Los amplificadores de clase A son conocidos por su excepcional rendimiento de audio, lo que los convierte en la opción preferida entre los audiófilos y profesionales de la música. Garantizan una reproducción de audio fiel con baja distorsión, alta linealidad y una precisión de señal notable. Su técnica de polarización única permite que los transistores de salida funcionen linealmente durante todo el ciclo de la forma de onda, brindando un sonido nítido. Los amplificadores de clase A cuentan con una amplia respuesta de frecuencia, cancelación de ruido y capacidades de alta ganancia y accionan altavoces de varios tamaños. Los controles de tono avanzados, como ajustes de graves, agudos, equilibrio y canales, mejoran la experiencia auditiva. Los amplificadores de clase A ofrecen una solución incomparable para entusiastas y profesionales que buscan una calidad de sonido incomparable.
Amplificador de clase A que tiene un punto Q centrado. Por lo tanto, los transistores sólo funcionan a lo largo del área lineal de su línea de carga. Por tanto, es un amplificador en el que la corriente de salida del circuito fluye durante todo el ciclo de la señal de entrada, es decir, el ángulo de conducción es de 360 Ó es decir, los transistores permanecen polarizados directamente durante todo el ciclo de entrada.
Clasificación de amplificadores.
Los amplificadores se clasifican según sus principios operativos: Clase A para una excelente calidad de sonido pero menos eficiencia, Clase B para una mayor eficiencia pero distorsión cruzada, Clase AB combina ambas y la Clase D es altamente eficiente y se usa a menudo en dispositivos portátiles. Cada clase tiene ventajas y desventajas, según los requisitos específicos, como la calidad del audio o la eficiencia energética. Los amplificadores de clase A proporcionan una amplificación limpia pero producen más calor debido a la conducción constante. Los amplificadores de clase D son eficientes utilizando técnicas PWM, pero pueden causar ruido de conmutación. Los amplificadores de clase AB proporcionan equilibrio con circuitos de retroalimentación. La selección debe tener en cuenta los requisitos de energía, el contenido de audio y los recursos disponibles.
A continuación se detallan las principales clasificaciones de amplificadores:
Basado en la señal de entrada
- Amplificador de voltaje: amplifica señales de voltaje y se usa más comúnmente en sistemas electrónicos. Utilizan un voltaje de entrada bajo y producen un voltaje de salida más alto.
- Amplificador de corriente: como su nombre indica, los amplificadores de corriente amplifican las señales de corriente. Utilizan una corriente de entrada baja y producen una corriente de salida más alta.
Según el número de entradas y salidas.
- Amplificador de entrada única, salida única (SISO): estos amplificadores tienen una entrada y una salida. Ejemplos comunes son amplificadores de transistores emisores comunes y amplificadores operacionales (amplificadores operacionales).
- Amplificador SIMO (entrada única, salida múltiple): Los amplificadores SIMO tienen una sola entrada pero pueden controlar múltiples salidas. Los amplificadores de audio de clase AB y D son ejemplos de amplificadores SIMO.
- Amplificador MISO (entrada múltiple, salida única): Los amplificadores MISO tienen múltiples entradas pero producen una sola salida. Un ejemplo es un amplificador sumador que combina diferentes señales de entrada.
- Amplificador MIMO (entrada múltiple, salida múltiple): los amplificadores MIMO tienen múltiples entradas y salidas. A menudo se utilizan en los sistemas de comunicación modernos.
Basado en el rango de frecuencia
- Amplificador de audio: Los amplificadores están diseñados para manejar señales de frecuencia de audio, normalmente de 20 Hz a 20 kHz. Se utilizan en sistemas de audio, auriculares y parlantes.
- Amplificador de radiofrecuencia (RF): estos amplificadores están diseñados para funcionar a frecuencias más altas, normalmente desde unos pocos kilohercios hasta varios gigahercios. Se utilizan en sistemas de comunicación inalámbrica y circuitos de RF.
Basado en la configuración
- Amplificador de emisor común (CE): un amplificador de transistores con el emisor como conexión común entre la entrada y la salida.
- Amplificador de base común (CB): un amplificador de transistores con la base como conexión común entre la entrada y la salida.
- Amplificador de colector común (CC): un amplificador de transistores con el colector como conexión común entre la entrada y la salida.
- Los amplificadores de clase A, B, AB, C, D y E se clasifican según el punto de funcionamiento y el ángulo de conducción. Cada clase tiene ventajas y desventajas específicas.
Basado en el mecanismo de refuerzo.
- Amplificadores analógicos: Los amplificadores amplifican señales continuas sin cuantificación ni niveles discretos. Se utilizan en aplicaciones de audio e instrumentación.
- Amplificadores digitales: Amplificadores que amplifican señales digitales discretas, normalmente utilizando técnicas como la modulación de ancho de pulso (PWM). Se utilizan comúnmente en amplificadores de audio Clase D.
Basado en la aplicación
- Amplificadores Operacionales (Op-Amps): Amplificadores diferenciales de alta ganancia con aplicaciones versátiles en procesamiento de señales, filtrado y cálculos analógicos.
- Amplificador de potencia: Amplificadores que proporcionan señales de salida de alta potencia para accionar parlantes, motores u otros dispositivos de alta potencia.
- Amplificador de instrumentos: se utilizan amplificadores especiales para medir con precisión pequeñas señales en aplicaciones de sensores y medición.
Características de los amplificadores Clase A
- Aunque el transistor opera en la porción lineal de la línea de carga, las formas de onda de entrada y salida son las mismas. Por este motivo , los amplificadores de clase A se caracterizan por una alta fiabilidad de salida.
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Dado que su funcionamiento se limita sólo a una pequeña área central de la línea de carga, este amplificador de Clase A sólo está diseñado para amplificar señales de entrada de pequeña amplitud. Las señales grandes desplazan el punto Q a regiones no lineales cercanas a la saturación o al corte. De ahí surge la distorsión.
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Debido a la limitación de amplitud de la señal de entrada, la salida de alimentación de CA para cada dispositivo activo es pequeña.
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La eficiencia general del circuito amplificador Clase A es
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La eficiencia del colector de un transistor se define como
Amplificador clase A: distribución de potencia
La figura muestra la conexión del transistor emisor común que forma el elemento activo de un amplificador Clase A de una sola etapa. La figura b muestra su característica de salida con el punto Q centrado.
Cuando se aplica una señal de entrada, el “punto Q” se mueve hacia arriba y hacia abajo desde su posición central. La corriente de salida también aumentará o disminuirá en relación con su valor en reposo I. QC . De manera similar, el voltaje colector-emisor V CE aumentará o disminuirá desde su línea de reposo. El valor promedio de la corriente del colector es I QC porque las fluctuaciones positivas y negativas de la señal de entrada provocan cambios iguales en I QC .
Componentes de potencia de transistores
Corriente del colector (Ic)
- En un transistor bipolar (BJT), la corriente del colector (Ic) fluye desde el terminal del colector al terminal del emisor.
- La corriente principal representa la corriente de salida amplificada en modo de funcionamiento activo.
Corriente del emisor (es decir)
- La corriente del emisor (Ie) es la corriente total que fluye hacia el terminal del emisor de un transistor bipolar (BJT).
- Ésta es la suma de la corriente de base (Ib) y la corriente del colector (Ic) según la ley de corrientes de Kirchhoff (Ie = Ib + Ic).
Corriente base (Ib)
- La corriente de base (Ib) fluye hacia el terminal de base de un transistor bipolar (BJT).
- Controla la cantidad de corriente del colector (Ic) que fluye a través del transistor y la amplifica.
Corriente de puerta (Ig)
- La corriente de puerta (Ig) fluye hacia el terminal de puerta de un transistor de efecto de campo (FET).
- Controla la conductividad del canal entre los terminales de fuente y drenaje en FET.
Corriente de drenaje (Id)
- La corriente de drenaje (Id) fluye desde el terminal de drenaje al terminal de fuente en un transistor de efecto de campo (FET).
- Representa la corriente de salida amplificada en modo de funcionamiento activo.
Fuente actual (Es)
- La corriente de fuente (Is) es la corriente total que fluye desde el terminal de fuente de un transistor de efecto de campo (FET).
- Es la suma de la corriente de compuerta (Ig) y la corriente de drenaje (Id), según la ley de corrientes de Kirchhoff (Is = Ig + Id).
Corriente del colector vs. corriente del emisor (Ic vs. Ie)
- Para un BJT bien diseñado y correctamente polarizado, la corriente del colector (Ic) es aproximadamente igual a la corriente del emisor (Ie).
- Esta relación es válida para la mayoría de las aplicaciones prácticas y la pequeña diferencia entre Ic e Ie generalmente se atribuye a la corriente de base (Ib).
Corriente de drenaje vs. fuente actual (Id vs. Is)
- La corriente de drenaje (Id) es igual a la corriente de fuente (Is) en un FET correctamente polarizado.
- Esta relación está activa para la mayoría de los circuitos FET donde el voltaje puerta-fuente (Vgs) está dentro del rango operativo especificado.
Amplificador clase A acoplado a un transformador.
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La eficiencia de un amplificador Clase A de acoplamiento directo es baja. Este problema se puede solucionar utilizando un transformador adecuado para conectar la carga al amplificador. , como se muestra en la siguiente figura.
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Dado que la carga no está conectada directamente al terminal del colector, la corriente CC del colector no fluye a través de él. En un transformador ideal, la resistencia del devanado primario es cero. Por lo tanto, la pérdida de potencia CC en la carga es cero.
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En resumen, el transformador reemplaza la carga de CA con una carga resistiva o de CC.
Conclusión
En resumen, los amplificadores Clase A destacan en aplicaciones donde la calidad del sonido, la linealidad y la baja distorsión son más importantes que la eficiencia energética. Sus notables logros en estas áreas les han valido un lugar especial en el audio de alta fidelidad y el procesamiento de señales de precisión. Sin embargo, la implementación requiere consideraciones cuidadosas de la gestión térmica y el consumo de energía para explotar eficazmente todo el potencial de los amplificadores de Clase A.
