Clases y clasificación de los amplificadores y sus aplicaciones

En el pasado, antes de la invención de los amplificadores electrónicos, los micrófonos de carbón acoplados se utilizaban como amplificadores en bruto en los repetidores telefónicos. El primer dispositivo electrónico que amplificó prácticamente todo fue el tubo de vacío Audion, inventado por Lee De Forest en 1906. Los términos amplificador y amplificación se derivan de la palabra latina amplificar para expandir o ampliar. El tubo de vacío fue el único dispositivo simplificador durante 40 años y dominó la electrónica hasta 1947. Cuando el primer BJT se introdujo en el mercado, creó otra revolución en la electrónica y fue el primer dispositivo electrónico portátil, como la radio de transistores, desarrollada en 1954. Este artículo trata de las clases y la clasificación de los amplificadores.

¿Qué es un amplificador y la clasificación de los amplificadores?

Los amplificadores se llaman simplemente "amplificadores". Un amplificador es un dispositivo electrónico que sirve para aumentar la señal de corriente, tensión y potencia. La función del amplificador es utilizar la energía de la fuente de alimentación y la altitud más larga controlando la señal de salida con la ayuda de la señal de entrada. Un amplificador modula la salida de la fuente de alimentación según las propiedades de la señal de entrada. El amplificador es opuesto al atenuador: si el amplificador proporciona ganancia, el atenuador proporciona pérdida. El amplificador también es una parte discreta del circuito eléctrico que continúa con los demás dispositivos.

En todos los equipos electrónicos se utiliza un amplificador. Los amplificadores pueden clasificarse en varios tipos. La primera está en función de la frecuencia de la señal electrónica que hay que mejorar. El segundo es el amplificador de audio que amplifica la señal en un rango inferior a 20 kHz y el amplificador de radiofrecuencia que amplifica las radiofrecuencias de 20 kHz a 300 KHz. El último es la amplificación de la calidad de la corriente y la tensión

Hay varios tipos de amplificadores, como el amplificador de corriente, el amplificador de tensión, el amplificador de transconductancia y el amplificador de transresistencia. Hoy en día, la mayoría de los amplificadores que se utilizan en el mercado son de transistores, pero también se utilizan tubos de vacío en algunas aplicaciones.

Clasificación de los amplificadores

La clasificación de los amplificadores se ilustra en la siguiente tabla

• Variable de entrada y salida
• Terminal común
• Unilateral y bilateral
• Inversor y no inversor
• Método de acoplamiento entre etapas
• Gama de frecuencias
• Función

Variable de entrada y salida

El amplificador electrónico sólo utiliza una variable, la corriente o la tensión. La corriente o la tensión pueden utilizarse como entrada o salida. Existen cuatro tipos de amplificadores en función de la fuente utilizada como análisis lineal.

Entrada	salida	Fuente de los empleados	Tipo de amplificador	Unidad de ganancia
I	I	Fuente de corriente controlada CCCS	Amplificador de corriente	Sin unidad
I	V	Fuente de tensión controlada por corriente CCVS	Amplificador de trans-resistencia	Ohm
V	I	VCCS Fuente de corriente controlada por tensión	Amplificador de transconductancia	Siemens
V	V	Fuente de tensión controlada VCVS	Amplificador de tensión	Sin unidad

Terminal común

La clasificación de los amplificadores se basa en el terminal del dispositivo, que es común a los circuitos de entrada y de salida. En el transistor de unión bipolar hay tres clases: emisor común, base común y colector común. En el caso de los transistores de efecto campo, las configuraciones correspondientes son fuente común, puerta común y drenaje común. El emisor común es el más común para proporcionar la amplificación de una tensión aplicada entre la base y el emisor. La señal de entrada entre el colector y el emisor se invierte con respecto a la entrada. El circuito de colector común se llama seguidor de emisor, seguidor de fuente y seguidor de cátodo.

Unilateral y bilateral

El amplificador cuya salida no presenta retroalimentación respecto a la entrada se llama unilateral. El amplificador unilateral tiene una impedancia de entrada independiente de la carga y una impedancia de salida independiente de la impedancia de la fuente.

El amplificador que utiliza la realimentación para conectar parte de la salida a la entrada se llama amplificador bilateral. La impedancia de entrada del amplificador bilateral depende de la carga y la impedancia de salida de la impedancia de la fuente. Los amplificadores lineales unilaterales y bilaterales se denominan redes de dos puertos.

Inversor y no inversor

La clasificación de un amplificador se basa en la relación de fase entre la señal de entrada y la señal de salida. El amplificador inversor proporciona una salida que está desfasada 180 grados con respecto a la señal de entrada.

El amplificador no inversor continúa la fase de las formas de onda de la señal de entrada y el emisor es un amplificador no inversor. El seguidor de tensión se llama amplificador no inversor y tiene ganancia unitaria.

Método de acoplamiento entre etapas

Este tipo de amplificador se clasifica según el método de acoplamiento de la señal de entrada, de salida y entre etapas. Hay diferentes tipos de métodos en el amplificador acoplado entre etapas.

• Amplificador de acoplamiento resistivo
• Amplificador de acoplamiento inductivo-capacitivo
• Amplificador de acoplamiento transformado
• Amplificador de acoplamiento directo

Clases de amplificadores

Existen varios tipos de clases de amplificadores, a saber

• Amplificador de clase A
• Amplificador de clase B
• Amplificador de clase C
• Amplificador de clase D
• Amplificador de clase AB
• Amplificador de clase F
• Amplificador clase S
• Amplificador de clase R

Amplificador de clase A

Los amplificadores de clase A son amplificadores con un diseño sencillo y son los más utilizados. Básicamente, los amplificadores de clase A son los mejores debido a sus bajos niveles de distorsión. Este amplificador es el mejor del sistema de audio y la mayoría de los sistemas de audio utilizan el amplificador de clase A. Los amplificadores de clase A están formados por dispositivos con etapas de salida polarizadas para funcionar en clase A. En comparación con los amplificadores de otras clases, el amplificador de clase A tiene la mayor linealidad.

Para conseguir una alta linealidad y ganancia en un amplificador de clase A, la salida del amplificador de clase A debe estar siempre polarizada en ON. Por esta razón, se dice que el amplificador es de clase A. La corriente ideal de señal cero en la etapa de salida debe ser igual o mayor que la corriente de carga máxima necesaria para producir una mayor cantidad de señal.

Ventajas

• Elimina la distorsión no lineal
• Tiene una baja tensión de ondulación
• No requiere compensación de frecuencia
• No hay distorsiones de cruce y conmutación
• La distorsión armónica en el amplificador de tensión y corriente es baja

Desventajas

• Los transformadores utilizados en este amplificador son del tipo bulk y tienen un coste elevado
• El requisito de dos transistores idénticos

Amplificador de clase B

Los amplificadores de clase B son las mitades positiva y negativa de las señales que se asignan a diferentes partes de los circuitos y el dispositivo de salida se enciende y apaga continuamente. Los amplificadores básicos de clase B utilizan dos transistores complementarios que son FET y bipolares. Los dos transistores de cada mitad de la onda con su salida están configurados en modo push-pull. En consecuencia, cada amplificador sólo representa una mitad de la forma de onda de salida.

En el amplificador de clase B, si la señal de entrada es positiva, el transistor de polarización positiva se enciende y el transistor negativo se apaga. Si la señal de entrada es negativa, el transistor positivo se apaga y el negativo se enciende. De este modo, los transistores conducen la mitad del tiempo, sea cual sea el semiciclo positivo o negativo de la señal de entrada.

Ventajas

• Una cierta cantidad de distorsión en el circuito ofrece más salidas por dispositivo porque no hay presencia de armónicos pares
• El uso del sistema push-pull en el amplificador de clase B elimina incluso los armónicos

Desventajas

• Hay una alta distorsión armónica en el amplificador de clase B
• En este amplificador no es necesario el autoequilibrio

Aplicaciones

• Los amplificadores de clase B se utilizan para diseñar modelos de bajo coste
• Este amplificador es más importante que el amplificador de clase A
• El amplificador de clase B sufre una mala distorsión si el nivel de la señal es bajo

Amplificador de clase AB

La clase AB es una combinación de amplificadores de clase A y clase B. Los amplificadores de clase AB se utilizan habitualmente en los amplificadores de potencia de audio. En el diagrama se puede ver que los dos transistores tienen una pequeña tensión, entre el 5 y el 10% de la corriente de reposo, y que la polarización del transistor está justo por encima del punto de corte. El dispositivo, que puede ser FET o bipolar, estará activo durante más de la mitad del ciclo, pero es inferior al ciclo completo de la señal de entrada. Así, en el diseño del amplificador de clase AB, cada transistor push-pull conduce una corriente ligeramente superior al medio ciclo de conducción de clase B, pero mucho menos que el ciclo completo de conducción de clase A.

El ángulo de conducción de un amplificador de clase AB está entre 1800 y 3600, según el punto de polarización. La ventaja de la pequeña tensión de polarización es que proporciona una resistencia en serie y un diodo.

Ventajas

• La clase AB tiene un comportamiento lineal
• El diseño de este amplificador es muy sencillo
• La distorsión de este amplificador es inferior al 0,1%
• La calidad del sonido es muy alta

Desventajas

• La potencia disipada por este amplificador genera calor y requiere una gran cantidad de disipadores de calor
• Este amplificador tiene un bajo rendimiento de potencia y el rendimiento medio es inferior al 50%

Aplicaciones

Los amplificadores de clase AB se utilizan en los sistemas de alta fidelidad.

Amplificador de clase C

El diseño de un amplificador de clase C tiene un alto rendimiento y una baja linealidad. En los amplificadores anteriores, hemos hablado de los amplificadores de clase A, B y AB, que son amplificadores lineales. El amplificador de clase C tiene una polarización profunda, por lo que la corriente de salida es nula durante más de la mitad de la señal de entrada y el transistor está en reposo en el punto de corte. Debido a la grave distorsión de audio, los amplificadores de clase C presentan una oscilación sinusoidal de alta frecuencia.

Ventajas

• La eficiencia del amplificador de clase C es alta
• En el amplificador de clase C, las dimensiones físicas son pequeñas para una potencia o/p determinada

Desventajas

• La linealidad del amplificador de clase C es baja
• Los amplificadores de clase C no se utilizan en los amplificadores de audio
• El rango dinámico del amplificador de clase C disminuye
• El amplificador de clase C producirá más interfaces de RF

Aplicaciones

Este amplificador se utiliza en los amplificadores de RF

Amplificador de clase D

El amplificador de clase D es un amplificador de conmutación no lineal o amplificador PWM. Este amplificador puede alcanzar teóricamente una eficiencia del 100% y no hay ningún periodo durante el ciclo. Las formas de onda de la tensión y la corriente se solapan y la corriente sólo se extrae con la ayuda del transistor que está en estado ON. Estos amplificadores también se llaman amplificadores digitales.

Ventajas

• El amplificador de clase D tiene una eficiencia superior al 90%
• En los amplificadores de clase D, la disipación de potencia es baja

Desventajas

El diseño del amplificador de clase D es más complejo que el del amplificador de clase AB.

Aplicaciones

• Este amplificador se utiliza en las tarjetas de sonido de dispositivos móviles y ordenadores personales
• Estos amplificadores se utilizan en los coches como amplificadores para los subwoofers de audio.
• Hoy en día, en la mayoría de las aplicaciones, se utilizan estos amplificadores.

Amplificador de clase F

Los amplificadores de clase F se utilizan para aumentar la eficiencia y la salida gracias a los resonadores armónicos en forma de red de salida y para conformar la forma de onda de salida en una onda cuadrada. Los amplificadores de clase F tienen una eficiencia superior al 90% cuando se utiliza una sintonía armónica infinita.

Amplificador clase S

Los amplificadores de clase S funcionan de forma similar a los de clase D. Estos amplificadores son amplificadores de conmutación no lineales. Convierten las señales de entrada analógicas en impulsos digitales de onda cuadrada mediante modulaciones delta-sigma. Los amplifican para aumentar la potencia de salida con la ayuda de un filtro de paso de banda. La señal digital del amplificador de conmutación está completamente en estado ON u OFF y su eficacia puede alcanzar el 100%.

Amplificador de clase T

Los amplificadores de clase T están diseñados con un tipo de amplificadores de conmutación digital. Hoy en día, estos amplificadores se han hecho más populares como amplificadores de audio debido a la ampliación del chip DSP y del amplificador de audio multicanal. Este amplificador convierte la señal de analógica a digital modulada por ancho de pulso y la amplificación aumenta la eficacia de un amplificador. Los amplificadores de clase T son la combinación de la señal de baja distorsión del amplificador de clase AB y la eficiencia del amplificador de clase D.

Amplificador de clase G

La mejora del amplificador de clase G es la base del amplificador de clase AB. El amplificador de clase G se utiliza en presencia de varios carriles de alimentación con tensiones diferentes. Cambia automáticamente entre los carriles de alimentación cuando cambia la señal de entrada. La conmutación de contactos reduce el consumo medio de energía. El siguiente esquema del circuito muestra el amplificador de clase G.

Este artículo describe la clasificación de los amplificadores. Además, si tienes alguna pregunta, crees que te has perdido algo, quieres saber sobre un tema en particular, házmelo saber comentando en la sección de comentarios de abajo. He aquí una pregunta para ti, ¿Cuáles son las funciones de los distintos tipos de amplificadores?

Créditos de las fotos: