¿Cómo ajustar el bías de un amplificador?. Funcionamiento de una válvula

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Comienzo una serie de cuatro entradas en mi blog, en donde os voy a comentar de una forma muy sencillita como ajustar el bías en un típico ampli de guitarra como puede ser un Marshall.

En esta primera entrada os voy a explicar de una forma resumida los conceptos más importantes que una persona debería manejar acerca del funcionamiento de una válvula. Voy a tratar de introducir los mínimos conceptos teóricos para que nadie se me pierda, pero lógicamente un mínimo de teoría va a haber. Esta teoría es la justa para entender el funcionamiento de una válvula como elemento amplificador, y del porqué de la necesitad de una corriente de bías que tanto habras escuchado y que a lo mejor no tengas  muy claro que es.

En la segunda entrada os voy a comentar que es eso del punto de trabajo de la válvula y como podemos calcularlo de una forma gráfica y midiendo con un multímetro, como alternativa a la clásica resolución de las mallas de entrada y salida que podría sernos más engorroso.

En la tercera entrada os mostraré mediante un vídeo e instrumentación electrónica, como hacer el ajuste de bías en un amplificador y como comprobar el punto de trabajo de la válvula es el correcto en función de la potencia de la válvula.

Empezamos!!!

 

Para mi pequeña explicación teórica voy a partir de una válvula de triodo, que es la válvula más sencillita que realiza una amplificación. La válvula de triodo como su nombre indica «tri» tiene tres elementos fundamentales, el ánodo (no tiene nada que ver con el culo) el cátodo y la rejilla. A estos tres elementos hay que sumarle un cuarto elemento que sería el filamento. Para ver el funcionamiento de la válvula como un elemento de amplificación de tensión os voy a hacer un pequeño dibujo del circuito más sencillo que haría funcionar a una válvula. Es un circuito teórico, ya que faltan muchos componentes, pero es el circuito necesario para comprender el funcionamiento de una válvula. Vamos a identificar los siguientes elementos, para comprender la posterior explicación.

Generadores: Disponemos de tres generadores en este planteamiento teórico:

G1 es el generador de alterna que va a modelar a la señal que queremos amplificar, por ejemplo nuestra guitarra.

G2 es el generador de continua cuya función es la de establecer el punto de trabajo y polarizar la válvula para que esta funcione. Es lo que posteriormente llamaremos bías. G1 junto a G2 establecen el campo eléctrico E2 y es el campo que veremos más tarde que gobernara la amplificación.

G3 es el generador de continua que alimenta a la válvula entre el ánodo y el cátodo, es la tensión que va a alimentar la amplificación y la que por tanto va a permitir que se realice una amplificación de la señal de entrada. Este generador establece el campo eléctrico E1 en el interior de la válvula haciendo que fluyan electrones desde el cátodo hacia el ánodo.

triodo

 

¿Tienes sudores fríos ya? Tranquilo es normal, pero una vez hayas comprendido cómo funciona una válvula, empezarás a verle sentido a tu vida.

Antes de empezar a explicarte el funcionamiento de una válvula voy a comentarte el funcionamiento de una manguera, que es posible que no conozcas. Yo me crié en el campo, en concreto en Texas, allí saliamos a llevar ganado por el día y follarnos a nuestras primas por la noche. También teniamos un pequeño huerto. El huerto lo regabamos con una manguera, la manguera tenía un regulador en un extremo y una llave de paso en el otro extremo. Mi forma de regar era la siguiente, yo abría la llave de paso, la manguera se llenaba de agua pero no salía nada. ¿Por que? muy sencillo, yo tenía el regulador cerrado para que no empapase todo cuando yo abriese la llave de paso. Una vez que yo tenía la manguera en la mano, es cuando ya giraba yo el regulador y todo el agua que había dentro de la manguera salía en una cantidad y presión que era proporcional a como había yo ajustado ese regulador.

Pero vamos al turrón, y para ello vamos a comenzar analizando la malla de salida o lo que es lo mismo, el generador G3 y su circuito. Si nos fijamos G3 esta conectado al ánodo y al cátodo de la valvula, estableciendo una diferencia de potencial entre ambos y estableciendo a su vez un campo electrico en su interior. Dicho campo electrico sera estatico, ya que la tension de G3 es constante. Supongamos una diferencia de potencial constante A y por tanto un campo eléctrico E1 lineal Ax, (donde x es la distancia) el sentido de dicho campo electrico seria entonces del ánodo al cátodo. El campo eléctrico está ahí, tan felíz, no pasa nada, se ha establecido gracias a G3 hasta que decidamos apagar el generador (apagar nuestro ampli). En el momento en que nosotros metamos alguna partícula con carga eléctrica en el campo, la partícula estara gobernada por el campo, haciendo que se mueva dentro del mismo en funcion del tipo de carga que porte. Hasta aqui todo claro, parece que la cuestion va a ser meter particulas con carga en el interior de la valvula para que esta funcione como nosotros queremos, pero ¿de donde van a venir estas particulas?

Como ya te he dicho anteriormente los triodos tienen tres partes fundamentales, y seran estas tres partes las que entren en juego para crear la amplificacion. Ya hemos visto que existe un generador G3 conectado al anodo y al catodo de la valvula. Este generador, en si mismo es la fuente de alimentacion, y es lo que va a proveer al amplificador de energia (chicha) para amplificar la señal. ¿Como lo hace? de una forma muy facil, proporcionandole a la valvula todos los electrones necesarios para amplificar la corriente hasta donde se necesite (y hasta donde G3 sea capaz de proporcionar). Quiero que pienses en lo siguiente: imaginate que el generador G3 es una pila, ¿que pasa si nosotros unimos el polo positivo con el negativo? que se descarga, como consecuencia de que el polo negativo provee al positivo de todos los electrones. Y que es lo que ocurre fisicamente cuando una pila esta descargada, pues que ambos polos tienen la misma cantidad de electrones y por lo tanto el mismo potencial. El universo siempre tiende a un equilibrio, tiende a buscar su estado de energia potencial minima, y para ello va a tratar de modificar todas las circunstancias que esten a su alcance para llegar a su equilibrio. Por ejemplo una pila no es mas que un sistema en el que existe una diferencia de cargas entre sus bornas, en el polo positivo hay un exceso de cargas positivas debido a la ausencia de cargas negativas y en el polo negativo existe un deficit de cargas positivas en favor de un mayor numero de cargas negativas. Cuando unimos las dos bornas de una pila, el universo trata de restablecer el equilibrio, buscando la energia potencial minima y para ello comienza a pasar electrones desde el borne negativo hasta el positivo, siendo el final del ciclo cuando ambas bornas estan en equilibrio y poseen el mismo numero de cargas positivas y negativas respectivamente.

Esto mismo pasa en la valvula, el generador G3 trata de transferir todos los electrones que puede desde su borna negativa hacia la positiva segun le dicta el universo para quedarse con una energia potencial minima. Sin embargo el cable que une ambas bornas esta interrumpido por la inclusion de la valvula. La naturaleza del electron va a ser la de saltar del catodo al anodo, para tratar de esta forma de cerrar el circuito, a traves del vacio e igualar el potencial de ambas bornas. En eso se basa la amplificacion, en precisamente hacer que salten muchisimos mas electrones (proporcionados por la fuente de alimentacion G3) entre el anodo y el catodo, que los electrones que por si esta proporcionando G1 que es nuestra guitarra y que estan entrando a la valvula a traves de la rejilla. Pero aqui no acaba todo, de momento solo hemos conseguido que los electrones que salen de la valvula sean mas que los que entran en la valvula, gracias a G3, pero estos electrones aun no son una copia amplificada de los electrones que entran en la valvula y lo que queremos es que los electrones que salen de la valvula sean una copia amplificada de los electrones que entran en la valvula. De momento nuestros electrones estan saltando todos a la vez de una forma constante, sin que alla nadie que les regule el paso. Sigue leyendo el siguiente parrafo y de momento quedate con esto en la mente: G3 nos va a proporcionar los electrones necesarios para amplificar la corriente que entra en la valvula proveniente de G1.

 

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Realmente el hecho de que los electrones salgan disparados hacia el ánodo a lo loco no tiene mucho sentido, a no ser que lo que queramos hacer es un diodo. Si los electrones salen volando a lo loco no tenemos ningun elemento que regule la amplificación, seria una corriente de continua y no de alterna, como a la que estamos acostumbrados a utilizar para transportar informacion.

Como lo que queremos es hacer un sistema de amplificación, vamos a necesitar de algún elemento que controle dicha corriente de electrones del catodo al anodo, y este elemento va a ser la rejilla.

La rejilla es el regulador que yo tenía en la manguera con el cual yo decidía cuanta agua iba a salir por la boca de la misma. Se podria decir para entendernos que la rejilla, es un conductor que está situado entre el ánodo y el cátodo y el cual es el que regula la cantidad de electrones que pasan hacia el ánodo. La rejilla es un conductor que está puesto a un potencial respecto al cátodo, potencial debido a G1 y G2, por lo tanto se establecerá una segunda diferencia de potencial dentro de la válvula entre la rejilla y el cátodo, y por tanto un segundo campo eléctrico E2. El campo eléctrico E2, no va a ser un campo eléctrico fijo y estático, como lo era E1. La diferencia entre ambos campos radica en que el generador G1 (nuestra señal de la guitarra) es una señal de alterna, que presenta unas fluctuaciones en el tiempo, por lo tanto el campo E2 va a ser también variable en el tiempo y como consecuencia va a variar proporcionalmente la primera fuerza a la que los electrones se van a ver afectados, la que se produce entre el catodo y la rejilla. En definitiva esta variabilidad en el tiempo lo que va a controlar la amplificación en la valvula. Y por fin hemos llegado al punto que queriamos, los electrones que saltan del catodo al anodo son inicialmente sometidos al campo E2, campo que varia con el tiempo, segun varia G1, con lo que los electrones que saltan del catodo al anodo, que son los electrones proporcionados por G3 y son los electrones propios de la amplificacion, al estar sometido al campo E2 variable en el tiempo y proporcional a G1, estaran construyendo en el anodo cuando se recojan, una corriente que es proporcional a las variaciones de G1.

Lo más importante de este ultimo parrafo es comprender que G1 modula el campo eléctrico E2 y que por tanto actua sobre los electrones que saltan desde el catodo hacia el anodo, modulando de esta forma la corriente de salida del anodo.

Llegados a este punto os tengo que confesar una pequeña mentira, el dibujo no está a escala, está hecho para que la gente pueda ver muy bien todos los elementos. La realidad es muy diferente, la realidad es que todos los elementos son coaxiales, y la realidad es que rejilla, filamento y cátodo forman un primer bloque de elementos que están eléctricamente muy cerca entre sí, mientras que el ánodo, suele estar a una distancia eléctrica considerablemente mayor de este primer bloque (eléctricamente está a tomar por el culo). Por lo tanto el campo E2 es el primero que gobierna  que es lo que pasa con los electrones que se escapan del filamento, anulando cualquier acción del campo E1. Una vez que la partícula a atravesado el campo E2 ya es totalmente gobernada por el campo E1.

Otra cosa muy importante y que nos servirá para comprender el concepto de bías, es que si la diferencia de potencial entre la rejilla y el cátodo es cero, es porque el campo eléctrico es constante, es decir ya no es Ax como pasaba en E1, en donde el campo eléctrico dependia de la distancia, en E2 si la diferencia de potencial es cero, el campo será una constante, A, es decir el campo eléctrico será exactamente igual para cualquier punto, no dependiendo de la distancia, y siendo la fuerza que el campo ejerce sobre una particula igual a cero, por lo tanto las particulas no se moverán y no se producirá una flujo de electrones entre el catodo y la rejilla.

Quizás estos últimos parrafos te hayan explotado la cabeza. Así que vamos a utilizar un simil no muy riguroso, pero que nos puede ayudar a comprender cómo funciona esta interacción entre el campo E1 y el campo E2 y como la rejilla y sus potenciales son los que realmente se encargan de regular la amplificación.

Supongamos que la rejilla, es una placa metalica situada justo entre el ánodo y el cátodo. Supongamos que es una rejilla, tal cual conocemos todos, como si fuese un colador, en el cual nosotros podemos regular la anchura de los agujeros existentes en el colador. Supongamos que los electrones que se escapan del catodo son dirigidos hacia el ánodo y para ello tienen que atravesar la rejilla que es un colador. El número de electrones que llegará será proporcional a la anchura de los agujeros del colador, llegando más electrones cuanto más anchos sean los agujeros. Supongamos que la anchura de los agujeros está regulado por la tensión del generador G1, de tal forma que cuanto mayor sea la tensión de G1, mayor será el ancho de los agujeros y mayor será el número de electrones que llega hasta el ánodo y viceversa. Como en nuestro caso la señal de nuestro generador G1 es una sinusoide variable en el tiempo los agujeros se van a estar haciendo más grandes y mas pequeños en funcion de como varie la señal que llega hasta la rejilla, señal que está siendo generada por G1. De esta forma hasta el anodo, estará llegando una cantidad de electrones cuyo flujo varía en el tiempo lo mismo que varia G1. Como el filamento está desprendiendo un flujo de electrones mayor que el que podría aportar G1, el resultado final es que en el ánodo estamos recogiendo una réplica amplificada pero invertida de la señal generada por G1.

Resumiendo, el generador G3 que es la fuente de alimentacion en si misma esta conectada entre el anodo y el catodo, es el encargado de proveer de electrones para que se realice la amplificacion. El generador G1 es el encargado de regular esta amplificacion. Y el generador G2 es el que permite establecer la tension de polarizacion que permite a la valvula ponerse a conducir los electrones.

Y voila, se hizo la amplificación de la señal de entrada. A partir de aquí te emplazo a la siguiente entrega en donde partiré resumiendo de que es lo que pasa si la ddp entre rejilla y cátodo es cero, qué es y porqué se necesita el generador G2 para fijar la tensión de bias y como fijar el punto de trabajo con las gráficas de una forma muy sencilla.

 

Feliz metida y sacada de año!!!

 

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