Ahora es cuando empezamos a echar mano de los requisitos que hemos ido acumulando para meternos en faena. Muchos pensarán que la ingeniería empieza con los componentes y los valores, pero la realidad es que el 90% del resultado que obtendremos depende de los requisitos establecidos. De hecho, gran parte del trabajo que nos resta es una mezcla de metodicidad, sentido común, conocimiento de componentes y algo de preferencias personales.
Bien, empecemos por poner números a la entrada y a la salida. Un amplificador sirve para amplificar una señal a un determinado nivel de potencia; empecemos pues por ahí. Si echamos la vista atrás, vemos que nuestro objetivo era amplificar una señal de 1.4 Veff (voltios eficaces) para proporcionar 20W. Dicho y hecho, al diagrama.
Echemos un vistazo rápido a al bloque de potencia: nuestra flexibilidad en este bloque es reducida ya que dijimos que nos ceñiríamos a las especificaciones y recomendaciones del fabricante (en este caso un push-pull ultralineal de EL34). Por tanto, acudimos a la hoja de datos de EL34 para investigar cuál es la amplitud de señal con que el bloque de amplificación debe atacar el de potencia, y ya de paso miramos cuál debe ser la tensión de trabajo nominal para la fuente de alimentación. Hay muchos fabricantes de EL34, pero el que la inventó y mejor la ha documentado ha sido Mullard. Por ello recurrimos a la hoja de datos (datasheet) de Mullard de 1964 (disponible en internet), la cual nos detalla los siguientes datos de interés:
- Grid volts peak to peak: 45v
- Plate volts: 430v
La amplitud de ataque nos viene dada en voltios pico-pico. Don't panic! La conversión es bien sencilla, primero dividimos ese valor para convertir los voltios pico-pico en voltios pico, y luego volvemos de dividir por raíz de 2 para pasar a voltios eficaces. En conclusión, 45 voltios pico-pico son equivalentes a 15,9 Veff. Dicho y hecho de nuevo, al diagrama.
Vaya ,vaya. Esto se pone interesante. Si nos fijamos ya tenemos especificados los valores de entrada y de salida para el bloque de amplificación-ataque. La ganancia ha de ser (Vsalida/Ventrada) * Factor de Realimentación, o en nuestro caso (15,9/1,4)*2 = 22,7. Ya estamos tardando en pintarlo en el diagrama.
¿A que esto empieza a parecer un Sudoku? Pues efectivamente así es; gracias a una descripción clara de requisitos y elecciones de diseño, muchos de los parámetros que parecían grandes incógnitas empiezan a resolverse solos. Ahora es el turno de la red de realimentación. La entrada a la red de realimentación es la salida del amplificador. Hasta ahora nos hemos referido a la salida en términos de potencia, 20W. La tensión que 20W desarrollan depende de la impedancia de carga. Si suponemos que nuestro transformador de salida tiene salida para 16 ohmios (algo bastante habitual), entonces la tensión a la salidad según la ley de Ohm será de Pout = Vout ^ 2 / Z, donde Pout = 20W y Z = 16 Ohms. Ello nos deja con Vout = 17,89 Veff. Así pues, la red de realimentación tiene que atenuar los 17,89 Veff de su entrada en 0,7 Veff a su salida.
Y con esto ya tenemos los principales valores para las tensiones de señal en nuestro diagrama de bloques.
Ya solo nos queda la fuente de alimentación. La fuente de alimentación tiene que proporcionar distintas tensiones con una determinada capacidad de corriente. Repasemos las entradas y salidas necesarias:
- Entrada: Tensión de red del sector
- Salida B+ para el bloque de potencia
- Salida B2+ para el bloque de amplificación-ataque (depenserá del diseño que escojamos para el bloque)
- Salida C- para la polarización de las rejillas de las EL34
- Salida C2- para el bloque de amplificación ataque (dependerá del diseño que escojamos para el bloque)
- Salida tensión de filamentos para las EL34
- Salida tensión de filamentos para las válvulas de señal (dependerá del diseño que escojamos para el bloque)
La fuente de alimentación tiene una sola entrada, la de la red de alimentación del sector. Aunque nominalmente es de 230V, seremos cautos y verificaremos que podemos aplicar cierta regulación de 220VAC a 240VAC para poder contrarrestar las típicas variaciones del +/- 5% tan habituales en nuestra red de distribución de energía.
La tensión B+ es la que alimenta a las válvulas de potencia a través de la toma intermedia del primerio del transofrmador de salida. Así pues, nuestra B+ deberá ser el resultado de la tensión de trabajo de las EL34 más la caída de tensión en el primario del transformador de salida. La hoja de datos de la EL34 en modo ultralineal especifica una tensión de trabajo de 430V. La caída de tensión en el primario suele ser pequeña, del orden de 10-20V, por lo que al final nos quedamos con una B+ de 450V.
La tensión B2+ que alimentará del bloque de amplificación-ataque no podemos precisarla de momento hasta que determinemos su diseño definitivo, por lo que de momento seguirá siendo una incógnita; no obstante, casi con toda seguridad será un valor menor al de la B+, por lo que llegado el momento nuestra única preocupación será calcular el valor de una resistencia y un condensador de filtrado. Valores para la B2+ de entre 200V y 350V son bastante habituales.
La tensión de alimentación C- es la que usaremos para polarizar las rejillas de las EL34. Esta tensión continua negativa superpuesta a la señal es la que determina la corriente de reposo que circulará por cada EL34. Nominalmente son necesarios -45V para polarizar cada EL34, pero eso es la teoría. La práctica dice que la dispersión de cada ejemplar de EL34 con respecto a las curvas teorícas es relativamente grande; no sólo eso, sino que además conforme la válvula envejece por el uso, la derive es algo imposible de corregir. Por ello es necesario que podamos regular la polarización de cada válvula EL34 dentro de un cierto rango, que bien podría ser de -30V a -60V. Adicionalmente, un rango amplio nos dará una flexibilidad muy interesante para poder experimentar con otras válvulas (6L6GC, 5881, EL37, KT77, KT88, 6550, 6B4G...). Así pues, incrementamos el rango un poquito más, de -25V a -65V.
La C2- la usaremos para alimentar fuentes de corriente en el caso de que optemos por un diseño balanceado. Lo veremos más tarde, pero una etapa diferencial con una fuente de corriente común es extremadamente lineal. El valor típico suele ser de -12V ó -15V. Lo veremos en detalle más adelante cuando elaboremos el detalle del bloque de amplificación-ataque.
Las válvulas de caldeo indirecto funcionan porque un cátodo emite electrones, que viajan atraídos por el ánodo creando con ello una corriente de placa-cátodo. Pero para que el cátodo emita electrones tiene que alcanzar una temperatura crítica. Los filamentos son los encargados de calentar el cátodo. Funcionan como una estufa normal y corriente, aunque es muy importante que trabajen a la tensión correcta para asegurar la máxima eficiencia y vida útil de los mismos. El filamento de una EL34 funciona a 6.3VAC, y necesita de 1.6A en condiciones normales. Como tenemos que alimentar 4 EL34, necesitaremos por tanto una tensión alterna de 6.3VAC capaz de suministrar 1.6 x 4 = 6.4A. No es recomendable alimentar los filamentos de las válvulas de potencia con tensión continua, dado que no aporta ninguna ventaja y añade varios inconvenientes, principalmente complejidad, fiabilidad y coste. La manera más habitual de obtener esta tensión es a través de un secundario del transformador especialmente concebido para dicho fin.
Lós filamentos de las válvulas de señal se alimentan a la misma tensión que las EL34 (6.3V), aunque la corriente demandada es mucho menor. Típicamente hablamos de 150-300 mA para la mayor parte de las válvulas de señal. Algunas válvulas de señal tienen doble filamento interno, por lo que se pueden conectar en serie para poder usar tensiones de 12.6V. Cuando tengamos claro cuáles van a ser nuestras válvulas de señal, terminaremos de poner los valores definitivos a este requisito, pero podemos ir adelantando que 6.3V a 1 Amperio serán mucho más que suficientes.
