¿Cómo es posible que el amplificador de audio sea malo?

El uso de opamps en amplificadores puede simplificar drásticamente su diseño, pero los opamps no son perfectos. Si tuvieran una amplificación infinita en todo su ancho de banda, tenderían a oscilar , por lo que reciben una compensación interna, lo que limita su ancho de banda. Un ancho de banda limitado hace que el amplificador sea propenso a Distorsión de Intermodulación Transitoria (TIM), un tipo de distorsión mucho más molesto que la distorsión armónica (HD).

  

La razón por la que solo se publica HD, y TIM nunca, es que es mucho más fácil obtener figuras HD atractivas. ¿A quién no le impresionaría una cifra como 0.01% de distorsión armónica? La mayoría de los clientes no se dan cuenta de que esta cifra es totalmente irrelevante porque la distorsión total del sistema está determinada en su mayor parte por los oradores, lo que agrega fácilmente un poco de distorsión porcentual.

La etapa de potencia tampoco está exenta de problemas. Los amplificadores de clase A apenas se usan debido a su baja eficiencia. Los amplificadores de clase B o AB tienen una distorsión de cruce donde un transistor toma el control del otro. Esta es una distorsión no lineal que no puede ser compensada por retroalimentación . Puede que no sea cierto. Si alguien puede iluminar aquí, me encantaría escucharlo. .

Una cita final en opamps:

  

"No existe tal cosa como un amplificador operacional incondicionalmente estable a menos que se encuentre en la mesa con la alimentación desconectada" [ 1 ]

Lectura adicional
[1] Intersil appnote AN9415: Comentarios, amplificadores operacionales y compensación

Pregunta interesante: la respuesta (bueno, mi respuesta) es que puedes hacer un gran amplificador de audio de esta manera. Aún tendría que prestar atención a la etapa de salida y al diseño general, pero el uso de opamps no es un problema (y es muy común en la actualidad para amplificadores básicos y baratos con un buen rendimiento). Si bien los opamps son herramientas convenientes y hay algunas excelentes y modernas disponibles, hay muchas formas de utilizarlas para lograr un resultado pobre si no presta atención a los detalles.

Sin embargo, esto no significa que la gente lo comprará, y los diseñadores lo saben, por lo que todavía obtienes amperios "Hi-Fi" basados en válvulas de gama alta que cuestan > £ 2000 con 2% de THD. Tal vez podría decir que la intención era de hacer un amplificador "malo" aquí ya que (irónicamente) ganará más dinero. Desafortunadamente, "genial" significa muchas cosas diferentes para muchas personas diferentes. < br> Hay algunos en el campo subjetivista que básicamente han decidido que el oído humano es más preciso que cualquier otra herramienta de medición, y puede escuchar cosas que ninguno de ellos puede ver. Por lo tanto, siempre pueden decir "Sí, su THD + n es de hecho < 0.001% de 20Hz-20kHz pero no está permitiendo un efecto no medible x con su diseño, y es por eso que no suena bien al oído"

Si lo único que importaba era el deseo de la perfección técnica, entonces cosas como los cables libres de oxígeno que cuestan cientos nunca llegarían al mercado :-)

Creo que es posible que desee leer el "Diseño de audio de pequeña señal" de Douglas Self y el "Manual de diseño de amplificador de potencia de audio"
He descubierto que es una gran autoridad en tales asuntos. Sus libros discuten el uso de opamps y transistores discretos. Sopesa las fortalezas / debilidades que incluyen una gran cantidad de datos de pruebas de la vida real, y da ejemplos en los que puede obtener un mejor rendimiento con transistores discretos.

De hecho, en la electrónica de consumo, es común que los amplificadores de audio de baja a mediana potencia estén completamente en un chip, apodado "amplificador de chip".

Uno de los problemas es que la mayoría de los amplificadores operacionales baratos a los que alude no tienen una variación de voltaje lo suficientemente amplia para impulsar una etapa de salida que, por sí misma, no tiene ganancia de voltaje. Si un amplificador operacional funciona con +/- 15V máx., Y después de eso colocamos una etapa de potencia, la oscilación de salida todavía está limitada a +/- 15V. Hay amplificadores operacionales que funcionan con voltajes significativamente más altos, pero se vuelven caros.

Agregar más ganancia de voltaje después del amplificador operacional, de manera que la ganancia está incluida en el ciclo de retroalimentación global, es riesgoso y niega parte del beneficio de ahorro de espacio y costos, ya que entonces hay más complejidad expresada en componentes discretos que solo una etapa de salida.

Sin embargo, a veces esto se hace. Por ejemplo, eche un vistazo al Marshall 8008 amplificador de guitarra para montaje en rack. Un amplificador operacional controla una etapa de amplificación de voltaje adicional seguida de una etapa de salida. El VAS es interesante: utiliza un par de transistores complementarios en base común, con bases atadas a los rieles de +/- 15V respectivamente. La retroalimentación se toma directamente de la etapa de salida, por lo que la ganancia adicional se incluye en el bucle de retroalimentación. Aunque el amplificador operacional está compensado internamente, este VAS conectado tiene su propia compensación en forma de C15 y C17. La ganancia de bucle abierto completo del amplificador operacional no se usa, ya que tiene una retroalimentación local a través de R3, y R45 también parece desempeñar un papel para proporcionar una ruta de retroalimentación más local dentro de la global.

En resumen, si el cambio de voltaje de salida está dentro del rango de un amplificador operacional típico (o incluso más allá), no hay ninguna ventaja en usar un amplificador operacional, ya que puede usar un amplificador de chip como un LM3886. Sin embargo, el uso de amplificadores operacionales como punto de suma de realimentación, con una etapa de salida discreta, no es desconocido.

También hay que tener en cuenta los requisitos de unidad de la etapa de salida. Un amplificador clasificado para una potencia de salida promedio de 100 vatios en una carga de 8 ohmios, que utiliza una etapa de salida estándar de emisor-seguidor, requerirá una oscilación de aproximadamente +/- 40 voltios pico a pico desde la etapa del controlador. Los controles ópticos que pueden generar estos 'altos' voltajes son significativamente más caros que los amplificadores operacionales de audio ordinarios. Además, sigue existiendo el problema de sesgar la salida correctamente y garantizar que la polarización sea estable a la temperatura; el uso de un opamp como controlador no resuelve mágicamente este problema.

Hay formas de usar transistores discretos en las etapas del controlador y de la salida, junto con los circuitos de polarización asociados, y usar una opamp como controlador, como la nota de aplicaciones aquí . Estos circuitos parecen ser principalmente para aplicaciones de alta velocidad, sin embargo, y qué ventaja tienen. no está claro para el audio de alta fidelidad (donde el objetivo establecido es tener la menor cantidad de etapas de ganancia posibles y hacer que cada una de ellas sea lo más lineal posible anterior a la retroalimentación aplicada)