Amplificador Clase H de 500W*
Hace un buen rato quería experimentar con esta topología, pero me había frenado a falta de recursos, pero ahora que lo terminé quise compartirlo con mis lectores.
Un amplificador clase H es básicamente un clase AB con un método de “aumento” dinámico del riel de suministro (cambia entre un nivel de tensión (LV) y otro (HV)) para aumentar la eficiencia.
Cuando ocurren los picos de alta potencia, deben ser manejados por algún mecanismo que pueda extraer alta potencia, causando una gran disipación interna, pero que solo lo hace por breves períodos. Estos picos poco frecuentes por encima del nivel de transición se suministran desde el par de rieles de alto voltaje. Claramente, el cambio entre rieles es el meollo del asunto, y cualquiera que haya hecho algún diseño de circuito comenzará inmediatamente a pensar en lo fácil o lo que será hacer que esto suceda limpiamente con una señal de alta corriente de 20 kHz. Hay dos formas principales de organizar el sistema de doble riel: serie y paralelo, pero solo trataremos sobre la configuración en serie, ya que parece haber tenido la mejor aplicación para la alta fidelidad.
Funcionamiento
Considerando que este amplificador cuenta con varias etapas, estaré explicando parte por parte.
La etapa driver, esta basada en un par diferencial simétrico, desarrollado originalmente por Krell, aunque hay muchos fabricantes que usan entradas totalmente simétricas. Se implica que la simetría mejora el rendimiento, además, este tipo de configuración es muy estable en amplificadores de alta potencia. Los Q1, 2 conforman un par de fuentes de corriente constante para alimentar los pares diferenciales (Q3, 4, 5, 6), esto garantiza que los pares diferenciales estarán correctamente polarizados pese a las posibles variaciones que puede haber en la fuente de poder. Los Q6, 8, 9, 10 son los espejos de corriente que evitan en gran medida que el amplificador entre en oscilación. La señal se amplifica en tensión a por medio de los Q13, 14, más cuentan con los Q11, 12 que actúan como limitadores de corriente, que evitan los posibles picos que puedan averiar los finales.
Estas señales van a una etapa que controla la corriente de los drivers, en función a la corriente que atraviesan las resistencias de 0.22 ohms, esto protege al amplificador contra sobrecargas, limitando la potencia.
Este amplificador cuenta como salida un par Sziklai (también conocido como un par de retroalimentación complementaria (PCP) o “transistor compuesto” y como “pseudo-Darlington”) toma su nombre en honor a su inventor George Sziklai, es una configuración de dos transistores bipolares, similar a un par de Darlington. En contraste con la disposición de Darlington, el par Sziklai tiene una NPN y un PNP de transistor, y por lo tanto a veces también se lo denomina “Darlington complementario”. Una ventaja sobre el par Darlington es que la tensión de polarización de la base es de solo 0.6V, lo que es la mitad de la tensión nominal de polarización del Darlington. Como solo se puede saturar a 0.6V, puede ser un inconveniente para las etapas de alta potencia. Esta etapa cuenta con una máxima linealidad, pero con graves problemas de estabilidad al tener una cierta ganancia en tensión y realimentación local.
El conmutador es quien hace este amplificador que sea Clase H, los diodos Zener sirven como barrera de manera que los mosfets solo se excitarán cuando el amplificador alcance un umbral cercano al límite, que en nuestro caso serán +/-35V, las R43, 44 sirven como limitadoras de corriente, en algunas pruebas de laboratorio, con distintas marcas de mosfets, estas podrían recalentarse, por lo que por seguridad se recomienda que se usen resistencias de 1/2W.
La peculiaridad de este tipo de amplificadores es la de requerir 2 rieles de tensión que denominan Low Rail y High Rail, en algunos amplificadores, pueden haber más rieles de tensión.
Ensamblaje y ajustes
Este amplificador solo requerirá de 2 ajustes sencillos, pero importantes. y el primero de ellos es el de offset, este debe hacerse con la entrada del amplificador conectada a GND para evitar posibles ruidos, antes de encender el amplificador, se debe colocar el potenciómetro al centro y luego de encender el amplificador con la lámpara serie mover suavemente de manera que en la salida haya un valor tan cercano a 0V como sea posible. Para el ajuste de bias, para facilitar las cosas, se debe colocar las puntas del multímetro en los colectores de los transistores Q13 y Q14 y mover el potenciómetro cuidadosamente hasta que indique 1,1V.
Considerando que el amplificador entrega mucha potencia para tan pocos finales, aprovechando que la conmutación de tensiones nos permite “abusar” del área segura de operación, se recomienda el uso de un buen disipador de calor con su respectivo ventilador como medida de seguridad.
Este es un buen amplificador que ofrece una buena potencia y buena calidad de sonido el cual me dejó muy satisfecho en las pruebas de laboratorio y aquí un video:
Características Alimentación: ±100V / 8A ~ ±50V / 8A Potencia: 300W RMS @ 8Ω 500W RMS @ 4Ω THD: 0,01% Rango de frecuencias: 10Hz ~ 30Khz Damping Factor: ~100
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