a cualquier parte y manipulada con facilidad, dando pie al desarrollo de lo que después será la electrónica. Antes de seguir hay que aclarar que en Europa, la corriente alterna oscila 50 veces por segundo (es decir a una frecuencia de 50Hz) y que en USA, la oscilación es de 60Hz.

Sigamos y para ello, aclaremos rápidamente unos conceptos básicos usando una sencilla analogía como la del agua de un río:

El voltio es la unidad que mide la “tensión” eléctrica entre dos puntos. En el caso del agua, estaría marcada por un desnivel: Por ejemplo, si tenemos un riachuelo pequeño y estrecho que baja de una montaña, la cantidad de agua que pasará por su sección es escasa, sin embargo, su velocidad es grande, ya que el desnivel entre el punto de partida y el de llegada es elevado. Ahí por analogía tendríamos una elevada cantidad de voltios.

El Amperio es la unidad que mide la cantidad de electricidad que circula entre dos puntos: Si seguimos con la analogía del agua, podemos decir que un gran río de elevado caudal, como por ejemplo el Ebro transcurriendo a su paso por Zaragoza, transporta una gran cantidad de agua (Muchos Amperios) a una velocidad lenta, ya que baja al mar por una pendiente suave (Pocos Voltios).

Este último ejemplo del río Ebro, se puede aplicar a otro tipo de electricidad muy habitual: Si abrimos el capó de un coche y observamos la batería del mismo, veremos que de ella salen cables y conectores bastante gruesos: Son mucho más gordos que los que podemos ver en una casa. Esto es debido a la gran potencia que necesita el motor de arranque, y también el alumbrado, y sin embargo se alimentan de una batería de solo 12 Voltios. Como se puede obtener esa potencia de una batería que apenas ofrece 12V de “desnivel” entre sus dos bornes ? La respuesta es sencilla: Porque es capaz de dar muchos Amperios !!! Esa gran cantidad de amperios necesita mucho espacio para desplazarse, y por consiguiente requiere de unos cables muy gruesos, al igual que el Ebro requiere de mucho espacio para desplazar esa enorme cantidad de agua de forma lenta.

Ahora bien, si por ejemplo quisiéramos obtener la misma cantidad de caudal de agua que la que pasa por el Ebro, pero usando un lecho de río mucho más estrecho, bastaría con usar un desnivel muy superior al actual, y nos daríamos cuenta que con ese cambio, en una hora podemos hacer pasar exactamente la misma cantidad de agua que actualmente con un río lento y un amplio lecho. Eso mismo, llevado al campo de la electricidad equivaldría a muchos más voltios y menos Amperios. Es así de sencillo aunque complicado si lo hacemos con el agua. Precisamente en la capacidad de modificación de la corriente alterna, está el secreto para poder hacer con ella, lo que con el agua sería una tremenda y costosa obra de ingeniería. Por otra parte, en el símil del agua hablamos de velocidad, mientras que en electricidad la velocidad es teóricamente constante. Así que aunque el ejemplo sea muy gráfico, es hora de abandonar el símil de agua para volver a lo nuestro.

Para ello basta con conocer la sencilla ley de Ohm: V x A = W (Voltios multiplicado por Amperios = Vatios de consumo (siempre se representan por la letra W).

Si yo necesito 1000W en un punto concreto, los puedo transportar de muy diferentes formas:

a)-1000 Voltios de corriente de 1 Amperio: 1000x1 = 1000Watios.

b)-100 Voltios de corriente de 10 Amperios: 100x10 = 1000Watios.

c)-1 Voltio de corriente de 1000 Amperios: 1x1000 =1000Watios.

Aunque el resultado sea el mismo, los medios usados no son en absoluto los mismos: La sección (grosor) del cable se calcula SIEMPRE en función de los Amperios que tienen que pasar por él. Con estos tres ejemplos que he puesto más arriba: En el caso “a” el cable sería fino, en el caso “b” 10 veces más grueso, y en el caso “c” 1000 veces, es decir: Enormemente grueso.

Las compañías eléctricas usando la posibilidad de transformación de la corriente alterna, utilizan las llamadas Líneas de Alta Tensión (60.000 Voltios) para transportar la corriente de una ciudad a otra, ya que así pasan pocos amperios y por consiguiente, la sección del cable es razonablemente pequeña minimizando las pérdidas. Una vez llegados a la ciudad, en cada gran bloque de viviendas, la corriente es transformada a 220 voltios para que así pueda alimentar los domicilios particulares. Ese proceso se realiza en unos aparatos eléctricos llamados: Trasformadores.

Si esa corriente se transportara a 220V fijos, a la llegada tendríamos muchos menos voltios y habríamos perdido casi el 100% de la energía...

El inventor que acabó por profundizar ya dar forma a la base del transformador fue William Stanley, quien encontró el modo de transferir una corriente entre dos sistemas eléctricamente aislados el uno del otro. Para ello, enrolló un par de bobinas de cables sobre un trozo de hierro normal y corriente, creando así la llamada: Bobina de Inducción. Ese es el ancestro del transformador, tal como hoy lo conocemos (no ha cambiado casi nada). Un transformador es pues un aparato tremendamente sencillo, aunque obedece a leyes bastante complejas de explicar, así que no entraremos en detalles innecesarios para lo que aquí nos interesa. Solo diremos que el trasformador consta como mínimo de 2 bobinas (pueden ser más), una de ellas por donde entrará la corriente alterna inicial se llama “Primario”, y la otra, que es por donde sale, se la llama “Secundario”. En el caso de una corriente contínua sin variaciones, el transformador no sirve de nada ya que no actúa, pues lo que hace que un transformador “trabaje” es el hecho de que se produzcan oscilaciones de corriente en su bobinado primario, ya que estas serán transmitidas fielmente al bobinado secundario.

El porque de este proceso es bastante complicado en teoría, aunque lo podemos abreviar diciendo que cuando una corriente con oscilaciones atraviesa una bobina, esta genera campos magnéticos variables..... y vice versa: Cuando una bobina es sometida a campos magnéticos variables, genera una corriente alterna. Así que en la práctica, las oscilaciones que se generan en la bobina Primaria de un transformador son transmitidas a la bobina secundaria.

¿Como se reduce la corriente de 60.000v a 220v? Pues por una regla de tres muy sencilla: Si por ejemplo (no es un ejemplo real) ponemos 6000 vueltas de cable en la bobina primaria, y 22 en la secundaria, al someter la primaria a 60.000v, en la bobina secundaria saldrán 220v.

En este caso, las 6000 vueltas serán de cable mucho más fino que el las 22 vueltas, ya que la corriente de 220V debería ser capaz de soportar muchos más amperios que la otra (recordemos la ley de Ohm: VxA=W y por consiguente W/V=A)

Por ejemplo, en el estudio tengo un módulo sintetizador Roland comprado en USA, el cual funciona a 110V. Compré un transformador que me permite generar corriente a 110V a partir de 220V, me imagino que cualquier lector habrá visto este tipo de aparatos, y si se ha fijado en ellos, verá que son bi-direccionales. Ese mismo transformador, tiene dos bobinas, de las cuales UNA tiene la mitad de espiras que la otra. Así que si un día me llevo a USA un aparato que funciona a 220V, el mismo transformador me valdría, ya que bastará con introducir una corriente de 110V por el lado por el cual actualmente saco los 110V, para que por el otro lado (el que ahora está conectado a la pared) salgan 220V que irán directos a mi amplificador. Parece un milagro, pero es así de sencillo, siempre y cuando sea corriente alterna.

Evidentemente, esta misma regla de tres, es aplicable a cualquier transformador de alimentación de un amplificador: Si ponemos 500 vueltas en el primario y 1000 vueltas en el secundario: Obtendremos una salida con el doble de voltios (y la mitad de amperios) en el secundario. Si tenemos 220V de entra y necesitamos 880v de salida para alimentar la placa de las válvulas de potencia, será necesario que el secundario tenga 4 veces más espiras (o vueltas) que el primario.

Como es lógico un transformador tiene pérdidas, ya que no se transmite el 100% de su energía de la bobina primaria a la secundaria. Esa es una constante cuando se habla de electricidad: Todo tipo de transferencia supone pérdidas, se asume y se acepta. No obstante, para limitar esas pérdidas los transformadores suelen en todos los casos llevar un núcleo metálico de láminas de material ferroso, el cual incrementa el campo magnético generado por el bobinado primario, optimizando al máximo la transmisión al secundario y mejorando su rendimiento.

La otra cara de la medalla nos dice que si un transformador es sometido a un fuerte trabajo, el cable de sus bobinados debe de ser de una sección adecuada para soportar con creces la carga de trabajo que se le requiere, cosa que no siempre pasa.... Una parte de la energía que pasa por el transformador se convierte en calor, y en algunos casos, es más que necesario refrigerarlo. En el caso concreto de los gigantescos transformadores de estaciones de alimentación eléctrica en las ciudades, se utiliza una refrigeración forzada mediante un circuito cerrado de aceite. Como habremos leído en las noticias, a veces, en verano, se producen graves averías e incendios porque el consumo eléctrico sube mucho debido al uso masivo de aparatos de aire acondicionado y se incendian transformadores. Por otra parte, la construcción de nuevos edificios y la masificación del consumo eléctrico hacen que a veces una instalación otrora óptima, pasa a ser obsoleta y peligrosa.

En los grandes amplificadores de emisoras de radio y TV, los transformadores de alimentación son muy parecidos en su función a los que lleva un amplificador de sonido, evidentemente son mucho más grandes, pues por ellos pasa corriente de varios KW de potencia (Miles de Watios), por eso también son muy a menudo refrigerados debido a esa alta carga de trabajo.

En todo caso, ahora que ya sabemos lo que son Voltios (V), Amperios (A) y Vatios (W), ya que también hemos comprendido cual es el cometido de un transformador, debemos ser conscientes de que en un equipo de Audio que se supone es de calidad, el trasformador de alimentación es una de las partes más importantes del equipo, ya que no solo tiene que proporcionar la corriente que necesitan todos sus diferentes etapas y elementos; Además de eso, dicho transformador debe de ofrecer una absoluta estabilidad en su funcionamiento, y para ello, ni puede ni debe calentarse en exceso por trabajar al límite de su capacidad. Se supone que debe de trabajar siempre sobrado de recursos, pues de no ser así, ni el amplificador sonará bien, ni tendrá la dinámica adecuada cuando sea solicitada una fuerte potencia.

Esto que parece evidente, no lo es en absoluto en la realidad: El transformador de alimentación es uno de los elementos más caros del amplificador. Tiene una construcción costosa, sus materiales son caros, y la mayoría de los fabricantes, en su afán de ahorro, recortan gastos poniendo materiales baratos, y montando transformadores que trabajan muy cerca del límite de su capacidad, lo cual puede no solo degradar el tono del aparato, sino dar paso a eventuales costosas averías.

Otro de los quebraderos de cabeza que tienen los constructores de amplificadores viene dado precisamente por como trabaja un transformador de alimentación: Como ya hemos dicho más arriba, transfiere corriente entre dos o más bobinas mediante la creación de un campo magnético.

Bien pues esa enorme ventaja, tiene a la vez, graves inconvenientes. El dichoso campo magnético no suele limitarse a transferir la corriente sino que alegremente llega mucho más allá de sus propios confines, pasando a crear corrientes indeseadas en la circuitería del amplificador.

No es de extrañar que si un Amplificador es capaz de multiplicar por 50.000 la débil corriente que le entra por el Jack de una guitarra, cualquier influencia eléctrica que llegue a ese circuito de entrada será también multiplicada por 50.000. Así que el famoso “Hum” de 50 o 60Hz que entra al 100% en la banda de sonidos audibles suele muchas veces pasar desde el transformador de alimentación a la etapa de previo o sencillamente colarse en la etapa de potencia. Casi siempre encuentra el camino.... Por desgracia ese molesto ruido de fondo, no solo puede llegar del transformador, también viene de otras partes que ya describiremos posteriormente.

El caso es que un transformador bien diseñado tiene que emitir la mayor cantidad de radiaciones magnéticas en su interior, y la menor hacia su exterior. Algo así como cuadrar el círculo. Para intentar que eso sea así, se suele tapar con materiales conectados directamente al chassis y masa del amplificador. En el diseño, el transformador se tiene que ubicar en el chasis de manera a que su influencia magnética sobre válvulas y demás elementos sea casi nula, etc...

Para finalizar: Si tenemos un transformador de alimentación a mano, podemos ver que su bobinado primario es relativamente grueso: Su sección varía en función de los amperios que pueden pasar por él, y esa variable depende en parte de la potencia final del amplificador, pero sobre todo depende de los Vatios (W) que consume el aparato. No olvidemos que otros elementos del Amplificador consumen corriente y no por ello dan más potencia: Por ejemplo, los filamentos que sirven para calentar las válvulas consumen bastante, pero ese consumo no tiene nada que ver con los Watios de potencia que salen hacia la caja conectada al amplificador.

En el secundario, veremos un fino hilo de cobre, el cual (al igual que el primario) solo tiene como protección una fina capa de barniz aislante de escasas micras de espesor. Si se escatima en la calidad del hilo de cobre, habrán pérdidas, si se escatima en la calidad del aislante, en cualquier momento puede surgir un corto-circuito que no solo destroce el costoso transformador, sino que pueda provocar la avería de otros elementos del amplificador no menos baratos.

Por ejemplo en los transformadores baratos, las láminas ferrosas que componen su núcleo, no suelen ser inmunes al óxido, así que el amplificador suena bien, funciona sin problemas, pero dentro de 3 años, o 5 años, se ha ido degradando su rendimiento, hasta que al final eso no funciona como debería. Ese truco es tan viejo como el comercio: Nos colocan una pieza de baja calidad pero que tarda meses o años en degradarse, así pasa la garantía, y al cabo de un tiempo de uso razonable, tenemos un serio problema que ya no cubre garantía alguna.

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.

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...

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.   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.

Espero que esto os guste y resulte de utilidad...

 

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