Diseño y desarrollo de un amplificador de audio con etapa de potencia con tecnología de válvulas

Abstract

El objetivo del presente trabajo fin de carrera es el del diseño y construcción de un amplificador a válvulas. “¿Válvulas en el siglo XXI?” podrá preguntarse. La respuesta es sí, y en el presente documento se procederá a explicar y detallar el porqué de esta elección un tanto peculiar al principio para alguien ajeno a este apasionante mundo del audio analógico a válvulas. Desde el descubrimiento el efecto termoiónico por Édison y posteriormente la invención de la válvula triodo en 1906 por el Dr. Lee de Forest, todos los dispositivos electrónicos que se desarrollaron (radio, amplificadores de audio, televisores, ordenadores, etc.) utilizaban las válvulas como dispositivo amplificador, hasta que en 1947 los físicos estadounidenses Bardeen, Brattain y Shockley inventaron el primer transistor de contacto de germanio, iniciándose entonces el declive de la válvula como dispositivo amplificador, aunque no su desaparición total, ya que aun a día de hoy las válvulas presentan ciertas características frente a los transistores que las hacen más útiles frente a los transistores. En el presente trabajo, sólo nos referiremos a las ventajas en el terreno del audio de alta fidelidad. Se introducirán y repasarán aspectos tales como un poco de historia previa, teoría general del audio analógico, teoría sobre las válvulas… para acabar finalmente diseñando un amplificador de potencia de audio con válvulas y posteriormente proceder a su montaje, puesta en marcha y verificación del sistema. Se asumirá por otra parte, que el lector tiene conocimientos básicos sobre electrónica (los distintos componentes, ley de ohm, leyes de kirchoff, corriente continua, corriente alterna, distorsión armónica total, pequeña señal, etc.…) sobre los que se irá desarrollando el diseño del amplificador. Con el fin de facilitar el objetivo de este trabajo, se dividirá el contenido en diferentes capítulos que se detallan a continuación en el índice, así como un anexo sobre la seguridad a la hora de trabajar en un amplificador de este tipo.

The ultimate design goal of this document is the building and design of a tube amplifier. “Tube Amplifiers in XXI century?” you may wonder. The answer is yes, and this document will proceed to explain and detail this somewhat peculiar choice at first for someone outside the exciting world of analog tube audio. Since the discovery of the thermionic effect by Thomas Alva Edison and the later invention of the triode valve in 1906 by Dr. Lee de Forest, all the electronic devices that were developed (radio, audio amplifiers, televisions, computers, etc.) used the valves as an amplifying device until in 1947 the American physicists Bardeen, Brattain and Shockley invented the first germanium transistor, beginning then the decline of tubes as the preferred amplifier device, although not its total disappearance, since even today tubes have certain characteristics that make them more useful for some applications that transistors. In this paper, we will only refer to the advantages in the field of high-fidelity audio. Aspects such as previous history, general analog audio theory, tube theory, etc. will be introduced and reviewed, and finally, we will design an audio power amplifier with tubes and then proceed to build, test and verify our tube amp. On the other hand, it will be assumed that the reader has basic knowledge about electronics (electronics components, ohm's law, Kirchhoff’s laws, direct current, alternating current, total harmonic distortion, small signal, etc.) that will be necessary in order to develop the design of the amplifier. So, in order to facilitate this hard work, we will divide in different chapters the details, that are detailed below in the index, as well as a Annex describing the safety procedures to work with a tube amp.