¿Qué son los FET y cuál es su función en el diseño de micrófonos?
Al mirar los catálogos de micrófonos de condensador, es bastante común ver los términos FET o de estado sólido que se usan para describir el micrófono. Muchos condensadores del mercado actual tienen FET o JFET en su diseño.
¿Qué son los FET y cuál es su función en el diseño de micrófonos? Los FET (transistores de efecto de campo) son dispositivos eléctricos activos que utilizan un campo eléctrico de una cápsula de micrófono para controlar un flujo de corriente que es, en última instancia, la señal del micrófono. Los FET toman la señal de alta impedancia de las cápsulas de micrófono y emiten una señal utilizable y proporcional de baja impedancia.
En este artículo, describiremos los transistores de efecto de campo de micrófono con mayor detalle y discutiremos los micrófonos que los requieren junto con los que no.
¿Qué es un transistor de efecto de campo? (FET)
Un transistor de efecto de campo (FET) es un tipo de transistor que utiliza un campo eléctrico para controlar el flujo de corriente. En términos más simples, un FET usa una señal de entrada para modular una señal de salida.
Retrocedamos un poco y describamos qué es un transistor antes de sumergirnos más en los FET.
Un transistor es un dispositivo semiconductor activo que se utiliza para amplificar (pseudoamplificar) o cambiar señales eléctricas y energía eléctrica.
En muchos casos, los transistores se utilizan para interruptores de encendido/apagado y han sido esenciales para el procesamiento digital binario (1 y 0). Este es el caso de muchos dispositivos de audio digital. En el caso de los micrófonos FET analógicos, el transistor actúa para convertir la impedancia de la señal y aumentar la señal (aunque esto no es una verdadera amplificación).
Los transistores están compuestos de material semiconductor (normalmente silicio) con al menos tres terminales que se conectan a un circuito externo.
La aplicación de un voltaje o corriente a un par de terminales del transistor controlará la corriente a través de otro par de terminales. De esta manera, podemos tomar una señal de «entrada» en un par de terminales y usarla para modular una señal de «salida» con mayor voltaje y/o menor impedancia (pseudoamplificación).
Los micrófonos que utilizan transistores de efecto de campo suelen utilizar JFET o transistores de efecto de campo de puerta de unión.
Un JFET es quizás el diseño de FET más simple y realiza la tarea descrita anteriormente. Su señal de «entrada» (voltaje entre la puerta y la fuente) modula una señal de «salida» proporcional (voltaje entre el drenaje y la fuente). Entonces, con un FET, podemos tomar una señal de bajo nivel en la entrada y convertirla en una señal de alto nivel en la salida.
Las entradas y salidas del transistor de efecto de campo se denominan terminales. Cada JFET tiene 3 terminales, que se denominan:
- Puerta
- Fuente
- Drenar
Aquí hay un diagrama simple de un transistor de efecto de campo de puerta de unión de micrófono:
A medida que aplicamos un voltaje entre la puerta y la fuente (algunos llamarían a esto la entrada) del FET, el transistor altera la conductividad entre el drenaje y la fuente. Con el voltaje de polarización de CC adecuado, obtenemos un voltaje de salida entre el drenaje y la fuente que es proporcional a la señal de entrada en la puerta/fuente.
Entonces, básicamente, la señal de salida de la cápsula de alta impedancia va a los terminales de puerta y fuente y modula efectivamente una señal de impedancia más baja (y a menudo de voltaje más alto) entre los terminales de drenaje y fuente.
¿Para qué se utilizan los FET en los micrófonos?
Los FET se utilizan principalmente como convertidores de impedancia en micrófonos de condensador.
La cápsula del micrófono de condensador funciona como un transductor, convirtiendo ondas sonoras (energía de onda mecánica) en señales de audio (energía eléctrica). Las señales de audio eléctricas (voltajes de CA) que emite una cápsula de condensador tienen impedancias increíblemente altas y apenas conducen corriente.
Aquí es donde entra en juego el transistor de efecto de campo de conversión de impedancia.
Los FET, por diseño, tienen impedancias de entrada extremadamente altas en sus puertas. La impedancia en el drenaje, sin embargo, es mucho menor y realmente permite que fluya la corriente.
Entonces, la señal de salida de la cápsula se envía directamente a la puerta del FET. Esta señal de CA altera la conductividad entre los terminales de drenaje y fuente y, por lo tanto, altera la corriente en el drenaje y, en última instancia, el voltaje de «salida» del FET.
En otras palabras, el FET toma una señal de alta impedancia en su entrada y la usa para modular una señal de baja impedancia en su salida. Esta señal de salida es capaz de viajar a través del resto de los circuitos del micrófono; la salida de micrófono y, a través de un cable de micrófono, a un preamplificador de micrófono.
Aquí hay un diagrama simple de un micrófono de condensador FET:
Como podemos ver en este diagrama simple, el FET requiere algo de voltaje de polarización de CC de una fuente de alimentación para funcionar.
Tenga en cuenta que las cápsulas de los condensadores «verdaderos» también requieren energía externa para polarizarse.
El FET toma la señal de alta impedancia de la cápsula y reduce la impedancia a niveles utilizables antes de que la señal se envíe a la salida del micrófono.
En la mayoría de los casos, incluidos los micrófonos, la función del transistor de efecto de campo solía ser cumplida por los tubos de vacío. Los transistores son generalmente mucho más pequeños; requieren menos energía para funcionar (alimentación fantasma o polarización de CC en lugar de fuentes de alimentación dedicadas) y son menos costosos de fabricar e implementar.
Aunque existen diferencias en el sonido de los FET frente a los de los tubos de vacío (los audiófilos definitivamente dirían), hoy en día los micrófonos FET y los micrófonos de tubo se pueden producir con los mismos estándares de calidad.
También es importante tener en cuenta que los FET se han convertido en estándar en los micrófonos de condensador. Lo que quiero decir con esto es que si un micrófono de condensador tiene un tubo, se denominará «condensador de tubo», mientras que un condensador FET se denominará normalmente simplemente como «micrófono de condensador». Eso es a menos que el prefijo «FET» distinga el micrófono de una versión de tubo de ese mismo micrófono.
¿Qué micrófonos no requieren FET?
No todos los micrófonos requieren transistores de efecto de campo. De hecho, los FET solo se utilizan en ciertos diseños de micrófonos de condensador y, a veces, en micrófonos de cinta activos.
Veamos los tipos de micrófonos que no requieren FET.
Micrófonos pasivos
Los FET son dispositivos activos. Requieren polarización de CC para funcionar correctamente. Por lo tanto, los micrófonos pasivos, por la simple definición de pasivos, no tienen FET en sus diseños. Veamos los tipos de micrófonos dinámicos y de cinta, los cuales funcionan con principios eléctricos pasivos.
Micrófonos dinámicos
Los micrófonos dinámicos de bobina móvil funcionan por inducción electromagnética y no requieren ningún componente activo.
Sus señales de salida de cápsula (cartucho) son de baja impedancia y se pueden enviar directamente a la conexión de salida del micrófono (aunque a menudo se envían primero a través de un transformador de salida).
Micrófonos de cinta
Los micrófonos de cinta también convierten el sonido en audio mediante inducción electromagnética.
Sus «cápsulas» (conocidas como elementos de cinta o deflectores) emiten señales de baja impedancia que no requieren un FET de conversión de impedancia. Los micrófonos de cinta están diseñados con transformadores para ayudar a proteger sus frágiles diafragmas de cinta de posibles cortocircuitos de voltaje de CC.
Los micrófonos de cinta activos podrían tener FET en sus diseños. Estos diseños tendrían transformadores elevadores de alta relación entre el deflector de cinta y el FET para aumentar el voltaje relativamente bajo de la salida de la cinta.
Estos transformadores elevadores también aumentan la impedancia de las señales y, por lo tanto, los FET a veces son beneficiosos para reducir la impedancia a niveles utilizables sin reducir también la intensidad de la señal.
Micrófonos de tubo
Los tubos de vacío cumplen esencialmente la misma función que los transistores de efecto de campo en los micrófonos. Es decir, convierten la impedancia de las señales de la cápsula de alta impedancia y actúan como pseudoamplificadores.
Veamos rápidamente un diagrama de un tubo de vacío triodo (el tubo más simple para un micrófono) y enumeremos sus componentes:
- H es el calentador
- K es el cátodo
- A es el ánodo
- G es la cuadrícula
Una fuente de energía calienta el calentador que luego provoca un flujo constante de electrones (una corriente eléctrica) desde el cátodo cargado negativamente al ánodo cargado positivamente. Esto es similar al flujo de corriente entre la fuente y los terminales de drenaje del transistor de efecto de campo.
La salida de la cápsula de alta impedancia está conectada a la rejilla de alta impedancia (entrada) del tubo de vacío triodo. El voltaje de CA en la rejilla del tubo modula el flujo de electrones entre el cátodo y el ánodo. En otras palabras, la señal de entrada de alta impedancia en la red controla una señal de baja impedancia (y a menudo un voltaje más alto) en la salida del tubo. Esto es algo análogo al terminal de puerta del FET.
Entonces, aunque los tubos son muy diferentes a los transistores, se pueden considerar análogos a los FET de las siguientes maneras:
- Calentador = circuito de polarización de CC
- Cátodo = terminal fuente
- Ánodo = terminal de drenaje
- Grid = terminal de puerta
De hecho, los primeros micrófonos de condensador requerían tubos de vacío para convertir las señales de alta impedancia de sus cápsulas. El transistor solo se inventó en 1947 y el FET/JFET solo hizo su debut en la tecnología de micrófonos comerciales en 1964.
Preguntas relacionadas
¿Qué es una cápsula de micrófono? La cápsula del micrófono es la parte responsable de la conversión de ondas sonoras en señales de micrófono. Las cápsulas siempre cuentan con diafragma (s) y la carcasa para esos diafragmas. La cápsula, en su totalidad, actúa como transductor del micrófono, convirtiendo el sonido en audio.
¿Qué mide un micrófono? Un micrófono mide esencialmente las variaciones de presión sonora en su diafragma dentro de un rango de frecuencias audibles. Como las ondas sonoras causan presiones variables alrededor del diafragma del micrófono, el micrófono produce una señal de audio eléctrica coincidente.
