Qué es un amplificador push-pull: esquema del circuito y principio de funcionamiento

Cuando aumentó la necesidad de comunicación de audio a larga distancia, surgió la necesidad de aumentar la amplitud de las señales eléctricas para poder transmitirlas a largas distancias. Departamentos como la telefonía y la telegrafía, la transmisión dúplex, etc., adoptaron diversos métodos para amplificar las señales, pero los resultados siguieron siendo insatisfactorios. Fue alrededor de 1912 cuando el mundo conoció los amplificadores. Son dispositivos capaces de amplificar la potencia de una señal de entrada. En los primeros amplificadores, tubos de vacío más tarde se sustituyó por transistores en la década de 1960. Hay muchos tipos de amplificadores en función de los circuitos activos que se utilizan para diseñarlos, de su funcionamiento, etc. Un amplificador de potencia está diseñado para aumentar la potencia disponible para la carga. El amplificador push-pull es uno de esos amplificadores de potencia.

¿Qué es un amplificador push-pull?

Un amplificador push-pull es un tipo de amplificador de potencia. Contiene un par de dispositivos activos, como un par de transistores complementarios. En este caso, un transistor suministra energía a la carga desde la alimentación positiva y el otro absorbe la corriente de la carga a tierra.

Estos amplificadores son más eficientes que los amplificadores de clase A de un solo extremo. Los transistores de este amplificador son antifásicos. La diferencia entre las salidas de estos dos transistores se envía a la carga. Se eliminan los armónicos de orden par presentes en la señal. Este método reduce la distorsión presente en la señal debido a los componentes no lineales.

Estos amplificadores se denominan amplificadores push-pull porque uno de los transistores empuja la corriente en una dirección mientras que el otro la tira en otra. En el amplificador push-pull, un transistor funciona durante la mitad positiva del ciclo de la señal, mientras que el otro funciona durante la mitad negativa.

Esquema del circuito

El circuito amplificador push-pull contiene dos transistores, uno NPN y otro PNP, como dispositivos activos. Estos transistores son antifásicos. Un transistor se alimenta hacia delante durante el semiciclo positivo de la señal, el otro durante el semiciclo negativo. Para dividir la señal de entrada en dos señales idénticas desplazadas 180 grados, se utiliza un transformador de acoplamiento T1 con acoplamiento central en la fuente del amplificador.

Este amplificador puede construirse en diferentes configuraciones como amplificadores push-pull de Clase-A, Clase-B y Clase-AB. Los circuitos diseñados para estas clases son diferentes.

Esquema del circuito del amplificador de clase A en contrafase

El amplificador de clase A contiene dos transistores idénticos Q1 y Q2. Los terminales emisores de estos dos transistores están conectados entre sí. Las resistencias R1 y R2 se utilizan para polarizar los transistores. Un transistor debe ser alimentado hacia delante durante el semiciclo positivo de la señal, y el otro durante el semiciclo negativo.

Los terminales de colector de estos dos transistores se conectan a los dos extremos del devanado primario del transformador de salida T2. Los terminales de base de estos dos transistores se conectan al devanado secundario del transformador de entrada T1. La fuente de alimentación se conecta entre el centro del devanado primario de T2 y la unión del emisor de Q1 y Q2.

La carga se conecta al devanado secundario del transformador T2. La corriente de reposo de Q1 y Q2 fluye en sentido contrario a través de las mitades del devanado primario de T2. Esto anula la saturación magnética del circuito.

Esquema del circuito de un amplificador en contrafase de clase B

En el amplificador de clase B no hay resistencias de polarización R1 y R2. En este caso, los dos transistores están polarizados en los puntos de corte. Los transistores no consumen energía en condiciones ideales. Por lo tanto, la eficiencia del amplificador push-pull de clase B es mayor que la del amplificador push-pull de clase A.

Esquema del circuito del amplificador de clase AB en contrafase

Este circuito es similar al amplificador push-pull de clase A. Pero a diferencia de la clase A, en la clase AB los valores de las resistencias de polarización se seleccionan de forma que los transistores Q1 y Q2 estén polarizados justo por encima de las tensiones de corte. Esta disposición reduce el tiempo de desconexión simultánea de los transistores. De este modo, se reduce la distorsión cruzada en el amplificador de clase AB.

Funcionamiento del amplificador push-pull

La etapa de salida de este amplificador puede conducir la corriente en ambas direcciones a través de la carga. Contiene dos transistores antifásicos Q1 y Q2. El transformador de acoplamiento de entrada T1 divide la señal de entrada en dos mitades idénticas, cada una de ellas desfasada 180 grados. Uno de los dos transistores se alimenta hacia delante durante el semiciclo positivo y pasa corriente. El otro transistor permanece invertido durante el semiciclo positivo. Esta condición se invierte cuando se aplica el semiciclo negativo a los transistores.

Las corrientes de colector I1 e I2 de Q1 y Q2 fluyen en la misma dirección a través de las correspondientes mitades del primario del transformador T2. Esto induce una salida amplificada de la señal de entrada en el secundario del transformador T2. Por tanto, la corriente que circula por el secundario de T2 es la diferencia entre las corrientes de colector de los transistores.

Ventajas

La salida del amplificador push-pull es la diferencia entre las corrientes de colector de los dos transistores. Esto elimina los armónicos en la salida. Este método también reduce la distorsión. El amplificador de clase B tiene un alto rendimiento y puede funcionar en condiciones de alimentación limitada. El amplificador de clase B tiene un circuito sencillo y su salida no contiene armónicos. La distorsión cruzada se reduce en los amplificadores de clase AB.

Aplicaciones

Algunas de las aplicaciones de los amplificadores push-pull son las siguientes.

• Estos amplificadores se utilizan en los sistemas de radiofrecuencia.
• En los sistemas digitales, estos amplificadores se utilizan por su bajo coste y su diseño reducido.
• Se utilizan para la amplificación de audio de televisores, teléfonos móviles y ordenadores.
• En los sistemas de comunicación a larga distancia, donde se requiere una baja distorsión, se utilizan estos amplificadores.
• Se utilizan con altavoces.
• Para la amplificación de señales de radiofrecuencia.
• Los amplificadores push-pull se utilizan en los sistemas de electrónica de potencia.

Preguntas frecuentes

1). ¿Por qué se llama amplificador push-pull?

Este amplificador tiene dos transistores en el circuito. Uno de los transistores empuja la corriente hacia la salida durante el semiciclo positivo de la señal de entrada El otro transistor tira de la corriente hacia la salida durante el semiciclo negativo de la señal de entrada Así, el amplificador se llama amplificador push-pull.

2). ¿Qué es un amplificador complementario push-pull?

El uso de un transformador hace que el diseño del amplificador push-pull sea engorroso. Para superar este inconveniente, se utilizan dos transistores, uno NPN y otro PNP, en la etapa de entrada del amplificador push-pull, que son complementarios entre sí. Este diseño se conoce como amplificador complementario en contrafase.

3). ¿Qué es Push-pull?

La etapa de salida push-pull está diseñada con dos transistores complementarios que suministran corriente a la carga y la extraen alternativamente.

4). ¿Por qué se utiliza un amplificador push-pull?

Normalmente se prefiere un amplificador push-pull para amplificar las señales sin distorsión.

5). ¿Qué amplificador tiene la mayor eficiencia?

El amplificador en contrafase de clase B tiene una eficiencia máxima del 78,9%.

Además de los transistores, también se utilizan válvulas como elementos activos en estos amplificadores. Hoy en día, los transformadores se utilizan muy poco en la etapa de salida de los amplificadores. En el push-pull simétrico, cada par de salida es un espejo del otro. En este caso, el NPN de una mitad refleja el PNP de la otra. Del mismo modo, hay push-pulls cuasisimétricos, supersimétricos y de ley cuadrada, según sus circuitos de salida. Aquí tienes una pregunta: ¿cuál es la función principal de un amplificador?