El amplificador original fue diseñado en 1962 por R. A. Greiner, del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Wisconsin.
Le encargaron un amplificador capaz de entregar 120 W RMS de forma continua, con un rango de frecuencias desde 20 Hz hasta 20.000 Hz, y posibilidad de suministrar 200 W durante cinco minutos con un máximo de distorsión armónica del 2% y mejor que el 0,5% a 100 W.
El diseño original giró en torno a un transformador de potencia UTC S-46, de 2.000 V - 0 V - 2.000 V a 300 mA. Este transformador es suficiente para construir un amplificador de 100 W RMS con 4 válvulas 6550 alimentadas con 800V en placas y 300 V regulados en pantallas (alimentadas desde otro transformador Stancor PM-8412, en el original). Los 300 mA que entrega son suficientes para 100 W y puede sostener 500 mA por diez minutos, con lo que el mismo circuito es capaz de proveer 200 W RMS por el mismo tiempo. Después de esos diez minutos el UTC S-46 está demasiado caliente y hay que esperar para volver a alcanzar los 200 W.
El diseño del circuito amplificador es directo y simple. No tiene más que cuatro capacitores en el trayecto de la señal de audio. La complicación principal está en la fuente de poder, ya que es necesario calentar los filamentos de las 6550 por unos 30 segundos antes de aplicar las tensiones de alimentación.
En 1962 y en Estados Unidos de América era fácil adquirir relevadores con retardo de tiempo y otras piezas claves de la fuente que hoy es imposible hallar, y menos en este rincón del mundo.
Como una referencia, solamente, sigue una lista de ellos, para el que quiera investigar el diseño original. Hay un artículo muy completo en español en la revista Radio Chasis TV de julio de 1962, página 55 en adelante.
En la actualidad, es más práctico pensar en hacer lo mismo aprovechando electrónica de estado sólido, antes de andar buscando piezas de museo y a precios siderales, si las consigue.
Antes de seguir hay que aclarar que este equipo no es para principiantes. La fuente de 800 V a 0,5 A es razón más que suficiente para dejar claro esto. Este tipo de tensiones debe ser manejada exclusivamente por quienes tengan conocimientos técnicos y experiencia; las consecuencias pueden ser fatales. En su pico de mayor potencia pasan 1.200 V de música en la salida, mientras que el excitador llega a 140 V pico a pico. Hasta en los cables que alimentan las placas de las válvulas de salida hay que tener precauciones; deben ser cables adecuados, un cable común está aislado a 750 V ó a 1.000 V. El equipo desconectado puede ofrecer riesgos si hay remanente de carga en los filtros.
Además, es un aparato caro; sobre todo si se pretende sacar lo máximo del excelente circuito. En Argentina todavía trabaja una persona que bobinaba transformadores para Holimar. Es capaz de suministrar un transformador con respuesta de frecuencias desde 7 Hz a 400 KHz; lo que permite reproducir sin problemas una onda cuadrada de 8 KHz. Bobinar un transformador así es un arte y lleva mucho tiempo, decenas de horas de trabajo. Pero ningún amplificador es mejor que su transformador de salida. Lo primero sería, entonces, proveerse del transformador de salida y de los componentes de la fuente que es capaz de alimentar al monstruo. Es inútil conseguir las mejores 6550 si no se hizo esto primero. El sonido final dependerá, también, de los componentes pasivos y del armado y puesta a punto.
Para comenzar el proyecto, hacen falta los siguientes elementos:
He tratado de mantener lo más posible el diseño original de la fuente, cambiando solamente los relés de retardo a electrónica de estado sólido más accesible. Sigue el circuito de la fuente y, a continuación una explicación de los pasos que debe cumplir el proceso de encendido, para que las costosas válvulas 6550 no sufran o se deterioren prematuramente.
Al accionar el interruptor principal se suministra energía de la red domiciliaria al transformador de filamentos de las válvulas 6550, a los filamentos de las dos rectificadores 5R4 de la fuente de 800 V y a la válvula 6X4 de la fuente de - 150 V. El relé 1 y un timer se alimentan desde los 6,3 V de las 6550 por un puente de diodos o un doblador, según haga falta. Transcurridos treinta segundos, el timer acciona la bobina del relé 1 y cierra el contacto normal abierto, habilitando al transformador PM-8412. La válvula 5U4GB comenzará a calentar su filamento y las tensiones de las pantallas de las 6550 y las placas de las amplificadores de tensión irán creciendo gradualmente. Mientras tanto, la 6X4 ya tenía su calefactor a régimen, por lo que al recibir tensión desde el secundario de PM-8412 suministrará los - 150 V en el tiempo que lleve cargar los capacitores. Esta tensión negativa de 150 V dispara el segundo relé, que cierra los dos contactos normalmente abiertos que permiten que entre en funciones la fuente de 800 V y la fuente + 300 V 2, de las pantallas de las 6550. El interruptor "en espera" hace posible desconectar las placas y las pantallas de las 6550 sin apagar el resto del equipo, cuando no se lo utilice por un tiempo corto.
Aunque la fuente fue diseñada para capacitores electrolíticos, es preferible usar capacitores de papel al aceite; el sonido es mucho mejor. Pero estos capacitores son muy costosos y no tan fáciles de conseguir. Una alternativa interesante sería la de usar capacitores MKP para compensación del factor de potencia. Un capacitor de este tipo viene provisto de terminales "pala", caja cilíndrica de plástico resistente y tolerancia nominal del 5%. Con una tensión especificada de 400 V 50 Hz, la aislación en continua será de unos 1.200 V. Aunque la tensión de audiofrecuencia que pueden recibir estos filtros es, como máximo, del 1% al 5% de la señal de audio presente en el transformador, hay muchos factores inesperados como variaciones de impedancia en el transductor electro-acústico u oscilaciones que se pueden presentar. Un solo capacitor estaría cargado con 800 V de corriente continua. Restan unos 400 V pero, por las dudas, conviene dejar las series como están, para dormir tranquilos. Siempre funcionará mejor un capacitor menos exigido. Si es necesario "abrir" el espectro de audio en este filtro, puede colocarse en paralelo con cada uno de los cuatro de 100 uF un capacitor MKP de audio de 0,47 uF 1.000 V CC. Para la fuente de 800 V se encontrarán capacitores de 68 uF y de 100 uF; mientras que, para la fuente de - 150 V podrán usarse capacitores de 22 uF, 47 uF y 39 uF, para el que está al lado de la reguladora OA2. Conviene no aumentar allí para no causar oscilaciones de relajación. Pueden hallarse capacitores de 20 uF, que es un valor normalizado para tolerancia del 5%. En las casas de electricidad estos capacitores no se consiguen en todos sus valores, ya que se trabaja en KVAr. Los comercios de electrónica no venden estos capacitores. El mejor lugar para conseguir todos los valores es una casa de repuestos para electrodomésticos. Las mejores marcas son (en Latinoamérica): Leyden, Elecond y Toyocon. Un capacitor para 250 V 50 Hz está aislado a 750 V en continua.
Las válvulas reguladoras de tensión merecen unas líneas. En general, las válvulas reguladoras de tensión gaseosas requieren de alguna excitación para comenzar el disparo y provocar la corriente que producirá la regulación de tensión. Algunas válvulas tienen especificado un nivel determinado de luminosidad del ambiente (por ejemplo: 50 - 500 lux) para que el disparo ocurra a una tensión determinada. En total oscuridad esa tensión de disparo suele ser mucho más alta. Las válvulas de uso militar solían tener una fuente pequeña de radiactividad para asegurar el disparo con tensiones más bajas, aún en completa oscuridad. Por lo general, estas válvulas venían identificadas con el clásico símbolo de la radiactividad y la peligrosidad depende de los colores en que están impresos. Si alguna de estas válvulas llega a sus manos es riesgoso su manejo y se requiere de ayuda profesional. Aunque los niveles son relativamente bajos, el efecto genético es acumulativo y directamente proporcional al tiempo de exposición. La rotura de la cápsula de vidrio puede liberar elementos no solamente radiactivos, sino químicamente tóxicos.
Otra cosa que es importante decir es que con el tiempo pueden perder las cualidades que se describen en los manuales, aunque sea una válvula nueva, de viejo stock.
Las válvulas VR150, OD3 o VT-139 que utilizan las dos fuentes de 300 V tienen una tensión nominal de regulación de 150 V, disparan en 160 V y trabajan en un rango de corrientes de 5 a 40 mA. La regulación está dentro de los 4 V (2,67%).
Con un integrado MC1466L se puede construir una fuente regulada al 0,01% y la tensión y la corriente máximas dependen del área de operación segura de un par darlington. Este integrado requiere de una alimentación independiente de 25 V. Más adelante veremos un circuito de aplicación para + 300 V 1, que es casi el mismo que para + 300 V 2, pero, en este último caso, con un par darlington más robusto y un resistor limitador diferente.
Con un transformador de 2.000 V + 2.000 v a 300 mA las especificaciones del amplificador son:
Si se usa un transformador de 500 mA los 200 W estarán disponibles indefinidamente, con un máximo de distorsión armónica total del 2%.
Comencemos, ahora, con la etapa de salida:
Es necesario respetar la más perfecta simetría. Los resistores de 100 ohms 5 W son utilizados en el ajuste de las corrientes de reposo. Si las corrientes que circulan por ambas ramas del primario del transformador de salida no son idénticas, queda una corriente de magnetización residual que arruina en parte todos los esfuerzos por lograr un buen transformador de salida. Se medirán caídas de tensión iguales en cada par de válvulas opuestas; o sea, no es necesario que el primer par tenga la misma corriente de reposo que el segundo par, pero sí que las corrientes de cada par sean iguales.
Ahora le toca el turno a las etapas amplificadoras de tensión, incluído el driver de las válvulas de salida:
Una vez ajustadas las corrientes de reposo de ambas ramas, el único paso que nos queda es el equilibrio con señal, que se logra accionando el potenciómetro en la etapa de entrada hasta lograr recorte parejo de una onda senoidal, observada en un osciloscopio conectado a una resistencia de 8,2 ohms 200 W en la salida del transformador ( o bien ocho resistores de 68 ohms 25 W en paralelo). Se usa un generador ajustable de tal forma que con el potenciómetro del amplificador se hace parejo el recorte "a vista" en la pantalla del instrumento, para luego bajar la excitación y observar que los dos picos de la onda se tornan sinusoidales simultáneamente. Otra manera sería la de ajustar con un distorsímetro, pero no es un instrumento corriente en la mayoría de los talleres.
A continuación sigue el esquema de un egulador de 300 V 80 mA con una regulación típica del 0,01% y del 0,03% + 3 mV en el peor caso. Todas las masas de este circuito se retornan al punto de salida a la carga. El esquema de la fuente fue modificado a partir de una fuente regulada de tensión variable entre 0 y 300 V a 80 mA. El par de resistores marcados como R2 eran un potenciómetro de 300 K. De esta forma, con R2 de bajo valor, digamos 3.000 ohms, la salida sería de 3 V. Como el par darlington recibe 310 V fijos, aunque la tensión de ruptura del MJ413 es de 400 V, su área de operación segura con 310 V en colector limita la corriente de la fuente a 80 mA. Para una fuente regulada de 0 a 250 V esta corriente puede subir a 100 mA y R2 vale 250 K. Rs, el resistor limitador del circuito de protección, pasa a ser de 2,5 ohms y Co de 10 uF, mientras que en el colector hay presentes 260 V.
Este circuito es más que suficiente para la fuente + 300 V 1. En el caso de las pantallas de las cuatro válvulas de salida, no tengo datos de las corrientes para 800 V en placas. El manual llega hasta 600 V y 800 V es el máximo absoluto que se puede alcanzar. El ingeniero diseñador sacó todo el jugo posible a las 6550. Por esta fuente debería fluir una corriente máxima igual a 5 mA -que es la corriente mínima en la VR150- más dos corrientes máximas de pantallas. Como la VR150 no conduce más que 40 mA y el diseño original usa una serie, deberíamos esperar que esta fuera la variación máxima entre el consumo mínimo y el máximo, pero, ¿cuál es la corriente total que pasa por la resistencia limitadora del circuito original? Si esta corriente fuera mayor a 80 mA, obligaría a cambiar el par darlington por otro con área de operación segura más amplia. No hay que dejar de tomar en cuenta algo muy importante: la corriente máxima de la fuente dividida por el producto de las betas mínimas de cada transistor del par debe ser inferior a 0,5 mA, para que no se perjudique la regulación. El lector dirá que con 300 V fijos a la salida entre colector y emisor hay aplicados no más que 10 voltios. Esto es cierto cuando Co y el capacitor reductor de ruidos de 2 uF están cargados. No puedo asegurar que en el pequeño tiempo en que estos capacitores están a bajo voltaje no se produzca la ruptura secundaria en el darlington, si la corriente es superior a 80 mA. Es algo que habrá que resolver en la práctica u obteniendo datos precisos de las corrientes de pantallas en las condiciones de operación.
Es un circuito muy caro y no creo que haya muchos en condiciones de armarlo. De cualquier forma, y aunque yo soy un fanático del sonido triódico, este circuito de 200 W RMS podría estar entre los mejores en más de una competición. En 1962 representó el máximo que se podía lograr sin recurrir a grandes válvulas de transmisión de varios kilowatts y tensiones casi inmanejables en un taller modesto.
NOTA IMPORTANTE: Si existe alguna posibilidad de que se produzca una oscilación por acoplamiento, es fundamental colocar chisperos adecuados en las placas y las pantallas de las válvulas de salida.
