Bootstrapping en etapa de salida de audio.

Bootstrapping es un término de dudosa traducción. Se lo utiliza con distintos significados en economía, informática y electrónica. En esta última no siempre para una misma función.

Los diseñadores buscan sacar el mayor rendimiento de un amplificador. Para eso la salida pico a pico debería ser igual a la tensión de fuente. Sin embargo, esto es un máximo teórico imposible de alcanzar.

En el primer circuito vemos un amplificador básico de salida complementaria. Los valores de R2, R3 y R4 son tales que en los emisores del par de salida la tensión en reposo es la mitad de la tensión de la fuente. El resistor R4 es la carga del transistor TDriver y los dos diodos están para evitar la distorsión de cruce en el par de salida.

El circuito funciona de forma que el transistor de salida TS1 conduce en el hemiciclo positivo de la señal presente en las bases del par de salida y el TS2 en el hemiciclo negativo. El capacitor C2 recibe corriente desde la fuente a través de TS1 y la cede a masa a través del transistor TS2.

Si pretendemos aprovechar al máximo la excursión pico a pico, suceden cosas que nos obligan a hacer ajustes. Supongamos, primero, que queremos llegar al máximo en el hemiciclo positivo de la señal de entrada. El pico positivo en la señal de entrada corresponde al valor mínimo de tensión con respecto a masa en la salida. Quisiéramos que fuera 0 V, pero, aunque la tensión de la base de TS2 fuera nula, el emisor de TS2 estaría 0,6 V más alto. De forma que el mínimo de la señal llegará a ese valor, a lo sumo.

Supongamos que la tensión de la fuente es de 12 V. De esta forma, el pico respecto de 6 V será de - 5,4 V. Ahora pensemos en la otra mitad de la señal, la que amplifica TS1. Si TDriver llega al corte, en el extremo de R4 que conecta el colector de TDriver y la base de TS1 podemos tener 12 V (despreciamos los diodos). Así, el emisor de TS1 debería estar 0,6 V por debajo de esa tensión. Pero, el transistor de salida TS1 no tiene ganancia de corriente infinita; todo lo contrario, es baja, bien finita. Como no podía ser de otra manera, TS1 toma una corriente de base importante, que provoca una caída de tensión significativa en R4. Si, por ejemplo, en esas condiciones hay una tensión de 10,5 V en la base de TS1, en su emisor habrá 9,9 V. O sea, respecto de 6 V tendremos 3,9 V. A partir de ahí, si le pedimos más, habrá recorte. El recorte será a partir de + 3,9 V y de - 5,4 V respecto de 6V. Si le exigimos el máximo al amplificador, el recorte no será simétrico.

Esto podría evitarse conectando R4 a una fuente de 15 V, pero encarece el equipo. De forma que los ingenieros se las arreglaron para obtener esa tensión de las que están presentes en el circuito.

Si reducimos R4 a la mitad e insertamos otra resistencia R5 = R4 en serie, conectando un capacitor C4 entre ellas y el punto de salida, éste se cargará con 3 V. Si este capacitor es de un valor tal que no se descargue ante las variaciones rápidas del punto de salida, siempre su borne positivo suministrará sobre R4 una tensión 3 V por encima de la que hay en la salida. De esta forma permite que la base de Ts1 tenga la tensión necesaria para que el recorte sea parejo.

Esto no es otra cosa que una realimentación positiva, que hace lo contrario que una realimentación negativa. Producirá inestabilidad, aumento de ruido y distorsión; especialmente fuera del régimen senoidal.

Vemos el circuito modificado en la siguiente imagen.

Pero el ahorro no es completo, tenemos un capacitor más que antes. Para evitar C4, se conecta el parlante o altavoz a la fuente, C2 es invertido, para respetar la polaridad, y R4 se alimenta desde la unión de C2 y el altavoz.

El siguiente circuito nos muestra valores prácticos para una salida de 250 mW sobre 8 ohmnios, como podría ser el amplificador de audio en una radio. El driver toma la alimentación de la salida, con el propósito de aumentar la estabilidad.

Este circuito tiene dos inconvenientes inmediatos:
* Circula corriente continua por el parlante.
* Si se desconecta el parlante cambia la polarización del par de salida.

Actualmente los equipos de estado sólido de calidad están acoplados en continua y son diferenciales de entrada a salida. Tienen al menos dos fuentes de alimentación y la menor realimentación negativa posible.