Driver Universal de Potencia X14

Jamás he ocultado mis desdén por las mal llamadas “tarjetas expandibles” debido a los problemas que ya había mencionado anteriormente, sin embargo, como les ha gustado la tarjeta driver X9 y vi que la querían abusar excediendo sus capacidades, decidí ponerme a trabajar en una opción más potente.

Primero el nombre, porque X14?

En el diseño base cuando se comenzó a idear, el diseño contaba con 14 transistores, sabiendo esto, ahora veamos como funciona.

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 Q5, 6 conforman un par de fuentes de corriente constante para alimentar los pares diferenciales (Q1, 2, 3, 4), esto garantiza que los pares diferenciales estarán correctamente polarizados pese a las posibles variaciones que pueden haber en la fuente de poder. Los Q7, 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. La señal de audio se dirige hacia el circuito de compensación térmica (Q15 Bias) para controlar la corriente de reposo hacia los drivers Q16, Q17.

El circuito fue calculado para trabajar tal y cual como está, no debe reemplazarse ningún componente, ya que esto traería problemas innecesarios, además de que corre el riesgo de causar (costosos) daños al circuito, además se debe tener muy en cuenta que este tipo de topologías simétricas requieren que los transistores de la entrada estén tan emparejados como sea posible.

Ajustes

Debido que habían variables casi imposibles de compensar automáticamente, se agregaron 3 potenciómetros para hacer los ajustes finales para que así pueda trabajar acorde a lo que necesitamos.

Offset: Ajusta el DC en la salida, ante la necesidad de hacer un circuito que pudiese trabajar de ±70 a ±120V existía la posibilidad de que apareciera algún pequeño DC en la salida, por lo que empleamos este potenciómetro para corregir este inconveniente y que la salida sea tan cercana a 0.00V como sea posible.

Gain: Ajusta el nivel de ganancia, a medida que subimos la tensión de la fuente, el amplificador debe aumentar la ganancia para aprovechar la energía de la fuente que se envía al parlante, mientras que, en un amplificador con baja tensión, pero con mucha ganancia podría saturar la señal convirtiéndose en distorsión. Este potenciómetro ajusta el nivel correcto de ganancia evitando que el amplificador distorsione a toda potencia alimentándola en el rango mínimo de tensión soportada o suene muy bajo ante el máximo de tensión soportada.

Bias: Ajusta la corriente de reposo según la configuración de salida. Se debe ajustar hasta que entre Base y Emisor de los transistores de salida mida entre 575mV a 600mV.

Modos de operación

El driver puede manejar en Modo Darlington hasta un máximo de 8 pares de transistores de potencia.

En el modo triple Darlington podría manejar 16 pares, pero realmente no se recomienda, ya que en el modo clase H es más eficiente, entrega la misma potencia y no se requiere de tantos transistores de salida.

Tomando en cuenta que esta tarjeta no puede operar con menos de ±70V personalmente la recomendaría para trabajarla en Clase H, ya que estos comúnmente se usan en alta potencia y cuentan con un High Rail de al menos ±80V y que no requieren de tantos transistores de potencia para alcanzar, valga la redundancia, la potencia de salida, pero esto no implica que no pueda trabajar en clase AB.

Hay que destacar, que según como se use, ya sea en modo clase AB o en modo clase H, es necesario que tenga en cuenta que las R35/36 de 22Ω solo se instalan en el PCB para trabajar en modo AB, para el modo clase H deben ser retiradas y colocar en su lugar terminales espadas para la alimentación DVH que se explica más abajo.

Las conexiones de la tarjeta están fácilmente identificadas:

+Vcc = Fuente de alimentación positiva. -Vcc = Fuente de alimentación negativa. +DVH = Se debe conectar al riel positivo más alto en caso de usarla en Clase H. -DVH = Se debe conectar al riel negativo más alto en caso de usarla en Clase H. +B = A las bases de los transistores positivos (NPN) -B = A las bases de los transistores negativos (PNP) Out = A la salida de audio del amplificador. GND = Conexión a tierra o masa.

Es necesario recalcar que el transistor de bias (MJE340) debe ir junto a los transistores de potencia en el disipador para que pueda auto compensarse térmicamente.

Posibles problemas

En las múltiples pruebas realizadas, notamos que al usar transistores de dudosa procedencia, en especial los MJE15032/33, los drivers pueden llegar a sobre calentarse y el bias se torna inestable, es decir, nunca se logra un ajuste óptimo y el amplificador comienza a calentar solo, por lo que en algunos casos, puede solucionarse reemplazando usando los viejos confiables 2SC2073 y 2SA940, o reemplazando las R6, 7 por unas de 4.7K, sin embargo, dependiendo la calidad de los transistores, puede que esto no soluciones el problema. La recomendación es tratar en lo posible de usar componentes de la mejor calidad para evitar inconvenientes que nos obliguen a modificar los valores de la tarjeta, además se recalca el hecho de que los transistores de la etapa de entrada deben estar bien emparejados, un desbalance en estos puede provocar un mal funcionamiento en toda la tarjeta.

Conclusiones

El driver logró realizarse gracias a los que por 2 años se prestaron amablemente como conejillos de indias y se certifica que arranca a la primera, sin embargo, se debe revisar muy bien las pistas antes de energizar la tarjeta.