Ya hemos discutido, el clases y clasificaciones de amplificadores de potencia en nuestros artículos anteriores. Los circuitos del amplificador de potencia se utilizan para entregar alta potencia para impulsar cargas como los altavoces. Los amplificadores de potencia se clasifican según su modo de funcionamiento, que es la parte del ciclo de entrada durante el cual se espera que fluya la corriente del colector. Sobre esta base, los amplificadores de potencia se clasifican como se indica a continuación. En este artículo, analizaremos el amplificador de clase A en detalle.
- Amplificador de potencia clase A
- Amplificador de potencia de clase B
- Amplificador de potencia de clase C
- Amplificador de potencia clase AB
- Amplificadores de potencia de clase D, E, G, S, T (Amplificadores de potencia de conmutación)
Generalmente, los amplificadores de potencia (señal grande) se utilizan en las etapas de salida de un sistema amplificador de audio para impulsar la carga de un altavoz. Un altavoz típico tiene una impedancia de entre 4 Ω y 8 Ω, por lo que un amplificador de potencia debe ser capaz de suministrar las corrientes de pico altas necesarias para activar el altavoz de baja impedancia.
Amplificador de potencia clase A
En el amplificador de clase A, si la corriente del colector fluye todo el tiempo durante el ciclo completo de la señal de entrada, el amplificador de potencia se conoce como amplificador de potencia de clase A. Se utiliza menos para etapas de salida de mayor potencia, ya que tiene poca eficiencia.
El propósito de la polarización de clase A es hacer que el amplificador esté relativamente libre de ruido haciendo que la forma de onda de la señal salga de la región entre 0v y 0.6v donde la característica de entrada del transistor no es lineal.
El diseño de amplificador de clase A produce un buen amplificador lineal, pero la mayor parte de la potencia producida por el amplificador va desperdicio en forma de calor. Dado que los transistores en el amplificador de clase A están polarizados hacia adelante todo el tiempo, poca corriente fluirá a través de ellos aunque no haya señal de entrada y esta es la razón principal de su baja eficiencia. El diagrama de circuito del amplificador de potencia de clase A de acoplamiento directo se muestra en la siguiente figura.
Amplificador Clase A acoplado a transformador
El circuito que se muestra arriba es un amplificador Clase A acoplado directamente. Un amplificador donde la carga se acopla a la salida de el transistor el uso de un transformador se denomina amplificador de acoplamiento directo.
Usando la técnica de acoplamiento de transformador, la eficiencia de un amplificador se puede mejorar en gran medida. El transformador de acoplamiento proporciona una buena adaptación de impedancia entre la carga y la salida, y es la razón principal detrás de la mejora de la eficiencia.
Generalmente, la corriente fluye a través de la carga resistiva del colector, esto provocará el desperdicio de la potencia de CC en él. Como resultado, esta potencia de CC se disipa en la carga en forma de calor y no aporta ninguna potencia de CA de salida.
Por lo tanto, no es recomendable pasar la corriente a través del dispositivo de salida (por ejemplo, un altavoz) directamente.
Por esta razón, una disposición especial realizada mediante el uso de un transformador adecuado para acoplar la carga al amplificador como se indica en el circuito anterior.
El circuito tiene las resistencias divisoras de potencial R1 y R2, la resistencia de derivación del emisor y la polarización Re, que se utilizan para la estabilización del circuito. El condensador de derivación del emisor CE y la resistencia del emisor Re están conectados en paralelo para evitar el voltaje de CA.
El condensador de entrada Cin ( Condensador de acoplamiento ) utilizado para acoplar el voltaje de la señal de entrada de CA a la base del transistor y bloquea la CC de la etapa anterior.
A transformador reductor provisto de una relación de giro adecuada para acoplar el colector de alta impedancia a una carga de baja impedancia.
Adaptación de impedancia del amplificador de clase A
Emparejamiento de impedancia se puede hacer haciendo que la impedancia de salida del amplificador sea igual a la impedancia de entrada de la carga. Este es un principio importante para la transferencia de potencia máxima (de acuerdo con el teorema de transferencia de potencia máxima).
Aquí, la adaptación de impedancia se puede lograr seleccionando el número de vueltas del primario para que su impedancia neta sea igual a la impedancia de salida del transistor y seleccionando el número de vueltas del secundario para que su impedancia neta sea igual a la impedancia de entrada del altavoz.
Características de salida del amplificador de potencia de clase A
En la siguiente figura, podemos observar que el punto Q se coloca exactamente en el centro de la línea de carga de CA y el transistor conduce para cada punto en la forma de onda de entrada. La eficiencia máxima teórica de un amplificador de potencia de Clase A es del 50%.
Características de salida del amplificador de potencia de clase A: línea de carga de CA
En la práctica, con el acoplamiento capacitivo y las cargas inductivas (altavoces), la eficiencia puede disminuir hasta un 25%. Esto significa que se desperdicia el 75% de la energía extraída por el amplificador de la línea de suministro.
La mayor parte de la energía desperdiciada se pierde en forma de calor en los elementos activos (transistor). Como resultado, incluso un amplificador de potencia Clase A de potencia moderada requiere una gran fuente de alimentación y un gran disipador de calor.
Ventajas y desventajas del amplificador de clase A acoplado directamente
Usamos los amplificadores de potencia para varios propósitos dependiendo de la restricción. Todos y cada uno de los amplificadores de potencia de clase tienen sus propias ventajas y desventajas según su confiabilidad y eficiencia.
Ventajas del amplificador de clase A
- Tiene alta fidelidad debido a la réplica exacta de salida de una señal de entrada.
- Tiene una respuesta de alta frecuencia mejorada porque el dispositivo activo está ENCENDIDO todo el tiempo, es decir, no se requiere tiempo para encender el dispositivo.
- No hay distorsión de cruce porque el dispositivo activo conduce durante todo el ciclo de la señal de entrada.
- La configuración de un solo extremo se puede realizar de manera fácil y práctica en un amplificador de clase A.
Desventajas del amplificador de clase A
- Debido a la gran fuente de alimentación y al disipador de calor, el amplificador de clase A es costoso y voluminoso.
- Tiene poca eficiencia.
- Debido a la respuesta de frecuencia del acoplamiento del transformador no es tan buena.
Aplicaciones del amplificador de clase A
- El amplificador de clase A más adecuado para sistemas musicales al aire libre, ya que el transistor reproduce toda la forma de onda de audio sin cortarse nunca. Como resultado, el sonido es muy claro y más lineal, es decir, contiene niveles de distorsión mucho más bajos.
- Suelen ser muy grandes, pesados y producen cerca de 4-5 vatios de energía térmica por vatio de salida. Por lo tanto, funcionan muy calientes y necesitan mucha ventilación. Por lo tanto, no son en absoluto ideales para un automóvil y rara vez son aceptables en un hogar.
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