Amplificador

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De forma general, un amplificador es un dispositivo que, mediante la utilización de energía externa, magnifica la amplitud o intensidad de un fenómeno físico. Aunque el término amplificador tiene su más amplia utilización en el campo de la electrónica, también existen otros tipos de amplificadores, como los mecánicos. Algunos ejemplos de amplificadores mecánicos son los amplificadores hidráulicos y los servos usados en los frenos de los coches.

[editar] Amplificadores electrónicos

El tipo más común de amplificador es el amplificador electrónico, usado en casi todos los aparatos electrónicos, como emisores y receptores de radio y televisión, ordenadores, equipos de comunicación, instrumentos musicales, etc.

Un amplificador electrónico es un dispositivo para incrementar la corriente, el voltaje o la potencia de una señal. El amplificador realiza esta función tomando potencia de una fuente de alimentación y controlando la salida para hacer coincidir la forma de onda de la señal de entrada con la de salida, pero con una amplitud mayor.

Podríamos decir, en sentido figurado, que un amplificador ideal sería un pequeño trozo de hilo conductor con ganancia, de forma que la salida es una réplica exacta de la entrada pero más grande.

La relación que existe entre la entrada y la salida del amplificador (normalmente expresada en función de la frecuencia de la señal de entrada) se le denomina función de transferencia del amplificador y a su magnitud ganancia. Como su amplificación depende de la frecuencia, se les suele hacer funcionar en un determinado rango de frecuencias, normalmente donde la amplificación es constante o lineal.

El componente clave de estos amplificadores es el elemento activo, que puede ser un tubo de vacío o un transistor (normalmente [BJT], aunque también se emplean MOSFET). La función del BJT es la de amplificar la corriente eléctrica que haya en su base un determinado valor en el colector y en el emisor. El valor de amplificación depende del tipo de transistor y del diseño del circuito (valores de los componentes, configuración en base común, colector común, etc).

Con transistores se pueden hacer dispositivos más complejos que también cumplan la función de amplificar, como los amplificadores operacionales, y éstos a su vez otros como los amplificadores de instrumentación.

Otro tipo de amplificadores electrónicos son los diseñados específicamente para audio, en ellos se suelen preferir las válvulas de vacío a los transistores por sus mejores características sonoras. Estos amplificadores para audio son los preamplificadores y las etapas de potencia

[editar] Clases de amplificador

[editar] Amplificadores clase A

Son aquellos amplificadores cuyas etapas de potencia consumen corrientes altas y continuas de su fuente de alimentación, independientemente de si existe señal de audio o no. Esta amplificación presenta el inconveniente de generar una fuerte y constante emisión de calor. No obstante, los transistores de salida están siempre a una temperatura fija y sin alteraciones. En general, podemos afirmar que esta clase de amplificación es frecuente en circuitos de audio y en los equipos domésticos de gama alta, ya que proporcionan una calidad de sonido potente y de muy buena calidad. Resumiendo, los amplificadores de clase A tienen mayor calidad de sonido, cuestan más y son menos prácticos, ya que despilfarran corriente y devuelven señales muy limpias.

La clase A se refiere a una etapa de salida con una corriente de polarización mayor que la máxima corriente de salida que dan, de tal forma que los transistores de salida siempre están consumiendo corriente. La gran ventaja de la clase A es que es casi lineal, y en consecuencia la distorsión es menor. La gran desventaja de la clase A es que es poco eficiente, es decir que requiere un amplificador de clase A muy grande para dar 50 W, y ese amplificador usa mucha corriente y se pone a muy alta temperatura. Algunos amplificadores de ‘’high-end’’ son clase A, pero la verdadera clase A solo está en quizás un 10% del pequeño mercado de ‘’high-end’’ y en ninguno del mercado de gama media. Los amplificadores de clase A a menudo consisten en un transistor de salida conectado al positivo de la fuente de alimentación y un transistor de corriente constante conectado de la salida al negativo de la fuente de alimentación. La señal del transistor de salida modula tanto el voltaje como la corriente de salida. Cuando no hay señal de entrada, la corriente de polarización constante fluye directamente del positivo de la fuente de alimentación al negativo, resultando que no hay corriente de salida, se gasta mucha corriente. Algunos amplificadores de clase A más sofisticados tienen dos transistores de salida en configuración push-pull.

[editar] Amplificadores de clase B

Son aquellos amplificadores que tienen la peculiaridad de no disponer de corriente a través de los transistores si no existe una señal de audio presente. La propia señal de excitación polarizará a los transistores para que entren en conducción y así exciten a su vez a los altavoces. Esta característica hace especialmente indicados a estos tipos de amplificadores en equipos alimentados por baterías, ya que el consumo está íntimamente ligado al nivel de señal de entrada. Hablando de forma genérica, podríamos afirmar que la calidad en la amplificación de estos equipos es menor y su utilización se adecuaría a aplicaciones que no requieran un sonido muy elaborado, como pueden ser sistemas telefónicos, transmisores de seguridad portátiles, sistemas de aviso, entre otras aplicaciones. Este tipo de amplificadores no se usa en audio.

Los amplificadores de clase B tienen etapas de salida con corriente de polarización cero. Generalmente, un amplificador clase B tiene corriente de polarización cero en una pequeña parte del circuito de potencia, para evitar no linealidades. Tienen una importante ventaja sobre los de clase A en eficiencia debido a que casi no usan electricidad con señales pequeñas. Los amplificadores de clase B tienen una gran desventaja, una distorsión audible con señales pequeñas. Probablemente sea una distorsión con una deficiente sonoridad, que lleva a notarse con señales más grandes. Esta distorsión se llama distorsión de filtro, porque sucede en un punto que la etapa de salida se cruza entre la fuente y la corriente de amortiguación. No hay casi amplificadores de clase B hoy en día a la venta.

Los amplificadores clase B consisten en un transistor de salida conectado de la salida al positivo de la fuente de alimentación y a otro transistor de salida conectado de la salida al terminal negativo de la fuente de alimentación. La señal fuerza a un transistor a conducir mientras que al otro lo corta

[editar] Amplificadores de clase C

Este tipo de amplificador tampoco se usa en audio. Los amplificadores de clase C son similares a los de clase B en que la etapa de salida tiene corriente de polarización cero. Sin embargo, los amplificadores de clase C tienen una región de corriente libre cero que es más del 50% del suministro total de voltaje. Las desventajas de los amplificadores de clase B son más evidentes en los amplificadores de clase C, por tanto los de clase C tampoco son prácticos para audio.

[editar] Amplificadores de clase AB

Son aquellos amplificadores que reciben una pequeña alimentación constante, independiente de las entradas, en suma a la que será producida en función de la señal. Es decir, contaremos con una alimentación constante mínima y además, el amplificador aumentará también la potencia que entrega a los altavoces en función de las señales de entrada que reciba. Esta es la clase de amplificador más común en el área del autosonido, sin embargo podemos conseguir también de clase A, aunque ya sabemos el alto consumo de corriente de estos aparatos. La clase AB domina el mercado y rivaliza con los mejores de clase A en calidad de sonido. Usa menos corriente que los de clase A y pueden ser más baratos, pequeños, frescos y ligeros.

Los amplificadores de clase AB son casi iguales a los de clase B en que tienen dos transistores de salida. Sin embargo, los amplificadores de clase AB difieren de los de clase B en que tienen pequeña corriente libre fluyendo del terminal positivo al negativo incluso si no hay señal de entrada. Esta corriente se incrementa ligeramente, pero no se incremente tanto como para parecerse a los de clase A. Esta corriente libre incluso corrige casi todas las no linealidades asociadas con la distorsión del filtro. Estos amplificadores se llaman de clase AB en vez de A porque con señales grandes, se comportan como amplificador clase B, pero con señales pequeñas, se comportan como amplificador de clase A. La mayoría de los amplificadores disponibles en el mercado son de clase AB.

[editar] Amplificadores de clase D

La ventaja fundamental de este tipo de amplificadores es su excelente rendimiento energético, superior en algunos casos al 90-95%, lo que reduce drásticamente el tamaño de los disipadores, y por tanto el tamaño y peso.

Tradicionalmente se han visto relegados a aplicaciones limitadas como amplificadores para dispositivos portátiles o ‘’subwoofers’’, en los que la distorsión o el ancho de banda no son factores determinantes. Sin embargo, con la tecnología actual existen amplificadores clase-D para toda la banda y niveles de distorsión comparables a los de clase AB o incluso clase A.

Los amplificadores de clase D se basan en la conmutación entre dos estados (aunque existen variaciones multinivel), con lo que los dispositivos de salida siempre se encuentran en corte o en saturación (en ambos casos la potencia disipada en los mismos es prácticamente nula), salvo en los estados de transición, cuya duración debe ser minimizada a fin de no disminuir el rendimiento. Esta señal conmutada, que puede ser generada de diversas formas, aunque la más común es la modulación por anchura de pulsos o PWM, debe ser filtrada posteriormente para recuperar la información de audio. Para ello, la frecuencia de conmutación debe ser sustancialmente superior al ancho de banda requerido (al menos 10 veces mayor) para poder ser rechazada eficazmente. El filtro suele ser de tipo LC, por no suponer pérdidas importantes. Los amplificadores Clase-D requieren de un minucioso diseño para minimizar la radiación electromagnética y evitar que pueda interferir en equipos adyacentes, típicamente en la banda de FM. No obstante, la tecnología actual ha demostrado que esta clase de amplificadores es la alternativa lógica a las tecnologías lineales tradicionales no sólo por su rendimiento, sino también por su calidad de sonido, tamaño y coste.

[editar] Otros amplificadores

Algunos hablan también de las clases E, G y H, aunque las denominaciones no están tan estandarizadas como las clases A y B. Se trata de variaciones de las topologías clásicas aunque confían en la variación de las tensiones de alimentación para minimizar la disipación en los transistores de potencia en cada momento, dependiendo de la señal de entrada. Según ésta variación se realice en varios pasos discretos y de manera continua estaremos ante un amplificador de clase G ó H. Estas clases se suelen limitar a amplificadores para sonorización profesional de elevada potencia, aunque presentan problemas importantes, sobre todo en el caso de la conmutación discreta de los niveles de alimentación. Desde la aparición y evolución de los amplificadores de clase D, estas tecnologías están cayendo en desuso.

[editar] Enlaces externos

• Válvulas de amplificador
• Class D audio amplifiers: theory and design - Tutorial sobre amplificadores Clase-D.
• The Ten Biggest Lies in Audio Las diez mayores mentiras en audio (inglés).
• Matrix-HiFi (español).
• Audiophoolery (inglés).
• The Truth About Interconnects and Cables La verdad sobre los cables e interconexiones (inglés).
• These are some of the worst 'audiophile' products I can find Algunos de los peores productos para audiófilos (inglés).