Amplificador clase ab de simetría complementaria

1.- Que carácterísticas presentan los amplificadores de potencia de audio frecuencia

Los amplificadores de potencia suelen ser el primer equipo que encara un reparador. Y es muy lógico porque la gama de frecuencias en las que funciona un amplificador de audio es la más baja de la electrónica (20 Hz a 20KHz) y eso permite encarar experiencias practicas con cables largos sin que se produzcan problemas con la inductancias y capacidades parásitas.

Un amplificador de audio tiene que cumplir siempre con las leyes de la termodinámica. La potencia entregada al parlante no puede ser nunca mayor a la potencia que ingresa por la fuente. Y que quede claro que dije la potencia entregada al parlante y no la potencia entregada por el parlante, que depende del rendimiento del mismo y que no podemos medir fácilmente por tratarse de una unidad acústica (llamada presión sonora) muy difícil de medir.

Antes que nada vamos a explicar que los parlantes se caracterizan por su Impedancia y no por su resistencia. Si Ud. Toma un parlante de 8 Ohms y lo mide con el tester predispuesto como óhmetro, encontrará que tiene alrededor de 6,5 Ohms. Esto suele desconcertar a los enconadores de parlante que terminan realizando un trabajo aproximado o muchas veces exacto pero sin saber el porqué.

2.- Describa las principales carácterísticas y esquema circuital de amplificadores en clase A

En este tipo de amplificador el elemento activo está siempre en zona activa si es un BJT, o en saturación si se trata de un MOSFET. De todos es el que produce menos distorsión, pero también el que tiene menor rendimiento.

Su esquema es similar al de un amplificador de pequeña señal.
De las configuraciones básicas se elige la EC (SC si es con MOSFET) porque tiene mayor ganancia en potencia. El circuito con BJT se muestra en por una inductancia de gran valor para mejorar el rendimiento.

Esquema de un amplificador clase
A con BJT. (b) Circuito equivalente en pequeña señal. En RF los valores de RL están normalizados para una aplicación determinada, los más frecuentes son 50, 75 y 300 Ω, aunque en frecuencias altas se usa generalmente 50 Ω. Cuando se trata de amplificar señales de RF de banda estrecha se suele poner en paralelo con RL un circuito LC sintonizado, pero en el clase A no es imprescindible.

En reposo la tensión sobre la inductancia es nula por lo que VCEQ = VCC. Pero la inductancia mantiene una corriente constante ICQ, es decir que para c.A. Se comporta como un circuito abierto. La corriente y la tensión en el transistor se muestran en la figura 7.2 para una tensión de entrada sinusoidal.

Los márgenes de variación de vo, aproximando VCE,sat = 0, son (saturación) (reposo) (corte). Cuando no hay señal el rendimiento es nulo y además toda la potencia consumida se disipa en el transistor. En la práctica el rendimiento suele estar alrededor del 15%.

3.- Describa las principales carácterísticas y esquema circuital de amplificadores en clase B

En el amplificador clase B los elementos activos están en zona activa si es un BJT, o en saturación si se trata de un MOSFET, la mitad del tiempo en cada ciclo de la señal. Es posible utilizar el mismo esquema del clase A que se muestra en la figura 7.1, pero ahora con VBB ≈ 0.7, de forma que el BJT sólo conduce cuando vi > 0. En este caso es imprescindible poner en paralelo con RL un circuito LC sintonizado que elimina todos los armónicos y deja pasar a la carga únicamente la componente fundamental.

Sin embargo el amplificador clase B que vamos a analizar es otro, se trata del que utiliza dos transistores complementarios y que está representado en la figura 7.3. En este caso no es necesario poner un circuito

LC sintonizado en paralelo con RL. Los transistores de este amplificador trabajan en colector común (CC), no ganan en tensión, sólo en corriente. Si la tensión de entrada no es suficiente hace falta una etapa previa de ganancia en tensión. En el amplificador de la figura 7.1 trabajando en clase B, o en el clase B que se muestra en la figura 7.5, el cual emplea dos transistores idénticos trabajando en contrafase, los transistores están configurados en EC.

En ambos casos la ganancia en potencia es mayor pero el rendimiento es el mismo.

4.- Describa las principales carácterísticas y esquema circuital de amplificadores en clase AB

Un amplificador de conmutación o amplificador Clase D es un amplificador electrónico el cual, en contraste con la resistencia activa utilizada en los modos lineales de los amplificadores clase AB, usa el modo conmutado de los transistores para regular la entrega de potencia. Por lo tanto, el amplificador se caracteriza por una gran eficiencia (pequeñas pérdidas de energía), y esto trae consigo menos disipadores de calor y potencia, reduciendo el peso del amplificador. Además, si se requiere una conversión de voltaje, la alta frecuencia de conmutación permite que los transformadores de audio estorbosos sean reemplazados por pequeños inductores. Los filtros LC pasa-bajas suavizan los pulsos y restauran la forma de la señal en la carga.

Los amplificadores Clase D son utilizados con frecuencia en amplificadores de sistemas de refuerzo de sonido, donde se requiere un alto voltaje de salida. Por ejemplo, el Crest Audio CD3000 es un amplificador Clase D que tiene una potencia nominal de 1500 watts por canal, y sin embargo solamente pesa 21 kg.¹ Un pequeño número de amplificadores de bajos también usan tecnología Clase D, como el Yamaha BBT500H, que tiene una potencia nominal de 500 watts y pesa menos de 5 kg. Y el Ampeg SVT 7 PRO que ofrece 1000 watts de potencia y pesa tan sólo 7 kg.²

5.- Obtener el esquema con valores de componentes de un amplificador de audio clase AB con transistores

Por ahora, la clase AB es la que domina el mercado y rivaliza con los mejores amplificadores de clase A en calidad de sonido. Este tipo, usa menos corriente que los de clase A y pueden ser más baratos, pequeños y ligeros.

Los amplificadores de clase AB son casi iguales a los de clase B, ya que al igual que estos tienen dos transistores de salida. Sin embargo, los amplificadores de clase AB difieren de los de clase B en que tienen una pequeña corriente libre fluyendo del terminal positivo al negativo incluso si no hay señal de entrada. Esta corriente libre incrementa ligeramente el consumo de corriente, pero no se incremente tanto como para parecerse a los de clase A. Esta corriente de libre incluso corrige casi todas las no linealidades asociadas con la distorsión del filtro. Estos amplificadores se llaman de clase AB en vez de A porque con señales grandes, se comportan como los de clase

B, pero con señales pequeñas, se comportan como los de clase A.

6.- Que es la distorsión armónica total (THD) y la distorsión de cruce por cero en amplificador de audio

Distorsión armónica de fase, que se produce por la variación de la fase de una señal en relación a su frecuencia. Esto hace que unos armónicos salgan con diferente fase que otros. El oído humano no es muy sensible a la fase. Se puede utilizar si se tienen varios altavoces para que parezca que el sonido viene de un origen distinto.

Distorsión de cruce por cero

Este tipo de distorsión ocurre únicamente en amplificadores clase B y clase AB (aunque, en estos últimos, en menor proporción). En los amplificadores clase B existen dos transistores complementarios: mientras uno está activo (polarizado) el otro está apagado, y viceversa. Cuando la señal cruza por cero, existe un tiempo en el cual ninguno de los transistores está polarizado y la señal se distorsiona.

7. A que nos referimos cuando decimos operación en modo puente de amplificadores de potencia

Dos amplificadores, cada una potencia de 100 vatios máximo en 4 ohmios en modo puente aparecerán como un amplificador mono nominal 200 vatios a 8 ohms. Este es el modo más comúnmente entendido mal de operación y requiere circuitos adicionales para poner en práctica si el par de amplificadores no tienen la facilidad construido adentro La imagen muestra dos amplificadores idénticos A1 y A2 conectados en modo de puente. Las señales que se presentan para cada amplificador de la pareja son obligadas a estar en oposición de fase. En otras palabras, como la señal en un amplificador está haciendo pivotar de manera positiva, la señal en el otro se está moviendo negativamente. Si, por ejemplo, la salida de tensión máxima oscilación de cada amplificador es entre un pico de y - 10 voltios, cuando la salida de un amplificador está en 10volts la salida de la otra será a -10 voltios, lo que significa que la carga ahora ve una diferencia máxima de 20 voltios entre los terminales de salida "calientes". El suministro de la señal de entrada de audio oposición de fase se puede proporcionar de varias maneras:

Las opciones 2, 3 y 4 requieren conocimientos y habilidades apropiadas. La opción de modo de puente se utiliza a menudo en los sistemas de PA y sobre todo en aplicaciones de audio de coche para alimentar los altavoces de graves de alto poder.
Amplificadores de audio de coches comúnmente tienen sólo un suministro de 13,8 voltios y la obtención de los niveles de voltaje en el circuito amplificador requeridos para potencias pares modestos es cara. Funcionamiento en modo de puente ayuda a proporcionar la energía necesaria a un costo menor.

8.- Que característica tienen los altavoces (también llamados parlantes como puede efectuarse su clasificación)

Las principales carácterísticas de un altavoz son:

• Respuesta en frecuencia.
• Impedancia.
• 
  Potencia admitida.
• Sensibilidad.
• Rendimiento.
• Distorsión.
• Direccionalidad.

Respuesta en frecuencia

La respuesta en frecuencia del altavoz no es plana. El altavoz ideal debería dar una respuesta uniforme, es decir, igual potencia a todas las frecuencias, pero este altavoz no existe. En las especificaciones técnicas viene indicada la respuesta en frecuencia.

Potencia

Hace referencia a la potencia eléctrica que admite el altavoz (no a la potencia acústica). Es la cantidad de energía (en vatios) que se puede introducir en el altavoz antes de que éste distorsione en exceso o de que pueda sufrir daños. Dentro de la potencia se diferencia entre potencia nominal y potencia admisible.

Sensibilidad

Es el grado de eficiencia en la transducción electroacústica. Es decir, mide la relación entre el nivel eléctrico de entrada al altavoz y la presión sonora obtenida.

Suele darse en dB/W, medidos a 1 m de distancia y aplicando una potencia de 1 W al altavoz (2,83 V sobre 8 Ω).

Los altavoces son transductores electroacústicos con una sensibilidad muy pobre. Esto se debe a que la mayor parte de la potencia nominal introducida en un altavoz se disipa en forma de calor.

En los altavoces, a diferencia del micrófono, la sensibilidad no es un indicativo de “calidad sonora”, pues la práctica ha demostrado que altavoces de inferior sensibilidad producen mejor “coloración sonora”.

Rendimiento

El rendimiento mide el grado de sensibilidad del altavoz. Es el porcentaje que indica la relación entre la Potencia acústica radiada y la Potencia eléctrica de entrada.
Potencia acústica / potencia eléctrica x 100. El rendimiento de un altavoz es muy bajo, suele estar comprendido entre el 1-5%. Si entran 100W salen 1-5W.

Distorsión

El altavoz es uno de los sistemas de audio que presenta mayor distorsión, por lo que los fabricantes no suelen suministrar al consumidor las cifras de distorsión de sus altavoces. La distorsión tiene causas muy variadas: flujo del entrehierro, vibraciones parciales, modulación de frecuencia sobre el diafragma, alinealidad de las suspensiones, etc.

La mayor parte de la distorsión se concentra en el segundo y tercer armónico, por lo que afectará en mayor medida a los tonos graves. Se trata de una distorsión en torno al 10%.

Direccionalidad

Indica la dirección del sonido a la salida del sistema, es decir, el modo en el que el sonido se disipa en el entorno.

En realidad, ningún altavoz da una respuesta, pues sea cual sea su direccionalidad global, siempre son más direccionales cuando se trata de altas frecuencias (agudos) que cuando se trata de bajas frecuencias (graves).

9.-De las hojas de datos de los circuitos integrados TDA2002 y LM386 obtener los circuitos o diagramas típicos (circuitos de aplicación), así como los componentes necesarios para implementarlos en laboratorio.