Amplificador

Un amplificador electr??nico es un dispositivo para aumentar la potencia y / o amplitud de una se??al. Esto se logra mediante la toma del poder de un fuente de alimentaci??n y el control de la salida para que coincida con la forma de la se??al de entrada, pero con una amplitud m??s grande. En este sentido, un amplificador puede ser considerada como la modulaci??n de la salida de la fuente de alimentaci??n.

La de tubo de vac??o amplificador Hi-Fi.

Voltaje, corriente y amplificaci??n de potencia

Amplificadores pueden ser especificados de acuerdo a sus propiedades de entrada y salida. Tienen alg??n tipo de ganancia, es decir, un factor entre la se??al de salida y de entrada. La ganancia se puede especificar como "tensi??n de salida de tensi??n / entrada", "tensi??n de salida de potencia / entrada" o cualquier otra combinaci??n de corriente, tensi??n y potencia.

En la mayor??a de los casos un amplificador debe ser lineal, es decir la ganancia debe ser constante para cualquier combinaci??n de se??ales de entrada y de salida. Si la ganancia no es lineal, por ejemplo, por la saturaci??n de la se??al de salida en los l??mites de sus capacidades, la se??al de salida est?? distorsionada.

Clasificaci??n de las etapas y sistemas de amplificaci??n

Hay muchas clasificaciones alternativas que abordan diferentes aspectos de los modelos de amplificadores, y todos ellos expresan una cierta perspectiva particular sobre los par??metros de dise??o a los objetivos del circuito. Dise??o de amplificador es siempre un compromiso de numerosos factores, tales como el costo, el consumo de energ??a, las imperfecciones de dispositivos del mundo real, y una multitud de especificaciones de rendimiento. A continuaci??n se presentan varios enfoques diferentes para la clasificaci??n:

Las variables de entrada y de salida

Los cuatro tipos de fuente dependiente; variable de control a la izquierda, variable de salida a la derecha

Amplificadores electr??nicos utilizan dos variables: corriente y voltaje. Cualquiera puede ser utilizado como entrada, y, o bien como salida que conduce a cuatro tipos de amplificador. En forma idealizada que est??n representados por cada uno de los cuatro tipos de fuente dependiente utilizados en el an??lisis lineal, como se muestra en la figura, a saber:

Cada tipo de amplificador en su forma ideal tiene una entrada ideal y la resistencia de salida que es la misma que la de la fuente dependiente correspondiente:

En la pr??ctica las impedancias ideales s??lo son aproximadas. Para cualquier circuito particular, un an??lisis de peque??a se??al a menudo se utiliza para encontrar la impedancia realmente alcanzada. Una corriente de prueba de peque??a se??al AC I _x se aplica al nodo de entrada o de salida, todas las fuentes externas se ponen a cero, y el correspondiente V _x tensi??n alterna a trav??s de la fuente de corriente de prueba determina la impedancia visto en ese nodo como R = V _x / _I x.

Amplificadores dise??ados para acoplarse a un l??nea de transmisi??n en la entrada y / o salida, especialmente Amplificadores de RF, no encajan en este enfoque de clasificaci??n. En lugar de tratar con tensi??n o corriente individual, que idealmente pareja con una entrada y / o impedancia de salida adaptada a la impedancia de la l??nea de transmisi??n, es decir, las relaciones de los partidos de voltaje a corriente. Muchos amplificadores de RF reales se acercan a este ideal. Aunque, para una fuente apropiada dado y la impedancia de carga, amplificadores de RF pueden ser caracterizados como voltaje o corriente amplificar, que fundamentalmente est??n amplificando el poder.

Terminal com??n

Un conjunto de clasificaciones para los amplificadores se basa en qu?? terminal dispositivo es com??n tanto a la entrada y el circuito de salida. En el caso de transistores de uni??n bipolar, las tres clases son emisor com??n, base com??n, y colector com??n. Para transistores de efecto de campo, las configuraciones correspondientes son fuente com??n, puerta com??n, y drenaje com??n; para dispositivos de vac??o triodo, de c??todo com??n, la red com??n, y la placa com??n.

Unilateral o bilateral

Cuando un amplificador tiene una salida que no muestra informaci??n a su lado de la entrada, se llama unilateral. Una consecuencia es el amplificador tiene una impedancia de entrada que es independiente de la carga conectada al amplificador, y una impedancia de salida que es independiente de la fuente de se??al de conducci??n del amplificador.

El caso opuesto es el amplificador bilateral, donde la retroalimentaci??n conecta la salida al lado de entrada del amplificador. Dicha informaci??n frecuente es deliberada, por ejemplo retroalimentaci??n negativa a menudo se utiliza para adaptar el comportamiento del amplificador. Sin embargo, al menos con la frecuencia, la retroalimentaci??n es a la vez deseable e inevitable; introducido, por ejemplo, por elementos par??sitos como capacitancias inherentes, indeseables en transistores que par de entrada a la salida. En cualquier caso, un amplificador bilateral tiene una impedancia de entrada que depende de la carga conectada al amplificador, y una impedancia de salida que depende de la fuente de accionamiento del amplificador.

Amplificadores unilateral y bilateral lineales se pueden representar por redes de dos puertos. La mayor??a de los amplificadores son bilaterales en cierto grado, sin embargo, a menudo se pueden modelar como unilateral bajo ciertas condiciones de funcionamiento para simplificar el an??lisis (ver el art??culo de la base com??n para un ejemplo).

Inversor o no inversor

Otra forma de clasificar los amplificadores es la relaci??n de fase de la se??al de entrada a la se??al de salida. Un amplificador inversor produce una salida 180 grados fuera de fase con la se??al de entrada (es decir, una inversi??n de la imagen o el espejo de la entrada como se ve en una osciloscopio). Un amplificador no inversor mantiene la fase de las formas de onda de se??al de entrada. Una seguidor de emisor es un tipo de amplificador no inversor, lo que indica que la se??al en el emisor de un transistor est?? siguiendo (es decir, a juego con ganancia unitaria pero quiz??s un offset) la se??al de entrada.

Esta descripci??n puede aplicarse a una sola etapa de un amplificador, o a un sistema amplificador completa.

Funci??n

Otros amplificadores pueden ser clasificados por sus caracter??sticas de la funci??n o de salida. Estas descripciones funcionales generalmente se aplican a completar los sistemas de amplificaci??n o subsistemas y rara vez a las etapas individuales.

• Un amplificador servo indica un sistema integrado bucle de retroalimentaci??n para controlar activamente la salida en alg??n nivel deseado. Un DC servo indica el uso en las frecuencias a niveles de corriente continua, donde no ocurren las r??pidas fluctuaciones de una se??al de audio o RF. Estos se utilizan a menudo en actuadores mec??nicos o dispositivos tales como Motores de corriente continua que deben mantener una velocidad constante o torque. Un servo amplificador de CA puede hacer esto por algunos motores de corriente alterna.

• Un amplificador lineal responde a diferentes componentes de frecuencia de forma independiente, y no genera distorsi??n arm??nica o distorsi??n de intermodulaci??n. Un amplificador no lineal hace generar distorsi??n.

• Un amplificador de banda ancha tiene un factor de amplificaci??n preciso sobre una amplia gama de frecuencias, y se utiliza a menudo para aumentar se??ales para rel?? en sistemas de comunicaciones. Un amplificador de banda estrecha se hace para amplificar s??lo un estrecho rango espec??fico de frecuencias, a la exclusi??n de otras frecuencias.

• Un amplificador de RF se refiere a un amplificador dise??ado para su uso en la frecuencia de radio de la gama espectro electromagn??tico, y se utiliza a menudo para aumentar la sensibilidad de una receptor o la potencia de salida de un transmisor.

• Un amplificador de audio est?? dise??ado para su uso en la reproducci??n de frecuencias de audio. Esta categor??a se subdivide en la amplificaci??n de se??al peque??a, y los amplificadores de potencia que est??n optimizados para la conducci??n altavoces, a veces con m??ltiples amplificadores agrupados juntos como canales separados o puenteables para dar cabida a diferentes requisitos de reproducci??n de audio.

• Un tipo especial de amplificador se utiliza ampliamente en los instrumentos y para el procesamiento de la se??al, entre muchos otros usos variados. Estos son conocidos como amplificadores operacionales, (o amplificadores operacionales). Esto es porque este tipo de amplificador se utiliza en los circuitos que realizan funciones algor??tmicas matem??ticos, o "operaciones" en se??ales de entrada para obtener los tipos espec??ficos de se??ales de salida. Un op-amp t??pico tiene entradas diferenciales (una "inversora", uno, "no inversora" relativo a la salida) y una salida. Un amplificador operacional idealizado tiene las siguientes caracter??sticas:
  • Impedancia de entrada infinita (a fin de no cargar los circuitos de muestreo es como una entrada de control)
  • Impedancia de salida cero
  • Ganancia infinita
  • Retardo cero propagaci??n

El rendimiento de un op-amp con estas caracter??sticas ser??a totalmente definida por los componentes pasivos (por lo general) que forman un bucle de realimentaci??n negativa alrededor de ella, es decir, el amplificador en s?? no tiene efecto en la salida.

Hoy, los amplificadores operacionales son generalmente realizadas como circuitos integrados, m??s que construyen a partir de componentes discretos. Todos los del mundo real amplificadores operacionales est??n destituidos de la especificaci??n idealizada arriba - pero algunos componentes modernos tienen un rendimiento notable y se acercan en algunos aspectos.

M??todo de acoplamiento entre etapas

Amplificadores se clasifican a veces por el m??todo de acoplamiento de la se??al en la entrada, salida, o entre etapas. Diferentes tipos de estos incluyen:

• RC amplificador acoplado, mediante una red de resistencias y condensadores. Por dise??o estos amplificadores no pueden amplificar se??ales de CC como los condensadores bloquean el componente DC de la se??al de entrada. Se han usado amplificadores acoplados-RC muy a menudo en circuitos con tubos de vac??o o transistores discretos. En los d??as del circuito integrado unos transistores m??s en un chip son mucho m??s barato y m??s peque??o que un condensador.
• LC amplificador acoplado, mediante una red de inductores y condensadores. Este tipo de amplificador se utiliza con mayor frecuencia en los circuitos de radiofrecuencia selectivos.
• Acoplada por transformador amplificador, utilizando un transformador de impedancias para que coincida o para desacoplar las partes de los circuitos. Muy a menudo LC-acoplados y los amplificadores acoplado por transformador no se pueden distinguir como un transformador es alg??n tipo de inductor.
• Amplificador acoplado directa, sin utilizar impedancia y sesgo componentes a juego. Esta clase de amplificador era muy poco com??n en los d??as de tubos de vac??o cuando el (salida) Tensi??n ??nodo estaba en varios 100 V plus y la red (entrada) de tensi??n en un menos unos voltajes. As?? que s??lo se utilizan si se especific?? la ganancia a DC, por ejemplo, en un osciloscopio. Estos desarrolladores d??a se ven en apuros para usar amplificadores direcly acopladas siempre que sea posible.

Ver tambi??n: Amplificadores multietapa.

Rango de frecuencia

En funci??n de la gama de frecuencias y otras propiedades amplificadores est??n dise??ados de acuerdo con principios diferentes.

• Rangos de frecuencia hasta DC s??lo se utilizan cuando se necesita esta propiedad. Amplificaci??n DC conduce a complicaciones espec??ficas que se evitan en lo posible.
• En funci??n de la gama de frecuencias especificada diferentes principios de dise??o debe ser utilizado. Hasta la gama MHz s??lo propiedades "discretos" es necesario considerar, por ejemplo, un terminal tiene una impedancia de entrada.
• Tan pronto como cualquier conexi??n dentro del circuito se hace m??s largo de lo que quiz??s 1% de la longitud de onda de la frecuencia m??s alta especificada (por ejemplo 3 m a 100 MHz) cambiar radicalmente las propiedades de dise??o. Por ejemplo, una longitud especificada y la anchura de una Traza PCB puede ser utilizado como una entidad selectiva o de adaptaci??n de impedancia.
• Por encima de unos 100 MHz se hace dif??cil utilizar elementos discretos, especialmente los inductores. En la mayor??a de los casos rastros de PCB de formas muy estrechamente definded se utilizan en su lugar.

Tipo de carga

• Untuned - (a) de audio (b) de v??deo
• Tuned (amperios RF) - se utiliza para amplificar una sola frecuencia de radio o banda de frecuencias

Implementaci??n

Amplificadores se implementan utilizando elementos activos de diferentes tipos:

• Los primeros elementos activos fueron rel??s. Eran, por ejemplo, utilizado en l??neas de tel??grafo trans-continentales: una corriente d??bil se utiliza para conmutar el voltaje de una bater??a a la l??nea de salida.
• Hasta la d??cada de 1960 la mayor??a de los amplificadores utilizados tubos de vac??o ("v??lvulas" en el Reino Unido). Tubos de hoy s??lo se utilizan generalmente para la muy alta potencia, amplificadores de alta frecuencia y para aplicaciones especializadas de audio, en el que el campo que han logrado recientemente una nueva popularidad. Muchos transmisores de radiodifusi??n todav??a utilizan tubos de vac??o. Adem??s, su impermeabilidad a los da??os de flash electromagn??tica puede haber conducido a su retenci??n en determinados contextos de defensa.
• En la d??cada de 1960 el transistor se hizo cargo, lo que permite por ejemplo la radio de transistores. Estos d??as transistores "discretos" todav??a se utilizan en amplificadores de alta potencia y en los dispositivos de audio especializados.
• A partir de la d??cada de 1970 m??s y m??s transistores estaban conectados en un solo chip, por lo tanto la creaci??n de la circuito integrado . Casi todos los amplificadores disponibles en el mercado hoy en d??a se basan en circuitos integrados.

Para los prop??sitos ex??ticas se han utilizado otros elementos activos. Por ejemplo, en los primeros d??as del sat??lite de comunicaciones Se han usado amplificadores param??tricos ". El circuito de la base era un diodo cuya capacidad fue cambiado por una se??al de RF creada localmente. Bajo ciertas condiciones, este RF se??al proporcionada energ??a que fue modulada por la se??al de sat??lite extremadamente d??bil recibida en la estaci??n de tierra. El principio de funcionamiento de un amplificador param??trico es algo similar al principio por el que los ni??os mantengan sus columpios en movimiento: Mientras el columpio se mueve s??lo es necesario para cambiar un "par??metro" de la entidad intercambio de parejas, por ejemplo, hay que mover el centro de gravedad hacia arriba y abajo. En nuestro caso la capacidad del diodo se cambia peri??dicamente.

Clases de amplificador de potencia

??ngulo de ??ngulo de flujo o de conducci??n

Circuitos amplificadores de potencia (etapas de salida) se clasifican como A, B, AB y C para dise??os anal??gicos, y la clase D y E para los dise??os basados en el ??ngulo de conducci??n o "??ngulo de flujo 'Θ de la se??al de entrada a trav??s del dispositivo amplificador de conmutaci??n, es decir, la porci??n del ciclo de se??al de entrada durante el cual el dispositivo de amplificaci??n lleva a cabo. La imagen de el ??ngulo de conducci??n se deriva de amplificar una se??al sinodial. (Si el dispositivo est?? siempre encendido, Θ = 360 ??). El ??ngulo de flujo est?? muy relacionado con el amplificador eficiencia energ??tica. Las diversas clases se introducen a continuaci??n, seguidas de un debate m??s detallado en las partidas individuales m??s adelante.

Clase A

100% de la se??al de entrada se utiliza (??ngulo de conducci??n Θ = 360 ?? o 2π, es decir, el elemento activo funciona en su rango lineal todo el tiempo). Donde la eficiencia no es una consideraci??n, la mayor??a de los amplificadores lineales de se??al peque??a est??n dise??ados como Clase A , lo que significa que los dispositivos de salida est??n siempre en la regi??n de conducci??n. Amplificadores de clase A son t??picamente m??s lineal y menos complejo que los otros tipos, pero son muy ineficientes. Este tipo de amplificador se utiliza con mayor frecuencia en las etapas de peque??a se??al o para aplicaciones de baja potencia (como los auriculares de conducci??n).

Clase B

Se utiliza 50% de la se??al de entrada (Θ = 180 ?? o π, es decir, el elemento activo funciona en su medio lineal gama de el tiempo y es m??s o menos apagado para el otro medio). En la mayor??a de clase B , hay dos dispositivos de salida (o conjuntos de dispositivos de salida), cada uno de los cuales se dedique a alternativamente (push-pull) por exactamente 180 grados (o medio ciclo) de la se??al de entrada; amplificadores de RF selectivos tambi??n pueden implementarse utilizando un ??nico elemento activo.

Estos amplificadores est??n sujetos a cruce distorsi??n si el traspaso de un elemento activo para el otro no es perfecto, como cuando dos transistores complementarios (es decir, un PNP, NPN uno) est??n conectados como dos seguidores de emisores con sus terminales de base y emisor en com??n, lo que requiere la tensi??n de base para reorientar toda la regi??n donde ambos dispositivos est??n apagados.

Clase AB

Aqu?? los dos elementos activos realizan m??s de la mitad del tiempo como un medio para reducir las distorsiones de cruce de amplificadores de clase B. En el ejemplo de los seguidores de emisores complementarios una red de polarizaci??n permite m??s o menos corriente de reposo proporcionando as?? un punto de trabajo en alg??n lugar entre la Clase A y Clase B. A veces se a??ade una figura, por ejemplo, AB1 o AB2, con cifras m??s elevadas que implica una mayor corriente de reposo y por lo tanto m??s de las propiedades de la clase A.

Clase D

Estos utilizan el cambio para lograr una eficiencia energ??tica muy alta (m??s del 90% en los dise??os modernos). Al permitir que cada dispositivo de salida para estar completamente dentro o fuera de, las p??rdidas se reducen al m??nimo. La salida anal??gica es creado por Modulaci??n por ancho de pulsos, es decir, el elemento activo se conecta durante intervalos m??s cortos o m??s largos en lugar de modificar su resistencia. Hay esquemas de conmutaci??n m??s complicadas como sigma-delta de modulaci??n, para mejorar algunos aspectos del rendimiento como distorsiones menores o de mejor eficiencia.

Otras clases

Hay varias otras clases de amplificador, aunque son principalmente variaciones de las clases anteriores. Por ejemplo, los amplificadores de Clase H y Clase G est??n marcados por la variaci??n de los carriles de alimentaci??n (en pasos discretos o de una manera continua, respectivamente) despu??s de la se??al de entrada. El calor residual en los dispositivos de salida se puede reducir como el exceso de tensi??n se mantiene a un m??nimo. El amplificador que se alimenta con estos carriles s?? mismo puede ser de cualquier clase. Este tipo de amplificadores son m??s complejas, y se utilizan principalmente para aplicaciones especializadas, tales como unidades de muy alta energ??a. Adem??s, los amplificadores de Clase E y Clase F se describen com??nmente en la literatura de radiofrecuencias aplicaciones en las que la eficiencia de las clases tradicionales desviarse sustancialmente de sus valores ideales. Estas clases utilizan sinton??a arm??nica de sus redes de producci??n para lograr una mayor eficiencia y se pueden considerar un subconjunto de la Clase C, debido a sus caracter??sticas de ??ngulo de conducci??n.

M??s detalles sobre las distintas clases se proporciona a continuaci??n.

Clase A

Dispositivos de amplificaci??n de Clase A operan sobre la totalidad del ciclo de entrada de tal manera que la se??al de salida es una r??plica exacta mayor escala de la entrada sin recorte. Los amplificadores de clase A son los medios habituales de aplicaci??n de amplificadores de se??al peque??a. Ellos no son muy eficientes; un m??ximo te??rico de 50% se puede obtener con acoplamiento de salida inductiva y s??lo 25% con acoplamiento capacitivo.

En una clase de un circuito, el elemento de amplificaci??n est?? sesgado por lo que el dispositivo siempre est?? llevando a cabo, en cierta medida, y se opera sobre la porci??n m??s lineal de su curva caracter??stica (conoce como su transferir caracter??stica o curva de transconductancia). Debido a que el dispositivo siempre est?? llevando a cabo, incluso si no hay entrada en absoluto, la energ??a se extrae de la fuente de alimentaci??n. Esta es la principal raz??n de su ineficacia.

Un amplificador Clase

Si se necesitan altas potencias de salida de un circuito de Clase A, el desperdicio de energ??a (y el calor acompa??a) ser??n apreciables. Para cada vatios entregado a la carga, el propio amplificador ser??, en el mejor de disipar otra vatios. Para las grandes potencias. esto significa muy grandes y costosas fuentes de alimentaci??n y disipaci??n de calor. Dise??os de Clase A en gran parte han sido sustituidos por audio amplificadores de potencia, aunque algunos audi??filos creen que la Clase A ofrece la mejor calidad de sonido, debido a que se opera de una manera lo m??s lineal posible que proporciona un peque??o mercado de costosos de alta fidelidad amplificadores de clase A. Adem??s, algunos aficionados prefieren v??lvula termoi??nica (o "tubo") dise??os en lugar de transistores, por varias razones alegadas:

Los tubos son m??s com??nmente utilizados en los dise??os de la clase A, que tienen una asim??trica funci??n de transferencia. Esto significa que la distorsi??n de una onda sinusoidal crea tanto pares e impares- arm??nicos. La pretensi??n es que esto suena m??s "musical" que el mayor nivel de arm??nicos impares producidos por un amplificador push-pull sim??tricos. Aunque un buen dise??o de amplificador puede reducir los patrones de distorsi??n arm??nica a casi nada, la distorsi??n es esencial para el sonido de amplificadores de guitarra el??ctrica, por ejemplo, y se lleva a cabo mediante el registro de ingenieros para ofrecer micr??fonos m??s favorecedores y para mejorar la tecnolog??a digital "suena cl??nica".

V??lvulas utilizan muchos m??s electrones a la vez que un transistor, y los efectos estad??sticos de modo conducen a una aproximaci??n "suave" de la forma de onda verdadero - ver ruido de disparo para m??s informaci??n sobre esto. Transistores de efecto de campo de uni??n (JFET) tienen caracter??sticas similares a las v??lvulas, por lo que estos se encuentran con m??s frecuencia en los amplificadores de alta calidad que los transistores bipolares. Hist??ricamente, los amplificadores de v??lvulas de uso frecuente de clase A amplificador de potencia, simplemente porque las v??lvulas son grandes y caros; muchos dise??os de Clase A utilizan un solo dispositivo.

Los transistores son mucho m??s baratos, y as?? m??s elaborado dise??os que le dan una mayor eficiencia, pero utilizan m??s partes siguen siendo rentable. Una aplicaci??n cl??sica para un par de dispositivos de clase A es el par de cola larga, que es excepcionalmente lineal, y constituye la base de muchos circuitos m??s complejos, incluyendo muchos de los amplificadores de audio y casi todos amplificadores operacionales. Los amplificadores de clase A se utilizan a menudo en etapas de salida de amplificadores operacionales; se utilizan a veces como de potencia media, de baja eficiencia, y los amplificadores de audio de alto costo. El consumo de energ??a no est?? relacionada con la potencia de salida. A ralent?? (sin entrada), el consumo de energ??a es esencialmente el mismo que en el volumen de salida alta. El resultado es una baja eficiencia y de alta disipaci??n de calor.

Clase B y AB

Los amplificadores de clase B s??lo amplifican mitad del ciclo de onda de entrada. Como tal que crean una gran cantidad de distorsi??n, pero su eficiencia se mejora en gran medida y es mucho mejor que la Clase A. Clase B tiene una eficiencia m??xima te??rica de 78,5% (es decir, π / 4). Esto es porque el elemento de amplificaci??n est?? conmutada apagado en conjunto la mitad del tiempo, y por tanto no puede disipar energ??a. Un solo elemento de Clase B se encuentra raramente en la pr??ctica, a pesar de que se puede utilizar en Amplificador de potencia RF en donde los niveles de distorsi??n son menos importantes. Sin embargo Clase C se utiliza m??s com??nmente para esto.

Amplificador Clase B

Un circuito pr??ctico utilizando elementos de la Clase B es el par complementario o acuerdo "push-pull". Aqu??, los dispositivos complementarios o cuasi complementaria se utilizan para cada amplificar las mitades opuestas de la se??al de entrada, que se recombina a continuaci??n en la salida. Esta disposici??n proporciona una excelente eficiencia, pero puede sufrir del inconveniente de que hay un peque??o desajuste en el "une" entre las dos mitades de la se??al. Se llama distorsi??n de cruce. Una mejora es sesgar los dispositivos para que no est??n completamente fuera cuando no est??n en uso. Este enfoque se denomina operaci??n de clase AB.

En el funcionamiento de Clase AB, cada dispositivo opera de la misma manera como en la Clase B sobre la mitad de la forma de onda, pero tambi??n lleva a cabo una peque??a cantidad en la otra mitad. Como resultado, la regi??n donde ambos dispositivos al mismo tiempo son casi off (la "zona muerta") se reduce. El resultado es que cuando se combinan las formas de onda de los dos dispositivos, el cruce se minimiza en gran medida o se elimina por completo.

Clase AB sacrifica cierta eficiencia a trav??s de la clase B a favor de la linealidad, as?? siempre ser?? menos eficiente (por debajo del 78,5%). Es t??picamente mucho m??s eficiente que la clase A.

Amplificador push-pull Clase B

Clase circuitos push-pull AB B o son el tipo de dise??o m??s com??n que se encuentra en los amplificadores de potencia de audio. Clase AB es ampliamente considerado como un buen compromiso para amplificadores de audio, ya que gran parte de las veces la m??sica es lo suficientemente tranquilo que la se??al se mantiene en la regi??n "clase A", donde se amplifica con buena fidelidad, y por definici??n, si volvi??ramos a salir de esta regi??n, es lo suficientemente grande para que los productos de distorsi??n t??picas de clase B son relativamente peque??as. La distorsi??n de cruce puede reducirse a??n m??s mediante el uso de retroalimentaci??n negativa. Clase B y AB amplificadores se utilizan a veces para RF amplificadores lineales tambi??n. Los amplificadores de clase B tambi??n se ven favorecidos en los dispositivos que funcionan con bater??as, como radios de transistores.

Digital Clase B

Un amplificador Clase-B limita la potencia de salida con un carril de alimentaci??n de una sola terminal de 5V +/- 10%.

Clase C

Los amplificadores de clase C conducen menos de 50% de la se??al de entrada y la distorsi??n en la salida es alta, pero alta eficiencia (hasta 90%) son posibles. Algunas aplicaciones (por ejemplo, meg??fonos) puede tolerar la distorsi??n. Una aplicaci??n mucho m??s com??n que los amplificadores de clase C est?? en RF transmisores, donde la distorsi??n puede ser muy reducido mediante el uso de cargas sintonizados en la etapa de amplificaci??n. La se??al de entrada se utiliza para aproximadamente conmutar el dispositivo de amplificaci??n dentro y fuera, lo que hace que los pulsos de la corriente fluya a trav??s de una circuito sintonizado.

El amplificador Clase C tiene 2 modos de funcionamiento: sintonizados, y no sintonizados. El siguiente diagrama muestra una forma de onda de un circuito de clase C simple, sin la carga sintonizada. Esto se denomina operaci??n no sintonizado, y el an??lisis de las formas de onda muestra la distorsi??n masiva que aparece en la se??al. Cuando se utiliza la carga adecuada (por ejemplo, un filtro LC puro), 2 cosas sucedan. El primero es que el nivel de polarizaci??n de la salida se "amarrada", de modo que la variaci??n de salida est?? centrado en la mitad de la tensi??n de alimentaci??n. Esta es la raz??n por la operaci??n sintonizado es a veces llamado un "fijador". Esta acci??n de elevar el nivel de polarizaci??n permite la forma de onda para ser restaurado a su forma adecuada, lo que permite una forma de onda completa a restablecerse a pesar de tener s??lo un suministro de un polaridad. Esto est?? directamente relacionado con el segundo fen??meno: la forma de onda de la frecuencia central se convierte en mucho menos distorsionado. La distorsi??n que est?? presente depende de la anchura de banda de la carga sintonizada, con la frecuencia central de ver muy poca distorsi??n, pero la mayor atenuaci??n m??s lejos de la frecuencia sintonizada la se??al que recibe.

El circuito sintonizado s??lo resonar?? a determinadas frecuencias, por lo que las frecuencias no deseadas se suprimen de manera espectacular, y la se??al completa querido (onda sinusoidal) ser?? extra??do por la carga sintonizada ( por ejemplo, una campana de alta calidad le suene a una frecuencia particular cuando es golpeado peri??dicamente con un martillo). Siempre que el transmisor no est?? obligado a operar en una amplia banda de frecuencias, esta disposici??n funciona muy bien. Otros arm??nicos residuales se pueden eliminar con un filtro.

C Amplificador Clase

Clase D

Amplificadores de clase D son mucho m??s eficientes que los amplificadores de potencia clase AB. Como tal, amplificadores de clase D no necesitan grandes transformadores y los disipadores de calor pesados, lo que significa que son m??s peque??os y m??s ligero en peso que un amplificador de clase AB equivalente. Todos los dispositivos de potencia en un amplificador de clase D son operados en modo on / off. Etapas de salida, tales como los utilizados en generadores de impulsos son ejemplos de los amplificadores clase D. El t??rmino generalmente se aplica a los productos destinados a reproducir se??ales con un ancho de banda muy por debajo de la frecuencia de conmutaci??n.

Estos amplificadores utilizan modulaci??n de ancho de pulso, modulaci??n de densidad de impulso (a veces referido como la modulaci??n de frecuencia de impulsos) o la forma m??s avanzada de modulaci??n tales como Modulaci??n delta-sigma (por ejemplo, en el amplificador de potencia de audio Analog Devices AD1990 Clase-D).

La se??al de entrada se convierte en una secuencia de impulsos cuyo valor promedio es directamente proporcional a la amplitud instant??nea de la se??al. La frecuencia de los impulsos es t??picamente diez o m??s veces la frecuencia m??s alta de inter??s en la se??al de entrada. La salida de un amplificador de este tipo contiene componentes espectrales no deseados (es decir, la frecuencia de impulsos y su arm??nicos) que debe ser eliminado por una pasiva filtro. La se??al filtrada resultante es entonces una r??plica amplificada de la entrada.

La principal ventaja de un amplificador de clase D es la eficiencia de energ??a. Debido a que los impulsos de salida tienen una amplitud fija, los elementos de conmutaci??n (por lo general MOSFETs, pero las v??lvulas y transistores bipolares fueron una vez utilizados) se cambian ya sea dentro o fuera, en lugar de funcionar en modo lineal. Esto significa que muy poca energ??a es disipada por los transistores, excepto durante el breve intervalo entre el dentro y fuera de los estados. La energ??a desperdiciada es baja debido a la potencia instant??nea disipada en el transistor es el producto de tensi??n y corriente, y una o la otra es casi siempre cerca de cero. Las p??rdidas m??s bajas permiten el uso de una m??s peque??a disipador de calor mientras que el requisitos de alimentaci??n se reducen tambi??n.

Amplificadores de clase D pueden ser controlados por cualquiera anal??gica o circuitos digitales. El control digital introduce distorsi??n adicional de error llamado cuantizaci??n causado por su conversi??n de la se??al de entrada en un valor digital.

Amplificadores de clase D han sido ampliamente utilizados para controlar motores y casi exclusivamente para peque??os motores de corriente continua, sino que ahora tambi??n se utilizan como amplificadores de audio, con algunos circuitos adicional para permitir anal??gica que se convierte en una se??al modulada en anchura de impulso mucho m??s alta frecuencia. La relativa dificultad de lograr una buena calidad de audio significa que casi todos se utilizan en aplicaciones donde la calidad no es un factor, como sistemas de audio estanter??a a precios m??dicos y "DVD-receptores" a mediados de los precios de los sistemas de cine en casa.

Amplificadores de audio de clase D de alta calidad est??n ahora, sin embargo, comienzan a aparecer en el mercado:

• Tripath haber llamado a su clase revisada D dise??a Clase T.
• Sistema de clase D ICEPower Bang y Olufsen ha sido utilizado en la gama Alpine PDX y gama PRS de Pioneer y para algunos equipos de otros fabricantes.

Estos dise??os revisados se han dicho para rivalizar con buenos amplificadores AB en t??rminos de calidad.

Antes de estos dise??os de mayor calidad exist??an un uso anterior de amplificadores de clase D y ??rea prol??fica de aplicaci??n era de alta potencia, amplificadores subwoofer en los coches. Debido subwoofers se limitan generalmente a un ancho de banda de no m??s de 150 Hz, la velocidad de conmutaci??n para el amplificador no tiene que ser tan alta como para un amplificador de rango completo. El inconveniente con dise??os de clase D se utiliza para subwoofers de potencia es que sus filtros de salida (normalmente inductores que convierten la se??al de ancho de pulso de nuevo en una forma de onda anal??gica) bajan el factor de amortiguamiento del amplificador.

Esto significa que el amplificador no puede impedir que la naturaleza reactiva del subwoofer de disminuir el impacto de los sonidos bajos (como se explica en la parte votaciones de la secci??n de clase AB). Los amplificadores de clase D para excitar los subwoofers son relativamente baratos, en comparaci??n con los amplificadores de clase AB. Un amplificador subwoofer de 1000 vatios de clase D que puede operar a aproximadamente 80% a 95% de eficiencia cuesta alrededor de $ 250 USD, mucho menos que un amplificador de clase AB de este poder, que costar??a varios miles de d??lares.

La letra D se utiliza para designar esta clase amplificador es simplemente la siguiente letra despu??s de C, y no representa digital. Los amplificadores de clase D y clase E a veces equivocadamente se describen como "digital" porque la forma de onda de salida superficialmente se parece un tren de impulsos de s??mbolos digitales, sino un amplificador de clase D simplemente convierte una forma de onda de entrada en una forma continua de ancho de pulso modulado se??al anal??gica (onda cuadrada). (Una forma de onda digital ser??a de c??digo de pulso modulada.)

Clases especiales

Clase E

El / amplificador de clase E F es un amplificador de potencia de conmutaci??n altamente eficiente, que se utiliza t??picamente a frecuencias tan altas que el tiempo de conmutaci??n se vuelve comparable con el tiempo de servicio. Como se ha dicho en el amplificador de clase D-transistor est?? conectado a trav??s de un-LC-circuito en serie a la carga, y se conecta a trav??s de una gran L (inductancia) para la tensi??n de alimentaci??n. La tensi??n de alimentaci??n est?? conectado a tierra a trav??s de un condensador grande para evitar fugas de RF de las se??ales en el suministro. El amplificador de clase E-agrega un C entre el transistor y tierra y utiliza un L definida ₁ para conectarse a la tensi??n de alimentaci??n.

E Amplificador Clase

La siguiente descripci??n hace caso omiso de DC, que se puede a??adir despu??s f??cilmente. El C mencionado anteriormente (C1 en la figura) y L son, en efecto, un circuito LC paralelo al suelo. Cuando el transistor est?? encendido, se empuja a trav??s de la LC-circuito en serie en la carga y parte de la corriente comienza a fluir a la LC-circuito en paralelo a tierra. A continuaci??n, el circuito LC en serie se balancea hacia atr??s y compensa la corriente en el circuito LC paralelo. En este punto la corriente a trav??s del transistor es cero y se apaga. Tanto los circuitos LC ahora est??n llenos de energ??a en la C y la L _0. Todo el circuito realiza una oscilaci??n amortiguada.La amortiguación por la carga se ha ajustado de manera que algún tiempo después la energía de la Ls se ha ido en la carga, pero la energía en ambos C₀picos en el valor original, a su vez restaurar la tensión original, por lo que el voltaje a través de la transistor es cero de nuevo y puede ser encendido.

Con carga, frecuencia y ciclo de trabajo (0,5) como parámetros dados y la restricción de que la tensión no sólo se restaura, pero picos en el voltaje original, los cuatro parámetros (L, L ₀ , C, C ₀ ) se determinan. El F-amplificador de clase toma lo finito sobre la resistencia en cuenta y trata de hacer el toque actual al fondo en cero. Esto significa que el voltaje y la corriente en el transistor son simétricas con respecto al tiempo. La Transformada de Fourier permite una formulación elegante para generar los complicados LC-redes. Se dice que el primer armónico se pasa a la carga, todos los armónicos pares están cortocircuitados y todos los armónicos más altos impares están abiertas.

Clase F y los armónicos pares

En push-pull amplificadores y CMOS los armónicos pares de ambos transistores simplemente cancelan. Experimento dice que una onda cuadrada puede ser generado por los amplificadores y matemáticas dice que las ondas cuadradas no consisten en armónicos impares solamente. En un amplificador de clase D los bloques de filtros de salida de todos los armónicos, que significa que los armónicos ver una carga abierta. Así que incluso pequeñas corrientes en los armónicos son suficientes para generar una onda cuadrada de tensión. La corriente está en fase con la tensión aplicada al filtro, pero el voltaje a través de los transistores está fuera de fase. Por lo tanto hay un solapamiento mínimo entre la corriente a través de los transistores y voltaje a través de los transistores. La más nítida de los bordes más bajo es el solapamiento.

Mientras que la clase D ve los transistores y la carga como dos módulos separados la clase F admite imperfecciones como los parásitos del transistor y trata de optimizar el sistema global para tener una alta impedancia en los armónicos. Por supuesto que tiene que haber una tensión finita a través del transistor para empujar la corriente a través de la resistencia en estado. Debido a que la corriente combinada tanto a través de los transistores es principalmente en el primer armónico parece un seno. Eso significa que en el centro de la plaza del máximo de la corriente tiene que fluir, por lo que puede tener sentido para darse un chapuzón en la plaza o en otras palabras para permitir algunos sobre oscilación de la onda cuadrada de tensión. Una clase de red de carga F, por definición, tiene que transmitir por debajo de una frecuencia de corte y reflexionar anteriormente.

Cualquier frecuencia tumbado debajo de la corta y que tiene su segundo arm??nico por encima de la de corte puede ser amplificada, que es un ancho de banda de octava. Por otro lado un circuito serie LC con una gran L y un sintonizable C puede ser más sencillo de implementar. Al reducir el ciclo de trabajo por debajo de 0,5, la amplitud de salida puede ser modulada. La forma de onda cuadrada de tensión se degradará, pero cualquier sobrecalentamiento es compensado por el poder general más bajo que fluye. Cualquier desajuste de carga detrás del filtro sólo puede actuar en la primera forma de onda de corriente armónica, claramente solamente una carga puramente resistiva tiene sentido, entonces la menor es la resistencia más alta es la actual.

Clase F puede ser impulsado por sinusoidal o por una onda cuadrada, para un sine la entrada puede ser sintonizado por un L para aumentar la ganancia. Si la clase F se implementa con un solo transistor del filtro es complicado corta los armónicos pares. Todos los diseños anteriores utilizan bordes afilados para minimizar la superposición. Clase E utiliza una cantidad significativa de tensión de segunda armónica. El segundo armónico se puede utilizar para reducir el solapamiento con bordes con nitidez finito. Para que esto funcione de energía en el segundo armónico tiene que fluir de la carga en el transistor, y ninguna fuente de esto es visible en el diagrama del circuito. En realidad, la impedancia es principalmente reactiva y la única razón para ello es que la clase E es un amplificador de clase F, con una red de carga muy simplificada y por lo tanto tiene que lidiar con las imperfecciones.

En muchos aficionados simulaciones de amplificadores Clase E se supone bordes afilados actuales anular la propia motivación de la clase E y mediciones cerca de la frecuencia de tránsito de los transistores mostrar curvas muy simétricos, que se parecen mucho más similar a simulaciones clase F. El amplificador de clase E fue inventado en 1972 por Nathan O. Sokal y Alan D. Sokal, y los detalles se publicaron por primera vez en 1975. Algunos informes anteriores sobre esta clase de operación se han publicado en ruso.

Clase G y H

La demostración de la eficiencia teórica de Clase G part1 amplificador

La demostración de la eficiencia teórica de Clase G part2 amplificador

Hay una variedad de diseños de amplificadores que par una etapa de salida de clase AB con otras técnicas más eficientes para lograr una mayor eficiencia con baja distorsión. Estos diseños son comunes en las grandes amplificadores de audio, por ejemplo, ya que los disipadores de calor y transformadores de potencia serían prohibitivamente grande (y costoso) sin el aumento de la eficiencia. Los términos "clase G" y "clase H" se utilizan indistintamente para referirse a diferentes diseños, que van en la definición de un fabricante o un papel a otro.

Los amplificadores de clase G son una versión más eficiente de los amplificadores de clase AB, que utilizan "conmutación del carril" para disminuir el consumo de energía y aumentar la eficiencia. El amplificador cuenta con varios carriles de alimentación a diferentes voltajes, y cambia entre los carriles como la salida de señal se acerca cada uno. Así, el amplificador aumenta la eficiencia mediante la reducción de la energía desperdiciada en los transistores de salida.

Un amplificador Clase H toma la idea de Clase G crear un paso más allá un infinito número de carriles de alimentación. Esto se realiza mediante la modulación de los carriles de alimentación de modo que los carriles son sólo unos pocos voltios mayor que la señal de salida en cualquier momento dado. La etapa de salida funciona a su máxima eficiencia todo el tiempo. Fuentes de alimentación de modo conmutado se pueden utilizar para crear los raíles de seguimiento. Ganancias de eficiencia importantes se pueden lograr, pero con el inconveniente de diseño de la oferta más complicado y THD reducida.

Eficiencia Clase H Las clases pueden ser entendidos mediante los diagramas en cada sección a continuación con mayor facilidad. En aras de la ilustración, un transistor de unión bipolar se muestra como el dispositivo de amplificación, pero en la práctica esto podría ser un dispositivo de tubo de vacío o MOSFET. En un amplificador analógico (el tipo más común), la señal se aplica al terminal de entrada del dispositivo (base, puerta o rejilla), y esto hace que una unidad de salida proporcional a la corriente fluir fuera de la terminal de salida. La corriente de accionamiento de salida viene de la fuente de alimentación.

La señal de voltaje que se muestra es por lo tanto una versión más grande de la entrada, pero se ha cambiado de signo (invertida) mediante la amplificación. Son posibles otras disposiciones de dispositivo de amplificación, pero que dado (es decir, emisor com??n, fuente común o de cátodo común ) es el más fácil de entender y emplear en la práctica. Si el elemento de amplificación es lineal, a continuación, la salida será copia fiel de la entrada, sólo más grande e invertida. En la práctica real, los transistores no son lineales, y la salida sólo se aproximará a la entrada. No linealidad de cualquiera de varias fuentes es el origen de una distorsión en un amplificador. Qué clase de amplificador (A, B, AB o C) depende de cómo el dispositivo de amplificación es sesgada - en los diagramas de los circuitos de polarización se omiten para mayor claridad.

Cualquier amplificador real es una realización imperfecta de un amplificador ideal. Una limitación importante de un amplificador real es que la salida puede generar está limitada en última instancia por la potencia disponible de la fuente de alimentación. Un amplificador saturará y clip de la salida si la señal de entrada es demasiado grande para el amplificador para reproducir o si se exceden los límites de funcionamiento de un dispositivo.

Amplificadores Doherty

Una configuración híbrida recibiendo nueva atención es el amplificador Doherty, inventado en 1934 por William H. Doherty por los Laboratorios Bell (cuya hermana empresa, Western Electric, que entonces era un importante fabricante de transmisores de radio). El amplificador Doherty consiste en una clase principal-B (o "portador") fase en paralelo con un auxiliar de clase C (o "pico") etapa. La señal de entrada se divide uniformemente para conducir los dos amplificadores, y una red que combina resume las dos señales de salida y corrige las diferencias de fase entre los dos amplificadores. Durante los períodos de bajo nivel de la señal, el amplificador clase-B opera de manera eficiente en la señal y el amplificador clase C está inactivo y no consume energía. Durante los picos de señal alta las satura amplificador clase B y las patadas amplificador clase-C. La eficacia de anteriores diseños AM transmisor fue proporcional a la modulación, pero con la modulación promedio normalmente el 20 por ciento, los transmisores se limita a la eficiencia inferior al 50 por ciento. En el diseño de Doherty, incluso con cero modulación de un transmisor podría alcanzar al menos el 60 por ciento de eficiencia.

El amplificador Doherty sigue en uso en muy alta potencia de los transmisores de AM, pero para AM transmisores de baja potencia, amplificadores de válvulas de vacío, en general, fueron eclipsados ??????en la década de 1980 por los conjuntos de amplificadores de estado sólido, que se podrían conectar y desconectar con mucho granularidad más fina en respuesta a los requisitos de la entrada de audio. Sin embargo, el interés en la configuración Doherty ha sido revivido por las aplicaciones de telefonía celular-e inalámbrico de Internet, donde la suma de varios usuarios de envolvente constante crea un resultado agregado AM. El principal reto del amplificador Doherty para los modos de transmisión digital está en la alineación de las dos etapas y conseguir el amplificador clase C para encender y apagar rápidamente.

Otras clases

Varios fabricantes de amplificadores de audio han comenzado a "inventar" nuevas clases como una forma de diferenciarse. Estos nombres de clases por lo general no reflejan ninguna técnica de amplificación revolucionaria, y se utilizan sobre todo para fines de marketing. Esto puede ser fácilmente determinada por el hecho de que el nombre de la clase es una marca registrada o derechos de autor. Por ejemplo, K de corona y la I-Tech Series, así como varios otros modelos utilizan la tecnología patentada de Crown Clase-I (o BCA). Lab.gruppen utilizan una forma de clase amplificador D llamada clase TD o de orugas Clase D que sigue la forma de onda para amplificar con más precisión que sin los inconvenientes de los amplificadores tradicionales de clase D.

" Clase T "es una marca comercial de la empresa TriPath, que fabrica circuitos integrados de amplificador de audio. Esta nueva clase" T "es una revisión del amplificador de clase D común, pero con los cambios para asegurar la fidelidad en el espectro de audio completo, a diferencia de los diseños tradicionales de clase D. Opera en frecuencias diferentes, dependiendo de la potencia de salida, con valores que van desde un mínimo de 200 kHz a 1,2 MHz, utilizando un modulador de propiedad.

"Clase Z" es una marca comercial deZetex semiconductores y es una tecnología digital-retroalimentación directa.

Circuito amplificador

A los efectos de ilustración, se describe este circuito amplificador práctico. Podría ser la base para un amplificador de audio moderada potencia. Cuenta con una (aunque simplifica sustancialmente) diseño típico como se encuentra en los amplificadores modernos, con una clase AB etapa de salida push-pull, y utiliza algunos comentarios negativos en general. Los transistores bipolares se muestran, pero este diseño también sería realizable con FETs o válvulas.

Un circuito amplificador de práctica

La señal de entrada se acopla a través del condensador C1 a la base del transistor Q1. El condensador permite que el AC señal pase, pero bloquea el voltaje de polarización de CC establecido por las resistencias R1 y R2 de modo que cualquier circuito anterior no se ve afectado por ella. Q1 y Q2 forman un amplificador diferencial (un amplificador que multiplica la diferencia entre dos entradas por alguna constante), en una disposición conocida como un par de cola larga. Esta disposición se utiliza para permitir convenientemente el uso de retroalimentación negativa, que se alimenta desde la salida de Q2 a través de R7 y R8.

La retroalimentación negativa en el amplificador de diferencia permite que el amplificador para comparar la entrada a la salida real. La señal amplificada de Q1 se alimenta directamente a la etapa segunda, Q3, que es una etapa de emisor común que proporciona además la amplificación de la señal y la polarización de CC para las etapas de salida, Q4 y Q5. R6 proporciona la carga para la Q3 (Un mejor diseño probablemente utilizar algún tipo de carga activa aquí, como un sumidero de corriente constante). Hasta ahora, todo el amplificador está funcionando en Clase A. El par de salida están dispuestos en Clase AB push-pull, también llamado un par complementario. Ellos proporcionan la mayoría de la amplificación de corriente y conducir directamente la carga, conectado a través de DC-condensador de bloqueo C2. La diodos D1 y D2 proporcionan una pequeña cantidad de polarización de tensión constante para el par de salida, simplemente empuje ellos en el estado de conducción de modo que la distorsión de cruce se reduce al mínimo. Es decir, los diodos empujan la etapa de salida firmemente en el modo de clase AB (suponiendo que la caída de base-emisor de los transistores de salida se reduce por la disipación de calor).

Este diseño es simple, pero una buena base para un diseño práctico, ya que estabiliza automáticamente su punto de funcionamiento, ya que la retroalimentación opera internamente desde DC a través de la gama de audio y más allá. Otros elementos del circuito probablemente serían encontrados en un diseño real que rodar fuera de la respuesta de frecuencia por encima de la gama necesaria para evitar la posibilidad de no deseado de oscilación. Además, el uso de sesgo diodo fija como se muestra aquí puede causar problemas si los diodos no son tanto eléctrica como térmicamente adaptado a los transistores de salida - si los transistores de salida se convierten en demasiado, ya que pueden recalentarse y destruir fácilmente a sí mismos, como la corriente completa desde la fuente de alimentación no se limita en esta etapa.

Una solución común para ayudar a estabilizar los dispositivos de salida es incluir algunas resistencias de emisor, normalmente una ohmios o menos. Cálculo de los valores de las resistencias y condensadores del circuito se realiza basándose en los componentes empleados y el uso previsto del amplificador.

Para los conceptos básicos de los amplificadores de radiofrecuencia utilizando válvulas, consultecon válvula amplificadores de RF.