De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Amplis, Preamps, Lineales de Instrumentos

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De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor Negrito » Mié Ago 04, 2010 1:06 pm

Bué, siguiendo con esto de la telescuela técnica (mierda que soy viejo) :oops: . La idea era pispear un poco esto de la topologia de una etapa de amplificación y su clase de funcionamiento.
No siempre es debidamente entendido este tema, la falta de rigurosidad, las estrategias comerciales de algunos fabricantes y a veces el exceso de información provocan que mucha gente se mezcle los conceptos de topología y clase de funcionamiento.

Si bien no es crítico esto, es necesario entenderlo si uno quiere entender como funcionan estos bichos.

Primero veamos lo refereido a topología de una etapa de amplificación, para luego poder ver el tema de las clases de funcionamiento, una vez que entendemos como funciona cada topología.

Esto es, dependiendo como sea el circuito y al arreglo de cargas se puede dividir las etapas de potencia que se suelen usar para amplis de guitarra y bajo valvulares en dos tipos.
SE (single-end) o PP (push-pull).

SE (Single-end)

Este es el primer tipo de etapa que se utilizó en los comienzos de la amplificación valvular y el más simple. Consiste en una válvula (o varias en paralelo) con un transformador de salida conectado en serie entre la válvula y la fuente de alimentación.
seesttico.jpg


Supongamos que en el diagrama de arriba aplicamos una tensión B+ continua por medio de la fuente y dejamos el circuito estabilizarse sin aplicarle ninguna señal de entrada. Podremos observar el comportamiento estático del circuito o condición de reposo.
Como habíamos visto acá --> Como funciona la válvula
Al aplicar una tensión positiva entre placa y cátodo se establece una corriente entre ellas, para obtener un punto medio a partir del cual podemos modular con una tensión (o señal) de entrada aplicamos una tensión entre grilla y cátodo (Vgo o Tensión de Bias) de forma de reducir esta corriente de placa a un valor intermedio indicado como Ipo.
O sea que en reposo tendremos establecida una corriente continua de placa Ipo, una tensión continua Placa-Cátodo (normalmente muy cercana a B+ ya que la resistencia de continua del OT es casi nula) y una tensión continua Grilla-Cátodo necesaria para poder modular la corriente de placa según la señal de entrada.

A partir de este punto de reposo que sucede si aplicamos una señal de tensión variable a la entrada o grilla de la válvula de potencia.
sedinmico.jpg


A medida que la tensión de grilla de la válvula comienza a subir (con la señal de entrada), la tensión entre grilla y cátodo comienza a decrecer (recuerdan que la tensión de bias grilla-cátodo era negativa?). Con lo que a medida que la tensión grilla cátodo comienza a decrecer aumenta la corriente de placa y disminuye la tensión de placa. De la misma manera, a medida que disminuye la tensión de grilla, disminuye la corriente de placa y aumenta la tensión de placas. Para permitir esta excursión negativa en la señal de entrada de grilla es que se aplica la tensión de bias.
Por ende lo primero que podemos observar es que la tensión de salida en la placa de la válvula está desfasada 180grados con respecto a la señal de entrada en la grilla.
Por otro lado la forma de onda de corriente está en fase con la señal de entrada de tensión en la grilla.

Hasta acá lo básico y muy simplificado del cómo funciona la etapa, y de hecho no difiere mucho del funcionamiento, ya varias veces explicado, de una etapa de pre común y corriente. La mayor diferencia radica en que en este caso la carga no es puramente resistiva como en el caso de una etapa de pre, sino que es reactiva (un transformador), lo que introduce algunas singularidades.
Vamos a centrarnos en como funciona este tipo de etapas más que en el proceso de diseño, ya que no hay una única forma o procedimiento para este.Pero supongamos que queremos diseñar una de estas etapas.
Para esto necesitamos establecer dos variables de circuito muy importantes, la impedancia reflejada por el transformador de salida y la tensión de alimentación (además del modelo particular de válvula que vamos a usar).
Estas tres variables están muy relacionadas entre sí y con la potencia útil que se quiere lograr a la salida del amp que normalmente es un objetivo o parámetro de diseño.
Cuales de estas variables se definen como objetivo de diseño y cuales surgen como cálculo depende de los criterios que aplica el diseñador, pero supongamos que estamos diseñando una etapa de potencia SE con 6V6GT conectada en modo pentodo. Sabemos que este tipo de etapas SE son bastante ineficientes (la eficiencia no puede pasar el límite teórico del 50%) por lo que si la diseñamos bien no obtendremos más de 6watts de salida de esta etapa (la máxima potencia disipada en placas para la 6V6 es de 12Watts).

Estas son las curvas corriente-tensión de placa de una 6V6GT.
caract6v6.jpg


Ya estarán familiarizados con éstas curvas, pero básicamente nos grafica como evoluciona la corriente de placa cuando varía la tensión de placas para cada tensión de grilla-cátodo diferente. Cualquier cosa hay más detalle de estas curvas en el siguiente post-->Como funciona la válvula
Y de cómo se usan aquí --> Tone Blaster - Ampli estilo Fender Deluxe
El primer paso que daremos es definir la tensión de alimentación, la que tomaremos de 250VDC que es lo recomendado por la hoja de datos, con esta tensión de alimentación podemos ensayar diferentes impedancias de carga (impedancia reflejada por el OT) dibujando la recta de carga sobre el gráfico de curvas de corriente-tensión de placas.
caract6v6rectasdecarga.jpg


Las rectas se trazan de una manera simple detectando los puntos de corte en cada eje de coordenadas. Si la corriente es cero la tensión de placas será la de alimentación (o sea 250VDC) o sea que todas las curvas cruzan al eje de Va en 250VDC.
Por otro lado si la tensión de placas fuera cero, toda la tensión de alimentación caería en la impedancia del OT, o sea que la corriente de placas sería Ia=250V/Zot donde Zot es la impedancia del OT. Éste es el valor de corriente para la cual la recta de carga cruza al eje de Ia.
Ahora bien, vemos que la pendiente de la recta de carga es justamente la impedancia reflejada por el OT, de forma que a mayor impedancia, mayor inclinación de la recta de carga.

Hasta acá no difiere mucho del cálculo de una recta de carga para cualquier etapa del pre, pero si tenemos en cuenta que la carga, en éste caso, es reactiva y por lo tanto presenta una resistencia casi nula para la continua, veremos que en estado de reposo la tensión de placas es casi la tensión de alimentación. Por lo que en realidad la recta de carga se vé desplazada en el eje de ordenadas un valor igual a la corriente de reposos de la válvula de potencia.
Por lo que vamos a elegir la recta de 5K (que es la que toma la hojas de datos) y vamos a desplazarla hasta el punto de reposo (o bias que seleccionemos).

Fíjense en el gráfico de abajo.Partimos de la recta que dibujamos antes (en azul) y la vamos desplazando como indica la flecha hasta llegar a la altura que queramos. En realidad nuestro límite es la disipación máxima de la válvula.
En el caso de la 6V6GT ésta es de 12Watts y está graficada por la curva en línea roja.
caract6v6rectasdecargai.jpg


Esto no es otra cosa más que el ajuste de Bias, donde llevamos la corriente de placas hasta el valor de disipación de potencia que consideramos segura. Éste es el punto de bias o valor de reposo de nuestro circuito antes de que le apliquemos señal de entrada y está indicado en el gráfico con un punto verde que corresponde a 250V de placa, 45mA de corriente de placa y –12,5 V de tensión grilla-cátodo.

Ok, entonces tenemos que en realidad la corriente de placa y la tensión de placa, en nuestro circuito, se moverán en las inmediaciones de esta recta cuando apliquemos señal a la entrada del mismo. En la realidad la naturaleza inductiva de la carga hace que la recta de carga no sea exactamente una recta sino más bien una curva elíptica alrededor de esta recta, pero a los efectos de análisis, podemos considerarla recta por ahora.

Lo primero que llama la atención es que vemos que la tensión instantánea en las placas podría llegar a ser de hasta aprox. 475V ( cuando la corriente de placas se acerca a cero), esto es 225V más de lo que da la fuente. Parece chiste, no?
Esto es efectivamente así y se debe que la carga no es resistiva pura sino un OT. Éste, como cualquier inductor, se opone al cambio instantáneo en la corriente que circula por él y para esto puede llegar a elevar instantáneamente la tensión, más allá de lo que fuente de alimentación da. O visto de otra manera, puede entregar energía almacenada instantáneamente de manera parecida a la que lo hace un capacitor para evitar el cambio en la tensión aplicada. De allí que normalmente la tensión de alimentación que se escoge no debería sobrepasar la mitad de la máxima tensión pico que puede soportar la válvula y que está especificada en la hoja de datos.

Otro punto llamativo es la disipación de potencia en la válvula.
Fíjense que la curva de potencia máxima disipada se asemeja a una hipérbola. Si consideramos que nuestro circuito se mueve en las inmediaciones de nuestra recta de carga, y ajustamos la fuente (y el punto de reposo) en las inmediaciones de los 220 Volts de placa (digamos de 200 a 275 VDC), el punto de reposo será el momento de mayor disipación de potencia ya que a medida que disminuye o aumenta la tensión de placa (esto es la placa moviéndose del punto de reposo cuando reproduce la señal de entrada), la curva de potencia máxima se aleja de la recta de carga. Esto indica que el producto corriente x tensión de placa (o potencia disipada en la válvula) disminuye a medida que nos alejamos de la parte central de ésa recta de carga que trazamos.
Entonces, si el circuito está correctamente diseñado, el momento de mayor disipación de potencia en la válvula en una etapa SE es cuando está en reposo (o sin señal aplicada).
De allí que la mayoría de los amps SE se ajuste el bias a un 90 o 95 % de su máxima potencia disipada en placas. Algunos toman un margen levemente mayor para compensar el hecho que en realidad la recta es más elíptica que recta.

Aquí reside básicamente la ineficiencia de los SE para amplificar señal. Como escribió alguna vez Randall Smith, “ Es como tener el motor del auto siempre acelerado al mango, y regular la velocidad de movimiento con el juego de apretar más o menos el freno y el embrague”

De ésta recta o curva simplificada, podemos obtener los primero datos de lo que se supone obtendremos como resultado de nuestro circuito de potencia.En él observamos por ejemplo:

El headroom o máxima señal de entrada sin que la salida recorte es de 12,5V en la grilla para llegar del punto de reposo a saturación y de un poquitín más de 17,5V para el corte (aunque con una fuerte distorsión al acercarse la corriente de placas a cero). Por esto podemos asumir que la máxima señal de entrada es de 12,5V de valor pico.

Si miramos cual es la tensión de placas para el punto de saturación (25V) y de corte (475) vemos que la excursión de tensión de placas esperada será de 225V de valor pico o 450V de tensión pico-pico. La corriente de placas por otro lado variará de 90mA a aproximadamente cero (casi 45mA para cada lado del punto de reposo). La potencia obtenida sería aproximadamente 5W sin considerar absolutamente ninguna pérdida, ni compensación por variación de la corriente de pantalla.
En la realidad es un poco menor a éste valor.

SEguimos en el próximo. :D
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor Negrito » Mié Ago 04, 2010 2:56 pm

Ahora, volvamos sobre nuestros pasos y veamos porque elegimos como impedancia de carga 5K o tensión de alimentación 250V.

Que pasaría si en lugar de elegir un OT con 5K tomamos uno con 3K y alimentación de 250V?.
Tomemos la grafica anterior, con la recta correspondiente a 3K y ajustemos el bias hasta una disipación máxima de 12watts (o cercano).
caract6v6rectasdecargai (1).jpg


Vamos a ver varias cosas “raras”.

Lo primero es que nos damos cuenta que si bien en el punto de reposo, la disipación de potencia en la válvula está dentro del parámetro máximo indicado, ni bien aplicamos señal la válvula entra en la zona peligrosa por un buen tramos de la recta de carga, o lo que es lo mismo, durante una buena porción de la onda de salida, la válvula estará disipando valores de potencia que exceden el máximo indicado.
Por otro lado vemos que la excursión de tensión de placas pasa a ser 175V para el lado de saturación y 130V para el lado de corte. Algo parecido pasa con la excursión de la corriente de placas, que aunque aumenta un poco en rango, también se des-centra y se obtiene una excurción mayor de un lado del punto de reposo que del otro.

O sea que la combinación Impedancia de 3K y tensión de alimentación de 250V no parece una buena combinación si queremos ajustar el punto de bias o reposo cerca de máxima disipación.

Una posible solución es ajustar el punto de bias a un valor de corriente sensiblemente menor a los 45mA que me dan la máxima disipación en reposo, de forma de bajar la recta de carga paralelamente al eje de corriente y que no sobrepase la curva de 12W en ningún momento. Esto impactará en un achicamiento en la excursión de la tensión de placas obtenible y por consiguiente en la potencia obtenida del circuito.
Otra opción podría ser la de reducir la alimentación de la fuente, pero esto normalmente baja la tensión de alimentación de pantallas en nuestro circuito, y eso cambia las curvas de corriente-tensión de placas, fíjense que las mismas son válidas para una tensión de pantallas específicas, por lo que requiere un nuevo análisis donde, junto con la baja en la tensión de alimentación deberemos escoger un nuevo punto de reposo de forma que el impacto en la potencia obtenible sea el menor posible.

Cabe aclarar que no tienen que perder de vista que estamos intentando predecir con ecuaciones simplificadas, el comportamiento de un sistema bien complejo, por lo que los límites y variables no son determinantes. Esto quiere decir, que la válvula no va a explotar ni bien supere la curva de la disipación máxima, y de hecho pueden encontrar varios ejemplos de amps comerciales que no respetan a rajatabla las especificaciones máximas de los fabricantes. Esto sumado a las diferentes convenciones para definir parámetros máximos de la válvula que toman diferentes fabricantes, suma mucha confusión al asunto.
Pero en definitiva lo cierto es que respetando los máximos de disipación de potencia recomendados por el fabricante uno se asegura una larga vida util de las válvulas y aumenta la confiabilidad del equipo.

Pero vayamos un poco más lejos y veamos que pasa si en vez de tomar una impedancia más baja hubiéramos seleccionado la impedancia más alta, como por ejemplo 8K, también con la misma alimentación de 250V. Trazamos las rectas y vemos:
caract6v6rectasdecargai (2).jpg


Ok, a primera vista parece menos peligrosa que la anterior, pero todavía notamos que existe cierto peligro de disipar demasiada potencia cuando ajustamos alto el punto de bias, sobre todo si la impedancia fuera muy grande (Arriba de los 10K para este caso).
Para solucionar esto y de una forma parecida al caso anterior, podemos reducir la corriente de placas a la que ajustamos el punto de reposo, con impacto en la potencia de salida, ya no por la reducción de la excursión de tensión de placas, sino por reducción en la excursión de corriente de placas.
O reducir la tensión de alimentación con resultados parecidos al caso anterior, en el cual cambian las curvas y nos obliga a rehacer los cálculos con un nuevo punto de reposo. Normalmente y si la impedancia no fuera muy alta se puede elegir una alimentación mayor y un punto de reposo de forma de obtener la misma potencia que en el caso original.

Otro tema relevante en este caso es que también se impacta en el headroom, ya que de los 12,5V que teníamos disponibles como máxima tensión pico de señal de entrada o grilla, se pierden 2,5V cuando la válvula se acerca a saturación. Fíjense en el gráfico que la recta de carga casi no diferencia entre tensión de grilla=0V y tensión de grilla=2,5V.

Ok, entonces vemos que los fabricantes nos recomiendan, en la hoja de datos una impedancia o rango de impedancias y tensiones de alimentación donde la cosa ya está optimizada y analizada.
Pero son ésos valores los únicos que se pueden aplicar?, No.
Uno puede variar la impedancia y la alimentación con o sin impacto en la potencia de salida o el headroom y siempre observando los valores máximos recomendados por el fabricante de la válvula. Lo importante es entender que se puede hacer y que impacto tendrá.

Finalmente y luego de toda esta sanata. Que sacamos en limpio?

1. El SE es una topologia bastante ineficiente para amplificar señal, donde su máxima disipación de potencia (si está bien diseñado) se da cuando el circuito está en reposo. Por esto no se pueden obtener valores elevados de potencia a no ser que se utilicen válvulas capaces de manejar altos niveles de potencia.

2. Si se quiere aumentar la potencia de un amp de éstas características, se deben adicionar válvulas en paralelo con el consiguiente incremento en los trafos del amp.

3. El trafo de salida maneja una corriente de continua constante (corriente de bias), esto exige un entrehierro o núcleo más grande y un gap de aire para evitar que el núcleo se sature magnéticamente, encareciéndolo.

4. Como parte de la potencia se está desperdiciando en forma de calor en las válvulas, la fuente de potencia debe ser calcula como mínimo del doble de potencia de lo que se quiere obtener como potencia útil (un montón de desperdicio de potencia).

5. Cuando se comparan con los PP, requieren mayor nivel de filtrado de ruido ya que es una topología que no elimina el ruido en la etapa de potencia.

6. Acá la ventaja que muchos rescatan de este tipo de topología. Por su naturaleza, normalmente no recorta la señal simétricamente, esto significa que tiene una gran cantidad de armónicos pares (sobre todo el segundo armónico) en la señal de salida distorcionada. La segunda armónica es la octava musical por lo que le confiere cierta musicalidad a la distorsión (algunos la denominan dulzura, o sonido más lleno).

Cuando hablamos de potencia disipada no estamos considerando las pérdidas propias de la válvula debido a su cambio en la tensión de pantallas ni las del OT o el parlante. Por otro lado creo que ya esta claro para la mayoría de ustedes que la relación potencia de salida/volumen es bastante relativa y altamente dependiente de la sensibilidad del parlante. Pero fijense en el impacto relativamente importante que tiene el conectar un parlante que no corresponde con la impedancia de diseño para el OT.
Si a esto le sumamos que la impedancia del parlante cambia mucho con la frecuencia generando que la recta de carga sea más una elipse que una recta, podríamos llegar a preocuparnos un poco demasiado por la seguridad de nuestras válvulas.
Afortunadamente, a pesar que la recta es eliptica, en promedio la potencia disipada se mantiene dentro del rango seguro (si la recta lo está) y por otro lado los trafos (dada su eficiencia) son calculados con un grado de tolerancia que normalmente aceptan algún grado razonable de desmatcheo de impedancia. (o por lo menos la mayoría de las veces :roll: )
De todas formas es desmatchear el parlante y según deducimos arriba, tendrá impacto, además de en la respuesta en frecuencia del amp, en la reducción de su potencia de salida y hasta la reducción de la vida útil de las válvulas si el amp fuera usado en condiciones de exigencia alta durante prolongados períodos.

Como último comentario y si bien normalmente éste tipo de circuito SE se suele construir con un circuito de ajuste de bias variable (o por resistencia de cátodo) ya que es la forma más simple. También se puede hacer con ajuste de bias fijo aunque debe tenerse un poco más de cuidado con el punto de bias que se ajusta ya que es más fácil exceder la potencia máxima de placa.

La próxima seguimos con el PP.

Saludos :D
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor trapiche » Mié Ago 04, 2010 3:05 pm

cha gracias negrito!!!
saludos y Suerte!!!
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor stratocasterceleste » Mié Ago 04, 2010 4:26 pm

Negrito escribiste: Como escribió alguna vez Randall Smith, “ Es como tener el motor del auto siempre acelerado al mango, y regular la velocidad de movimiento con el juego de apretar más o menos el freno y el embrague”

"Maybe is all that power dissipated as heat that stands for the warmth of tone in a SE power stage" Randall Smith :lol:

Muy bueno Negrito, explicado clarísimo. Un lujo maestro! :)

Una pregunta, ya que estamos.
Sabemos que la máxima eficiencia teórica de estas etapas es 50%, y es el valor que usamos para calcular la potencia de salida del amp normalmente, pero si quisiéramos acercarnos más al valor real de eficiencia de la etapa, ¿lo tenemos que calcular tomando los valores de la curva de transferencia (ok, elipse) del gráfico, o hay alguna ecuación que nos acerque?

Gracias por compartir. Abrazo :)
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor dietrichluthier » Mié Ago 04, 2010 8:49 pm

mier... cuanto me falta aprender !!!!

Gracias Ricardo
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor Negrito » Jue Ago 05, 2010 8:16 pm

stratocasterceleste escribiste: Una pregunta, ya que estamos.
Sabemos que la máxima eficiencia teórica de estas etapas es 50%, y es el valor que usamos para calcular la potencia de salida del amp normalmente, pero si quisiéramos acercarnos más al valor real de eficiencia de la etapa, ¿lo tenemos que calcular tomando los valores de la curva de transferencia (ok, elipse) del gráfico, o hay alguna ecuación que nos acerque?

Parecés ingeniero, queriendo calcular todo tan exactamente. :D
En realidad la elipse que sería la recta de carga no nos va a afectar en el cálculo de la potencia de salida ya que se calcula el valor medio de potencia o en realidad el cuadrático medio (o rms que le dicen, vió?)

Obviamente cuanto má exacto es tu modelo de la válvula y cuanto más interacciones considerás mayor va a ser el grado de exactitud de tus cálculos.
En pos de calcular exactamente la potencia de salida, el primer problema que tenés que resolver es encontrar la recta de carga real, y no me refiero al hecho que en la realidad es elíptica, sino que en la válvula se produce un efecto de rectificación devido al recorte asimétrico de la señal de salida. Éste recorte asimétrico básicamente te marcará que porcentage de distorción armónica de segundo orden tendrá tu onda de salida. Si ése porcentaje fuera relativamente alto se debe compensar la recta de carga para el cálculo de la potencia, esto es un leve corrimiento hacia arriba o hacia abajo.

El tema es que luego cuando vas a la realidad te encontrás que la fuente misma del amp tiene un efecto de regulación, o sea que te reduce la tensión de alimentación de placas y pantalla reduciéndote la salida y alejándo un poco el valor calculado del real, lo cual debería ser tenído en cuenta si se quiere aproximar el valor de potencia final.

Todo esto sin considerar que el propio OT tiene una eficiencia que no es del 100%. De hecho normalmente ronda del 70% al 95%. Por lo que la potencia real que le llega al parlante se sigue alejando del cálculo teórico.

Luego tenémos el efecto tan conocido de la eficiencia del propio parlante para transformar ésa potencia eléctrica en sonido que puede variar mucho de un parlante a otro.

En definitiva el cálculo muy exacto de la potencia de salida no te ayuda demasiado a predecir el nivel de volumen limpio o total que obtendrás del amp, y lleva su laburito y con varias incognitas en el camino como la eficiencia del OT y del Parlante.

Esto no quiere decir que no se pueda o no se deba calcular la potencia de salida.
De hecho y si querés lo podemos desarrollar pero me parece que excede un poco el tema de ver las diferentes topologías de etapa de potencia y clases de amplificadores. Podríamos hacerlo en un post aparte si te parece.

Saludos :D
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor stratocasterceleste » Vie Ago 06, 2010 9:25 am

Gracias Negrito, el ingeniero acá sos vos, yo simplemente un burro que intenta aprender a los tirones ;)
Está espectacular tu aporte, y es verdad lo que decís, al final son taaaantas las cosas sobres las que debemos hacer estimaciones a ojo de buen cubero, que no termina valiendo la pena el esfuerzo. O sea que para una etapa SE la potencia la calculamos con una eficiencia del 50% máxima, que probablemente en la realidad esté entre un 10%-20% abajo de ese valor previamente calculado, para redondear.

Gracias de nuevo.
Un abrazo :)

Pd (off):
Esto no quiere decir que no se pueda o no se deba calcular la potencia de salida.
De hecho y si querés lo podemos desarrollar pero me parece que excede un poco el tema de ver las diferentes topologías de etapa de potencia y clases de amplificadores. Podríamos hacerlo en un post aparte si te parece.

Me parece perfecto, todo lo que sea para aprender sobre esto me tira. Pero no pretendo abusar de tu tiempo y buena predisposición, que quede claro. Cuando tengas ganas, y cuando tengas tiempo, y si querés hacerlo, acá voy a estar para leer con los ojos bien abiertos. :)
Sigue lo de las diferentes topologías.
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor Negrito » Mar Ago 17, 2010 7:59 pm

Espero no haberlos aburrido mucho, ahora viene la parte un poquín más complicada. Como comentario al interés de Strato para calcular exactamente la potencia de salida, tienen que considerar que la impedancia en un parlante (y sobre todo los de amplis de guitarra) tienen una impedancia que varían mucho con la frecuencia. El valor de impedancia nominal que brinda el fabricante es el valor que se mide a una frecuencia determinada y por ende nuestros cálculos de potencia están restringidos a ésa frecuencia. Realmente me parece un poco loco la extremada importancia que se le da a la potencia de salida en los amplis de instrumento.
Vamos ahora a lo que nos ocupa.

El Push-pull (o contrafásico en castizo)

La etapa de potencia Push-pull, surge por la necesidad de obtener mayores potencias de salida con menos distorsión harmónica.
PPestatico.jpg


Esta configuración se logra con un transformador de salida cuyo primario posee una derivación central, por la que se alimenta el circuito por medio de B+ y queda algo como lo que está ne el diagrama arriba.
Cada mitad del bobinado de primario se supone que sean iguales entre sí, de la misma manera y si se quiere aprovechar la ventajas del PP al máximo, se supone que ambas válvulas deben ser idénticas entre sí.
Este tipo de circuito posee dos entradas las que se deben alimentar con la misma señal a amplificar pero desfasadas 180grados entre ellas.

Si hacemos el análisis estático rápido, veremos que ambas válvulas están sometidas a la misma tensión de Bias e idéntica tensión de placas. Como ambas válvulas son idealmente idénticas, tenemos la misma corriente de placas en reposo saliendo de cada extremo del bobinado del primario del OT. Dado que estas corriente son iguales pero de sentidos contrarios, tenemos que la sumatoria de corrientes continuas en el OT es cero, y acá aparece la primer ventaja de la configuración PP cuando la comparamos con el SE.
Dado que el OT no tienen que trabajar con corriente continua aplicada, no es necesario un espacio de aire en el entrehierro y el mismo núcleo puede achicarse abaratando el transformador de salida.

Veamos un poco el circuito de alterna y como se comporta con señal.
PpDinmico.jpg


Si miramos el camino de señal, la cosa empieza en ambas grillas donde habíamos dicho que tenemos que insertar la misma señal desfasada 180 grados entre una entrada y la otra.
Cada válvula amplifica en configuración de cátodo común, la señal que le ingresa por la grilla propia y el trafo con punto medio simplemente resta ambas señales y la reproduce en el secundario donde está el parlante. Noten que no me equivoqué, el trafo “resta” ambas señales, que al estar desfasadas en 180 grados resulta en una suma de la señal original.

Como es esto?
Miren el gráfico de abajo.
OndasPP.jpg


Aquí vemos las dos señales de corriente en la placa de cada válvula en el primario del OT(ondas en punteado azul), y la composición que hace el OT en el secundario donde está conectado el parlante (onda en continuo rojo).

Como una rama del primario produce una onda idéntica y desfasada justamente 180grados con respecto a la otra rama, el trafo al restar ambas ramas produce una composición de la onda que es idéntica a la original pero reforzada.
Este efecto es más o menos notorio dependiendo de lo balanceadas que estén ambas ramas (o sea ambas válvulas, ambas mitades del primario del trafo de salida y ambas señales de entrada desde el PI).

De allí que a este tipo de sistema se le llama amplificador diferencial, ya que amplifica la diferencia de ambas señales.

Primera ventaja de este sistema es el hecho que cualquier ruido introducido en esta etapa, se elimina automáticamente ya que el mismo se introduciría en modo común (o sea el mismo ruido en ambas señales, la correcta y la desfasada). Como en definitiva el trafo amplifica la resta de la señal de ambas ramas, el ruido en modo común desaparece y la señal se recompone.

Si partimos de la suposición de que ambas ramas están perfectamente balanceadas, este tipo de potencia no generará harmónicos pares, a diferencia del SE que se caracterizaba por un contenido de aprox 6% del segundo armónico, aquí el recorte de señal es prácticamente simétrico.

Veamos cual es la carga que vé cada válvula en este arreglo.
Raa = Rl(4N1^2/N2^2)

Donde Raa es la impedancia placa-placa o impedancia total del bobinado primario (la suam de las dos mitades)
N1 es la cantidad de vueltas de una de las dos mitades del bobinado del primario.
N2 es la cantidad de vueltas del secundario.

Si queremos saber que impedancia ve cada una de las válvulas tenemos primero que suponer que ambas válvulas están conduciendo corriente. En ése cada válvula vé la mitad de impedancia del primario, o sea:
Ra=1/2Raa= 2Rl(N1^2/N2^2)

Ahora que pasaría si una de las válvulas entrara en corte o simplemente la sacamos del circuito?

La impedancia que vería la válvula que queda está dada por la formula del trafo, esto es:

Ra=Rl(N1^2/N2^2) o sea que sería Raa/4.

Cuando una válvula sale del circuito o entra en corte, la válvula restante ve un cuarto de la impedancia total placa-placa del OT. Punto importante para cuando luego analicemos las curvas.

Ahora imagínense que estamos en busca de más potencia, necesito sacar más potencia de ésa porquería ineficiente que es la configuración SE. Que hago?

Se acuerdan que en el SE se buscaba un punto de bias que estuviera justo en la mitad de la excursión de corriente? Ésto combinado con la selección de una correcta impedancia de carga nos aseguraba máxima potencia de salida.
Pero como se podría obtener aún más potencia?


Que pasaría si en lugar de ajustar el bias en la mitad de excursión de potencia lo hiciéramos más frío o, lo que es lo mismo, a una corriente bastante menor que la máxima corriente dividido por dos?

Tendríamos una excursión de corriente más grande en la porción positiva de la señal de entrada, pero a la vez estaríamos recortando parte de porción negativa de esta misma señal de entrada.

Resulta que como en una configuración Push-Pull, ambas válvulas, a cada lado del trafo de salida, amplifican la misma señal solo que desfasada 180grados (el OT se encarga de sumarlas, se acuerdan?); mientras una válvula esté en corte ( recortando su propia señal de salida) la otra estará en plena conducción y cargando con el total de la carga. El trafo al sumar las dos ramas refleja en el secundario la señal sin recorte o completa aunque con una leve distorsión en el cruce.

De esta manera esta configuración PP, consigue mayor potencia de salida, agrandando la excursión de señal al complementar el funcionamiento de un par de válvulas entre sí por medio del trafo de salida. De allí el nombre Push-Pull. Mientras una válvula (o una rama del OT) tira, la otra empuja trabajando en ciclos desfasados 180 grados.

Las formas de onda en primario y secundario del OT nos quedan así:
OndasPP2.jpg


Y las corrientes que veíamos antes así:
OndaPP3.jpg


Entonces y resumiendo, por ahora las diferencias de esta configuración en comparación con el SE son:

1. Tiene un rechazo natural al ruido de alimentación y cualquier ruido generado en la propia etapa PP. (ojo que el ruido que pudiera venir con la señal se amplifica con la misma proporción que la señal misma).

2. Un OT más económico debido a que no posee (o al menos es muy baja) la corriente de continua en el primario del OT.

3. Se puede ajustar de manera de obtener mayor potencia de salida, por lo que es más eficiente que el SE.

4. Agrega primordialmente armónico impares al distorcionar, ya que los armónicos pares originados en esta etapa se anulan. (Ojo que los armónicos pares que vienen con señal a amplificar, no se eliminan y se amplifican con la propia señal ).

5. Dependiendo como se ajuste y diseñe la etapa, la señal de salida puede contener distorsión por cruce, lo que en abundancia es bastante molesto.

Bué la próxima seguimos con la recta de carga.

Saludos :D
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor stratocasterceleste » Mié Ago 18, 2010 1:22 pm

Gracias una vez más Richard!
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor stratocasterceleste » Mié Nov 17, 2010 3:43 pm

2. Si se quiere aumentar la potencia de un amp de éstas características, se deben adicionar válvulas en paralelo con el consiguiente incremento en los trafos del amp.


Negrito, disculpá que te moleste una vez más con una consulta :oops:

Tengo una duda existencial respecto del valor del primario de OT cuando se adicionan válvulas en paralelo.
Supongamos que en un SE con un OT1rio de 5000 ohms (para usar el valor del ejemplo que utilizaste) decido agregar otra válvula en paralelo. ¿Qué impedancia necesito ahora en el OT1rio? Le estoy dando vueltas al asunto pero me pierdo...

Un abrazo
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor paco » Mié Nov 17, 2010 5:41 pm

stratocasterceleste escribiste:
2. Si se quiere aumentar la potencia de un amp de éstas características, se deben adicionar válvulas en paralelo con el consiguiente incremento en los trafos del amp.


Negrito, disculpá que te moleste una vez más con una consulta :oops:

Tengo una duda existencial respecto del valor del primario de OT cuando se adicionan válvulas en paralelo.
Supongamos que en un SE con un OT1rio de 5000 ohms (para usar el valor del ejemplo que utilizaste) decido agregar otra válvula en paralelo. ¿Qué impedancia necesito ahora en el OT1rio? Le estoy dando vueltas al asunto pero me pierdo...

Un abrazo


por cada par de valvulas dividis por dos el primario. si tenes 5K con un par, con dos pares vas a tener 2,5K y con tres pares se va a 1,25K.

saludos.
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor stratocasterceleste » Vie Nov 19, 2010 8:01 am

Gracias Paco!!

O sea (a ver si entiendo), que si pongo dos 6v6 en paralelo SE necesitaría 10000ohms para mantener la misma recta de carga que con una sola 6v6 y 5000ohms.

Saludos y gracias de nuevo!!!
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor Juanro » Vie Nov 19, 2010 9:59 am

Strato, al revés

Si con una son 5000ohms, con 2 en paralelo 2500.
Y una pequeña corrección a lo que dijo Paco: la impedancia necesaria se reduce a la mitad por cada duplicación de la cantidad de válvulas, no con cada 2 válvulas adicionales. O sea: si tenes 5K con un par, con dos pares vas a tener 2,5K y con CUATRO pares se va a 1,25K

Saludos,
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor Negrito » Vie Nov 19, 2010 1:11 pm

La idea es que se ponen válvulas en paralelo para duplicar la potencia de salida. Si se mantiene la tensión de alimentación y agregamos una válvula en paralelo de idénticas caract. (en un SE por ejemplo), lo que logramos es duplicar la corriente de placas. Como la potencia es V*I y la corriente se duplica, la potencia se duplica.(a grandes razgos.)
Ahora si no queremos cambiar el contenido de distorción armónica (y que la recta de carga se mantenga en general). Si estamos duplicando la corriente tenemos que bajar a la mitad la impedancia de forma que la escurción en tensión se mantenga. Esta es una forma de verlo.
Otra manera es considerar que impedancia vé cada válvula. En un paralelo entre dos válvula forzando corriente sobre una misma carga Ra, cada válvula vé el doble de carga Ra ya que cuando una de las válvulas aporta una corriente Ix sobre la carga, tendrá una caida de tensión igual a 2*Ix*Ra (la corrriente Ix adicional en esa formula la aporta la segunda válvula). Por lo que, si ambas válvulas son idénticas, cada una ve el doble de carga de lo que en realidad hay. Para que la impedancia de carga se mantenga igual a cuando una de las válvulas trabajaba sola, tenemos que reducir a la mitad la impedancia de carga para que cada una vea Ra.

Se entiende?

Saludos :D
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Re: De SE, PP, ClaseA, ClaseAB y otras yerbas...

Notapor stratocasterceleste » Vie Nov 19, 2010 2:23 pm

Ahora sí, me mareaba totalmente este tema!!!

Gracias Paco, Juanro y Negrito!!!
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