MOSFET Vs. ZERO FEEDBACK

A mediados de la década del setenta se desarrolló en europa un concepto sobre las ventajas de amplificadores con baja realimentación global. Se dice que los amplificadores realimentados presentan problemas porque la señal realimentada "tarda" un tiempo en retornar a la entrada y que esto hace perder calidad y ¨naturalidad¨al sonido. Además se dice que el factor de amortiguaiento (damping factor) mejora en los amplificadores con poca realimentación.

Hoy la discución continua pero restringida a la cantidad de realimentación.

La realidad es que se pueden obtener excelentes resultados con una sinergia de realimentación local y realimentación global.

Para ampliar esto último exploremos un poco el concepto de "retardo entre la salida y la entrada". La energía electromagnética se desplaza dentro de un conductor a una velocidad de 230.000 km/s. Esto quiere decir que un cable de 23 cm de largo (distancia comparable a las dimensiones de un amplificador) es atravesado por una onda electromagnética en 1 nanosegundo, el cual es el período de una señal de 1Ghz. Una señal de 20.000 Hz tiene una longitud de onda dentro de un conductor de 11,5 Km o 11.500 metros. Por lo tanto el concepto de "retardo" no es aplicable a un amplificador de audio, sino intente colocar un cable 11.500 m de largo dentro de su amplificador.

Cuando en un artículo sobre realimentación o factor de amortiguamiento Ud. lea "retardo" lo que debe leer es "fase", y la fase es inherente a las reactancias propias de los dispositivos de entrada, drivers y salida y las características de transferencia de los realimentadores locales y globales.

No puede evaluarse con seriedad si la realimentación es mucha o poca si no se tiene en cuenta que tipo de dispositivos y topologías están involucradas en el diseño. 

 

Hagamos Historia:

Los problemas con los amplificadores de principio de los años 70 son dos: el criterio de diseño y los dispositivos semiconductores con que se contaba.

Se consideraba a un amplificador de audio como un amplificador operacional, es decir alta ganancia y un polo dominante, en general en la etapa de entrada, que hacia al amplificador estable al cerrar el lazo en cualquier condición. Es más, vemos en muchos diseños de la época un operacional, tipo UA741, a la entrada del circuito para aprovechar el par diferencial y el polo dominante.

Sabemos que un polo dominante a baja frecuencia, generalmente 10Hz, trae dos problemas: uno compuesto por dos fenómenos de naturaleza semejante, el slew-rate y el recorte por intermodulación, y el otro, la degradación del factor de amortiguamiento por la caida de la ganancia de lazo a frecuencias medias.

Se debe tener en cuenta, para el correcto entendimiento, que estos procesos dinámicos, como el slew-rate y el recorte por intermodulación, son fenómenos independientes de la realimentación pues, al presentarse, la realimentación esta cortada (ver*)

Para solucionar estos problemas se modificó el criterio de diseño. Hoy se busca que el ancho de banda de potencia, es decir a máxima excursión de tensión, sea mayor que el de pequeña señal, es decir cuando cae 3db de frecuencias medias.

Para conseguir este criterio hace falta dos cosas: en primer lugar par diferencial de entrada con componentes discretos, resistores degeneradores de emisor, o sea realimenación local y apropiada corriente de polarización(ver*) y en segundo lugar dispositivos excitadores y de salida muy rápidos, es decir MOSFETs, a fin de correr el polo de la etapa de entrada, que ya no es dominante, hasta aproximadamente 15000 Hz.

Con estos dos criterios de diseño, el amplificador con realimentación múltiple con componentes discretos y transistores MOSFETs a la salida es la mejor opción como etapa de potencia de audio al día de hoy.   

*Un análisis muy completo puede verse en Gray & Meyer "Analysis and Design of Analog integrated Circuits" John Wiley and Sons. 1977 pag. 541 y siguientes.

 

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