Qué es el amplificador de clase B: Funcionamiento y sus aplicaciones

En electrónica, un circuito amplificador se utiliza habitualmente en dispositivos de audio para reforzar la señal de entrada. Existen diferentes tipos de amplificadores que se clasifican en función de diferentes consideraciones como el número de etapas, las señales de entrada, la salida, las condiciones de polarización, el rango de frecuencia, la configuración de los transistores y los métodos de acoplamiento. Los amplificadores se clasifican en función de los modos de funcionamiento, como el amplificador de clase A, amplificador de clase B, amplificador de clase C, clase D y clase AB. Las clases son símbolos de letras que se aplican a diferentes amplificadores de potencia para indicar su rendimiento y características. Este artículo trata de una visión general de un amplificador de clase B y su funcionamiento.

¿Qué es un amplificador de clase B?

El amplificador de clase B puede definirse como, siempre que la corriente de colector (Ic) suministra simplemente durante todo el semiciclo positivo de la señal de entrada, entonces se llama amplificador de clase B. Se trata de un tipo de amplificador de potencia que utiliza dos tipos complementarios de transistores (PNP y NPN) para conducir los semiciclos de la señal i/p. Así, la conducción de este amplificador es de 180 grados. Cuando uno de los transistores complementarios se polariza positivamente, el otro transistor se apaga, por lo que conducirá la señal positiva.

Del mismo modo, cuando el transistor tiene polarización negativa, conducirá una señal negativa, por lo que el transistor positivo se apagará y el negativo se encenderá. Esta alternancia de dos transistores complementarios provoca la distorsión de cruce en la señal de salida. Pero esta conmutación alterna genera poco calor y aumenta la eficiencia hasta el 78%, por lo que puede utilizarse en dispositivos que funcionan con baterías.

Eficiencia del amplificador de clase B

La eficiencia del amplificador de clase B puede medirse mediante la siguiente ecuación:

% Eficiencia = Po(ac)/Pi(dc) x 100

= [pi/4] x [VL(p)/VCC] x 100 %

En este amplificador, la tensión de pico es mayor, la eficiencia del circuito es mayor hasta un valor máximo una vez que VL(p)=VCC, por lo que esta eficiencia máxima se expresa como

Eficiencia máxima = [pi/4] x 100% = 78.5%

Circuito amplificador de clase B acoplado a un transformador

La eficiencia del amplificador de potencia de clase B es mayor que la de clase A porque, en la clase B, no hay corriente de polarización de base de CC porque su corriente de reposo (IQ) es cero, de modo que la potencia de CC es muy pequeña. En un amplificador de clase B, los transistores están polarizados hasta el corte, por lo que no hay disipación de potencia del transistor cuando no hay señal i/p. Por tanto, esto proporciona una gran eficiencia al amplificador de clase B acoplado por transformador que el circuito de clase A. A continuación se muestra el diagrama del circuito del amplificador de clase b acoplado por transformador.

Este circuito se puede configurar utilizando dos transistores idénticos como T1 y T2. Los terminales de la base de estos dos transistores se conectan simplemente al transformador i/p de toma central (Tr1), mientras que los terminales del emisor están en cortocircuito y los terminales del colector se conectan a VCC mediante un transformador Tr2. La disposición de este circuito amplificador push-pull de clase B puede hacerse de forma similar al amplificador push-pull de clase A, aparte de las resistencias de polarización en la clase A, en la clase B se utilizan transistores polarizados en la región de corte.

Funcionamiento del amplificador de clase B

Del diagrama del circuito anterior, podemos concluir que los dos transformadores, como TR1 y TR2, tienen una toma central. En la entrada, si no se aplica ninguna señal, ambos transistores estarán en la región de corte y, por tanto, no habrá flujo de corriente por el terminal de colector. Cuando no se utiliza la corriente de VCC, no se desperdicia energía.

Una vez que la señal de entrada se aplica al circuito, se suministra al transformador Tr1 y éste divide la señal en dos señales separadas. Estas dos señales están desfasadas 180 grados entre sí.
Estas señales se entregan directamente a los dos transistores T1 y T2. En el medio ciclo superior, el terminal de base del transistor T1 se vuelve positivo y la corriente fluye por el colector.

Al mismo tiempo, el transistor T2 tiene un semiciclo inferior (-Ve), lo que lleva al transistor T2 a la región de corte y, por tanto, no hay flujo de corriente por el terminal de colector. La forma de onda de salida se genera como la siguiente. Así, para los ciclos superior (+ve) e inferior (-ve), cada transistor conducirá alternativamente. El transformador de salida Tr3 sirve para conectar las dos corrientes generando una forma de onda o/p casi exacta.

Distorsión cruzada

Cuando los transistores comienzan a conducir justo después de que la amplitud de la señal de entrada haya aumentado por encima de 0,7V, las regiones de la señal de entrada cuya amplitud es inferior a 0,7V no estarán con la señal de salida, lo que se conoce como distorsión cruzada. El forma de onda de la distorsión cruzada se muestra a continuación. En este diagrama, puedes observar que las regiones de la forma de onda de entrada que están por debajo de 0,7V no están dentro de la forma de onda o/p.

Problemas resueltos del amplificador de potencia de clase B

Ejemplo1: Calcula la potencia de entrada, la potencia o/p y el rendimiento del amplificador de clase B que proporciona una señal de pico de 20 V a un altavoz de 16 ohmios y una fuente de alimentación de 30 V.

La potencia i/p es proporcionada por

Pi (dc) = (2/π) Vcc Ip

La corriente de carga del colector de pico se puede encontrar a partir de

IL(p) = VL(p)/RL = 20V/16 Ohms = 1,25A

La potencia i/p es Pi (dc) = 2/π 30(1,25) 23,9 W

La potencia o/p viene dada por

Po(ac) = V2L(p)/2RL = (20V)2/2 (16) =400/32 = 12,5w

La eficiencia es %η = Po(ac)/Pin(ac) X 100 = (12,5W/23,9W)X100% = 52,3%

Ejemplo2: Para un amplificador de clase B, la tensión de alimentación VCC es de 30V y la carga es de 16Ω, calcula la potencia i/p, la potencia o/p y el rendimiento.

La potencia o/p máxima puede ser proporcionada por

Po(ac) máxima = V^2CC/2RL = (30V)^2/2(16 Ohms) = 28,12W

La potencia i/p máxima obtenida al utilizar la alimentación es

Pi(ac) máxima = 2V^2CC/ π RL = (30V)^2/ π 2(16 Ohms) = 35,81W

La eficiencia se puede calcular como

La eficiencia máxima %η = Po(ac)/Pin(ac) X 100 = (28,125W/35,81W)X100% = 78,54%

La potencia máxima disipada por cada transistor es

PQ máxima = P2Q máxima/2 = 0,5 (2V^2CC/π^2 RL) = 0,5 (2(30V)^2/ π^216 ohm) = 5,7W

Ventajas

El ventajas de un amplificador de clase B son las siguientes

• En comparación con el amplificador de clase A, éste es más eficiente
• El coste y el peso pueden reducirse simplemente cuando no se requieren transformadores con toma central.
• No son necesarias las tensiones de señal de entrada equivalentes y opuestas.
• Menos corriente de polarización permanente
• Utilización insignificante de la energía sin señal
• Se utiliza para salidas muy potentes.
• Alta eficiencia en comparación con la clase A
• El sistema push-pull de este amplificador elimina los armónicos de orden par dentro de la señal AC o/p.
• No hay componentes de CC en la salida

Desventajas

El desventajas de los amplificadores de clase B incluyen las siguientes.

• La distorsión de cruce puede crearse en estos tipos de amplificadores
• La distorsión es mayor en comparación con los de clase A
• El suministro de corriente cambiará a través de la señal, por lo que es necesario un suministro estabilizado.
• Es muy difícil obtener dos transistores complementarios con las mismas características.
• Necesitamos suministros de tensión positiva y negativa.
• No es necesario que haya autoprecisión.
• Si se conectan transformadores a este circuito amplificador, el tamaño y el coste pueden aumentar.
• El acoplamiento del transformador puede provocar vibraciones en la salida, por lo que afectará a la respuesta en frecuencia.

Aplicaciones

El aplicaciones de los amplificadores de clase B incluyen las siguientes.

• Se utilizan principalmente en el diseño de bajo coste.
• Estos amplificadores son muy significativos en comparación con los amplificadores de clase A.
• Este tipo de amplificador sufre principalmente distorsión si el nivel de la señal es bajo.
• Se utilizan principalmente en dos transistores complementarios como los bipolares y los FET.

Así pues, se trata de una visión general de la clase b amplificador de potencia y su funcionamiento. Se prefieren mucho más que los diseños de amplificadores de clase A en aplicaciones de alta potencia como los sistemas de megafonía y los amplificadores de potencia de audio. Al igual que un amplificador de clase A, se utiliza un método para aumentar la ganancia de corriente del amplificador push-pull de clase B utilizando pares de transistores Darlington en lugar de transistores simples dentro de su circuito de salida. Aquí tienes una pregunta, ¿qué tipos de amplificadores de potencia de clase B existen?