¡Ah!, los amplificadores a válvulas son maravillosos, suenan fantásticos... hasta que las válvulas dejan de funcionar bien. Las operaciones de substitución de las válvulas del previo son sencillas: se apaga el amplificador, se cambia la válvula en cuestión, se vuelve a encender y todo funciona de maravilla.
Las operaciones de substitución de válvulas de potencia pueden complicarse algo más. La complicación empieza cuando tu amplificador requiere retocar el bias, tras substituir las válvulas.
¿Pero bias no fabricaba brandy?. Mmm...
Vale, ha llegado el momento de aclarar que es el bias (desde un punto de vista guitarrero y poco electrónico) y en que consiste el ajustar el bias en las válvulas de potencia.
El triodo
El triodo es un dispositivo electrónico con tres patas conductoras (triodo, significa 3 caminos, derivado del Griego).
Una de las patas se conecta al polo negativo (cátodo o emisor) y otra de las patas al polo positivo (ánodo, colector, placa o plate, en inglés).
Al calentarse el cátodo, libera los electrones de los que está cargado. Estos electrones negativos, se mueven dentro del vacío de la válvula hacia el ánodo que, al estar fuertemente cargado positivamente, los atrae.
Mientras tuvieramos el cátodo caliente, sin ningún otro elemento regulador, tendríamos un haz de electrones viajando de forma constante entre el cátodo y el ánodo. Pero el triodo es una válvula electrónica y, análogamente a como un grifo regula el flujo del agua, el triodo necesita un tercer elemento para regular el flujo de electrones.
Nuestra tercera pata es la rejilla de control. La rejilla se coloca entre el cátodo y el ánodo y se carga con la misma polaridad que el cátodo.
Cuando está en plena carga, como tanto la rejilla como el cátodo tienen la misma polaridad y voltaje, cualquier electrón emitido por la placa es automáticamente repelido por la rejilla, volviendo a la placa.
A medida que va disminuyendo el nivel de carga de la rejilla, el ánodo (positivo) es capaz de atraer parte de los electrones que no es capaz de repeler la rejilla y, evidentemente, si no hay corriente en la rejilla, todos los electrones emitidos por la placa son atraidos al ánodo.
En el amplificador de guitarra, los triodos son válvulas electrónicas empleadas para amplificar una señal.
El cátodo o emisor, mantiene un bajo voltaje negativo, mientras que el ánodo o colector, tiene un alto voltaje positivo (para poder atraer los electrones liberados).
En el caso que nos ocupa (los amplificadores de guitarra) la señal, tras atravesar las válvulas del previo y el inversor de fase, entran en la válvula de potencia a través de la rejilla. Es decir, a medida que tocamos, la rejilla va variando su voltaje inversamente, de forma que el tamaño e intensidad del haz de electrones entre el cátodo y el ánodo varía.
Los triodos se implementan en electrónica: con componentes de estado sólido, como transistores y; también en forma de tubos de vacío, conocidos como tubos o válvulas electrónicas.
Un transistor requiere tan solo las 3 patas vistas arriba para funcionar, aunque sus nombres cambian: colector = ánodo, emisor = cátodo o placa, base = rejilla de control.
Una válvula requiere como mínimo de 5 patas: las tres descritas arriba y 2 patas más utilizadas para el filamento. El filamento es un trozo de hilo que se calienta al aplicarle una corriente, de forma análoga a cómo los filamentos de las bombillas se calientan. El filamento calienta el cátodo a altas temperaturas. Sin filamento no hay emisión de electrones (no hay sonido).
Por tanto, la válvula de tubo más básica tendrá las siguientes patas:
- Cátodo o emisor (cargado negativamente, emisor de electrones bajo calentamiento)
- Ánodo o placa o colector (fuertemente cargado positivo, atrae los electrones liberados por el cátodo)
- Rejilla de control o base (regula el flujo de electrones y, está conectado a la señal a amplificar)
- Positivo del filamento (para calentar la placa)
- Negativo del filamento (para calentar la placa)
BIAS
Se define como Bias a la cantidad de voltaje negativo aplicado a la rejilla de un tubo, con respecto a su cátodo o, a la intensidad de la corriente que emana el tubo (en el ánodo) cuando no hay corriente en la rejilla.
Un amplificador que opera en clase A inyectará la señal de entrada (pre-amplificada) en la válvula de potencia a través de la rejilla de control en todo su ciclo. Puesto que la señal de entrada es sinoidal, mostrará picos positivos y negativos o, más bien, la mitad de la curva en positivo y la mitad de la curva en negativo.
El bias marca el punto intermedio (o cero de la onda sinoidal), de forma que toda la señal que entra por la rejilla pueda ser amplificada sin recortes en ninguno de sus picos.
Si nos desviamos de las especificaciones bias de fábrica, lo que obtenemos es un recorte (interrupción del sonido) o por abajo o por arriba (según estemos bajo o sobre el bias de fábrica) de alguna de las fases (o negativa o positiva).
En un amplificador operando en clase AB, el inversor de fase (o driver), separa las fases de la señal y envía cada una, por separado a una válvula (o grupo) de potencia. A grosso modo, la mitad de la onda (positiva) es enviada a una válvula y, la otra mitad (negativa) a otra válvula. Al gestionar solo la mitad de la onda, existe más margen para la amplificación de esa sola mitad.
Al trabajar con solo la mitad de la señal, el margen hasta el recorte es mucho mayor, así como el rango de amplificación posible. Sin embargo, el bias tiene mucha importancia sobre la distorsión crossover.
La distorsión crossover se produce cuando en el ciclo push/pull del amplificador, una válvula deja de trabajar sobre su parte de la onda (positiva, por ejemplo) para darle paso a la válvula que maneja la otra parte de la onda (negativa, por ejemplo).
Durante este periodo de transferencia, un bias incorrecto produce distorsión en la onda final resultante (la suma de la producida por ambas válvulas) en los puntos cercanos a cero (donde se produce el relevo de una a otra válvula).
De nuevo, un alejamiento del bias correcto, incrementará el nivel de distorsión crossover.
Aparte de la fidelidad en la amplificación de la señal sonora original, existen muchos otros aspectos técnicos donde influye el bias. Digamos que el bias representa el punto justo donde la válvula opera con una temperatura óptima, para amplificar de forma óptima la señal con un nivel de distorsión óptimo.
Cathode Biasing
La gran mayoría de amplificadores de baja potencia (hasta 20 ó 30 W) que están usando válvulas de potencia tipo EL84, utilizan el método Cathode Biasing.
En este método el bias se genera por la caída en voltaje a través de una resistencia directamente conectada al cátodo.
La rejilla se referencia a tierra, a través de una resistencia de valor fijo y, la corriente que fluye a través de la resistencia del cátodo produce un voltaje positivo en el cátodo, con respecto a la rejilla. Lo que, en esencia, equivale a hacer la rejilla negativa respecto al cátodo (también negativo).
Los amplificadores que montan válvulas de potencia con Cathode Biasing, no necesitan ajustar el bias al cambiar las válvulas de potencia. Por decirlo de alguna forma, autoajustan el bias automáticamente.
Son generalmente menos eficientes pero, mucho más cómodos, ya que no requieren intervención de un técnico que ajuste el bias correctamente.
Mi Vox Night Train (15W) y mi Koch Studiotone (20W), ambos con válvulas de potencia EL84, son Cathode Biasing y, por tanto, puedo cambiar las válvulas de potencia en cualquier momento. Lo que hace muy fácil probar modelos de distintos fabricantes.
Se apaga el amplificador, se cambia la válvula, se enciende el amplficador y... ¡a tocar!.
Fixed Biasing
La gran mayoría de amplificadores de mayor potencia y, generalmente, los que montan válvulas tipo EL34, 6L6, 6V6, KT66 y KT88 suelen utilizar el método de fixed biasing.
Mediante este método, se establece el bias usando un voltaje CD (corriente continua, pila, batería) negativo en la rejilla con respecto al cátodo.
Este nombre puede resultar confuso porque, el amplificador puede tener un potenciómetro variable (trim pot) que debe ser ajustado, lo que parece contrario a "fijo". Se denomina así por diferenciarlo del método Cathode Biasing y, lo que se cambia es el valor de la resistencia tras cada cambio de válvula de potencia, a partir de ahí y, hasta el próximo cambio, ese valor es "fijo".
Valores objetivo del bias
Puesto que solo tenemos que pelearnos con amplificadores "fixed-biasing", vamos a ver qué valores de bias nos ofrece el fabricante.
El fabricante puede expresarnos el valor de fábrica del bias de dos formas distintas:
- En amperios (por ejemplo: 19 mA)
- En voltios (por ejemplo: -63V)
Si nos dan el valor en voltios, pueden referirse al voltaje que debe tener la rejilla cuando no hay señal de entrada, a la salida del trim-pot.
Por tanto, los puntos de medición del bias en los amplificadores pueden ser distintos: antes del tubo, en el pin de la rejilla, leemos voltaje; después del tubo, en el pin del ánodo o placa leemos amperaje, generalmente.
Es importante conocer dónde están midiendo nuestros aparatos y, a qué medición se refiere el fabricante cuando nos indica el bias.
Procedimiento de regulación del bias
La ley de Ohm, que relaciona las distintas magnitudes que identifican un circuito, sigue la fórmula:
R = V / I
Es decir, el valor de la resistencia del circuito, es el valor de su voltaje (diferencia de potencial eléctrico) dividido entre la intensidad de la corriente.
Por tanto, un aumento en el valor de la resistencia en ohmnios supone un aumento del voltaje y/o una disminución en la intensidad y, una disminución de la resistencia supondrá una disminución del voltaje y/o un aumento en la intensidad.
El potenciómetro de ajuste del bias es una resistencia que puede tomar diferentes valores (por decir algo, desde 600 Ohms hasta 1 MOhm), cada cambio en el ajuste de dicho potenciómetro variable repercute en la intensidad y voltaje medido tras la resistencia.
Cada vez más frecuentemente, los fabricantes están proporcionando puntos de ajuste del bias en el chasis del amplificador y en la "zona noble" (donde están las válvulas), quedando ocultas las partes peligrosas del circuito, donde se mantienen elevados voltajes e intensidades que pueden matar si se tocan accidentalmente. Los condensadores electrolíticos mantienen sus altas cargas durante mucho tiempo después de haber desconectado el amplificador y, por tanto, un contacto accidental puede ser mortal.
ES ALTAMENTE RECOMENDABLE QUE EL AJUSTE DEL BIAS LO LLEVE A CABO UN TÉCNICO CUALIFICADO, POR EL ALTO RIESGO DE MUERTE ACCIDENTAL.
Los puntos de medición del bias pueden haberse derivado del pin de la rejilla (voltaje) o del pin del ánodo (amperaje), es algo que hay que aclarar con el fabricante.
Para ajustar el bias, necesitaremos: primero localizar los puntos de medición proporcionados por el fabricante, después conocer el valor objetivo (en voltios o amperios), tercero identificar el potenciómetro de ajuste. Como herramientas, necesitaremos un destornillador de punta plana (para mover el tornillo de ajuste del potenciómetro) y, un multímetro, que nos permita realizar lecturas de amperaje y/o voltaje en los puntos de medición.
El procedimiento es sencillo (a la par que peligroso, tal y como hemos advertido). Se lee el voltaje o amperaje que está ofreciendo el tubo o pareja de tubos en ese momento y, se mueve el potenciómetro en uno u otro sentido, delicadamente, hasta obtener la lectura del valor bias objetivo.
Los amplificadores que no cuentan con puntos de medición de bias son los más peligrosos, puesto que requieren realizar mediciones en la "parte baja" del circuito, es decir, donde están los elementos realmente letales y cuyo contacto accidental puede provocar nuestra muerte y, si sobrevivimos, la muerte del amplficador.
Para evitar estos peligros, existen herramientas más seguras de medición, como el BiasMaster de T.A.D., que consisten en colocal un zocalo medidor entre el zócalo del amplfiicador y la nueva válvula, midiendo directamente las magnitudes necesarias (voltaje y/o amperaje) para cada válvula independientemente.
Si el potenciómetro de ajuste sigue en la "zona baja", el riesgo continua de todas formas pero, al menos, seremos capaces de ajustar el bias tanto si nos dan el valor en voltios como en amperios, sin tener que puentear las partes del circuito en la zona peligrosa.
Doble triodos, Pentodos, etc
Hemos visto que el tubo más básico (el triodo) requiere cinco patas para funcionar, sin embargo, la mayoría de los tubos empleados en amplificadores tienen más de 5 patas.
En pre-amplificación, nos encontramos con tubos de 9 pines (12AX7 y familia) y, en potencia, de 8 y 9 pines. ¿Les sobran patas?.
La verdad es que casi todos los tubos de la etapa de pre-amplificación (12AX7 y familia) de un amplificador de guitarra tienen DOS triodos independientes dentro del tubo y, así le crecen las patas:
- cátodo 1
- ánodo 1
- rejilla 1
- cátodo 2
- ánodo 2
- rejilla 2
- positivo filamento 1
- positivo filamento 2
- negativo común filamentos
Los tubos de potencia son, generalmente pentodos y, su número de patas crece según la cantidad de rejillas de control que incorporan. Cada nueva rejilla que se incorpora al tubo tiene una función determinada e intenta solventar alguno de los problemas derivados de la propia naturaleza de las válvulas electrónicas de tubo.
Por ejemplo, se incorporó una segunda rejilla (screen), llamada pantalla, para evitar ciertos problemas derivados de su comportamiento como condensador parasitario, pasando el triodo a convertirse en un tetraodo.
La inclusión de la pantalla, añadió un segundo problema: las emisíones secundarias. Así que se añadió una tercera rejilla de control para controlar las emisiones secundarias. Pasando el tetraodo a convertirse en un Pentodo.
La mayoría de tubos de potencia montados en los amplificadores de guitarra son Pentodos.
Algunos amplificadores vienen con un interruptor que permite utilizar el triodo básico del pentodo, como una forma de bajar la potencia de amplfiicación de dichos tubos (como el caso del Vox Night Train, que viene con un interruptor para cambiar entre Pentodo / Triodo).
Standby del amplificador
¿Por qué ponemos el amplficador en standby unos minutos antes de tocar?.
Igual que los motores diesel requieren que se caliente el filamento que ayuda a provocar la combustión del gasoil, las válvulas necesitan que su cátodo se caliente (mediante los filamentos), para que se establezca el flujo inicial de electrones (nivel de bias en iddle current).
Si esperamos a que esto ocurra, el circuito queda regulado establemente. Si no esperamos a que esto ocurra, al no darse las condiciones de control adecuadas del flujo de electrones, acabamos con la vida de la válvula mucho más rápidamente.
Conjuntos pareados de válvulas (matched sets)
Para amplificadores que siguen el método de fixed-biasing, es una buena idea comprar más válvulas idénticas de las que el amplficador necesitará. ¿Por qué?.
Los matched sets, son conjuntos de válvula que presentan el mismo valor, o muy aproximado, en las distintas variables que se controlan: TC (transconductancia), PC (corriente en placa), etc.
Si nuestro amplificador tiene 2 valvulas de potencia y compramos 4, 6 u 8 válvulas en un conjunto pareado (con las mismas características) entonces, necesitaremos ajustar el bias tan solo para el primer par de válvulas de ese conjunto.
Como el resto de válvulas son idénticas (o casi), los ajustes para el primer par nos servirán para el resto de pares del conjunto y, por tanto, una vez substituyamos el primer par para el que hemos hecho el bias, podremos poner un par nuevo y, enchufar el amplificador sin tener que pelearnos con los ajustes del bias.
