Amplificador MOSFET HiEnd de 200W

Luego de haber experimentado con el amplificador de mosfets de 200W, pensé que pudieran aplicarse algunas mejoras para mejorar su calidad de audio y este fue el resultado:

Este concepto fue desarrollado por Hitachi en la década de los ‘70. Este circuito utiliza una entrada diferencial que controla una etapa diferencial secundaria como etapa de amplificación en tensión, esta disposición tiene una excelente linealidad, pero las mediciones iniciales demostraron que el amplificador MOSFET no era muy estable (hay rastros de oscilación en algunos niveles de salida), sin embargo la estabilidad general era aceptable. Sin embargo, con el uso de un cascode en el par diferencial y un espejo de corriente simétrico (cosa que jamás vi en algún otro amplificador) se pudieron lograr niveles de distorsión de 0.003% ~ 1Khz.

Funcionamiento:

Los transistores Q1 y Q2 conforman el par diferencial, y tomando en cuenta que los pares diferenciales parten de un amplificador de emisor común, debemos conocer que entre base y colector existe una capacitancia parásita, lo que se conoce como Efecto Miller, este efecto nos dice que para cargar y descargar esta capacitancia no sólo tenemos que conocer las demandas de corriente que suponen la variación de tensión de base, sino las variaciones de tensión entre base y colector que serían evidentemente mayores, por la ganancia y por estar desfasadas 180° entre sí (De no estarlo, se compensarían en lugar de sumarse), la solución al efecto Miller, es la amplificación en base común, con las ventajas de una alta ganancia en tensión y unas baja impedancia de entrada. El efecto Miller no produce distorsión en sí mismo, pero provocaría alteraciones en la respuesta de frecuencia en los casos en los que los semiconductores no posean esta capacitancia parásita constante frente a la tensión base-colector, mediante el uso del par diferencial en modo cascodo (en cascada) se solucionan estos problemas, manteniendo una tensión constante sobre los colectores de los pares diferenciales por medio de los Q3 y Q4.

La etapa diferencial básica tiene varios factores que la desvían del comportamiento ideal de amplificar únicamente la diferencia de ambas entradas, lo que pudiese provocar algún grado de distorsión armónica. Para contrarrestar esto, se emplea el uso de una fuente de corriente constante sobre los pares diferenciales, conocida como espejos de corriente. El circuito está conformado por los D1, Q5 y Q6, estos actúan como una carga activa sobre el par diferencial, lo que replica la corriente que entra y permite que dicha corriente pase por los transistores de manera constante, de esta forma se reduce casi hasta eliminar toda fuente de distorsión, provocada por la variación de corriente de colector de los transistores del par diferencial, además permite una enorme igualdad de corriente en ambos pares.

Los Q9 y Q10 conforman una etapa de amplificación en tensión diferencial, con la cual se logra una excelente linealidad, mientras que los Q12 y Q13 actúan como una fuente de corriente consante para polarizar todo el conjunto del la etapa de amplificación en corriente. El transistor Q11 conforma el circuito de compensación térmica o bias.

Los D4 y D5 sirven para para evitar que la capacitancia parásita de los mosfets puedan alterar la curva de amplificación.

Accesorios:

En esta versión quise hacer algo más completo, por lo que podría usarse como un amplificador para estudio, ya que incluí la fuente de poder:

Una etapa de entradas balanceadas, circuito de protección:

Un PCB frontal con Vumetros LEDs

Con un switch digital.

Ajustes y puesta en marcha:

Antes de encender el amplificador, se coloca el potenciómetro en el centro, y el amplificador debe encenderse con una lámpara serie no mayor a 100W, cuando se encendamos el amplificador giramos el potenciómetro de bias completamente a la derecha (sentido de las manecillas del reloj) y en este punto, puede que se encienda la lámpara, colocamos el multímetro en la escala de tensión más baja en los puntos +S y -S del PCB del amplificador y girar lentamente el potenciómetro hasta que en estos puntos marque entre 11mV y 17mV y listo.

Conclusión:

El amplificador aún se encuentra en etapa de desarrollo (Me faltan componentes para terminar el PCB frontal), sin embargo, todo el circuito fue debidamente como se demuestra en este video:

Este amplificador es el proyecto más completo y hermoso que he diseñado al punto de considerarlo una obra de arte, por tanto debe ser tratado con respeto para evitar que el mismo les haga bullying, así que evite en lo posible hacer chapucerías 😒

Características Alimentación: ±65V / 4A Potencia: 200W RMS @ 8Ω (No se recomienda usar 4Ω) THD: 0,003% Rango de frecuencias: 10Hz ~ 30Khz Damping Factor: ~100

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#Amplificador #ClaseAB #MosFET