¿Qué es un amplificador de potencia? Tipos, clases y aplicaciones

¿Qué es un amplificador de potencia? Tipos, clases y aplicaciones

Un amplificador es un dispositivo electrónico utilizado para aumentar la magnitud de la tensión/corriente/potencia de una señal de entrada. Admite una señal/forma de onda eléctrica débil y reproduce una forma de onda similar más fuerte en la salida mediante el uso de una fuente de alimentación externa.

Dependiendo de los cambios que haga en la señal de entrada, los amplificadores se clasifican ampliamente en amplificadores de corriente, voltaje y potencia. En este artículo aprenderemos sobre los amplificadores de potencia en detalle.

Para obtener más información sobre los diferentes tipos de amplificadores: Diferentes tipos y aplicaciones de amplificadores

¿Qué es un amplificador de potencia?

Un amplificador de potencia es un amplificador electrónico diseñado para aumentar la magnitud de potencia de una señal de entrada dada. La potencia de la señal de entrada se incrementa a un nivel lo suficientemente alto como para manejar cargas de dispositivos de salida como parlantes, auriculares, transmisores de RF, etc. A diferencia de los amplificadores de voltaje/corriente, un amplificador de potencia está diseñado para impulsar cargas directamente y se usa como bloque final en una cadena de amplificador.

La señal de entrada a un amplificador de potencia debe estar por encima de un cierto umbral. Entonces, en lugar de pasar directamente la señal de audio/RF sin procesar al amplificador de potencia, primero se preamplifica usando amplificadores de corriente/voltaje y se envía como entrada al amplificador de potencia después de hacer las modificaciones necesarias. Puede observar el diagrama de bloques de un amplificador de audio y el uso del amplificador de potencia a continuación.

 Diagrama de bloque del amplificador de potencia

En este caso un micrófono se usa como una fuente de entrada. La magnitud de la señal del micrófono no es suficiente para el amplificador de potencia. Entonces, primero se preamplifica donde su voltaje y corriente aumentan ligeramente. Luego, la señal pasa a través del circuito de control de tono y volumen que realiza ajustes estéticos en la forma de onda del audio. Finalmente, la señal pasa a través de un amplificador de potencia y la salida del amplificador de potencia se alimenta a un altavoz.

Tipos de amplificadores de potencia

Dependiendo del tipo de dispositivo de salida que esté conectado, los amplificadores de potencia se dividen en los siguientes tres tipos.

Amplificadores de potencia de audio

Este tipo de amplificadores de potencia se utilizan para aumentar la magnitud de la potencia de una señal de audio más débil. Los amplificadores utilizados en circuitos de altavoces de televisores, teléfonos móviles, etc. entran en esta categoría.

La salida de un amplificador de potencia de audio varía desde unos pocos milivatios (como en los amplificadores de auriculares) hasta miles de vatios (como amplificadores de potencia en sistemas Hi-Fi/Home theatre).

Amplificadores de potencia de radiofrecuencia

Las transmisiones inalámbricas requieren que las ondas moduladas se envíen a largas distancias por aire. Las señales se transmiten usando antenas y el rango de transmisión depende de la magnitud de la potencia de las señales alimentadas a la antena.

Para transmisiones inalámbricas como la transmisión de FM, las antenas requieren señales de entrada a miles de kilovatios de potencia. Aquí, los amplificadores de potencia de radiofrecuencia se emplean para aumentar la magnitud de la potencia de las ondas moduladas a un nivel lo suficientemente alto como para alcanzar la distancia de transmisión requerida.

Amplificadores de potencia de CC

Los amplificadores de potencia de CC se utilizan para amplificar la potencia de un PWM (Señales de ancho de pulso). Se usan en sistemas de control electrónico que necesitan señales de alta potencia para accionar motores o actuadores. Toman información de los sistemas de microcontroladores, aumentan su potencia y alimentan la señal amplificada a motores de CC o actuadores.

Clases de amplificadores de potencia

Existen múltiples formas de diseñar un circuito de amplificador de potencia. Las características de operación y salida de cada una de las configuraciones de circuito difieren entre sí.

Para diferenciar las características y el comportamiento de diferentes circuitos de amplificador de potencia, se usan clases de amplificador de potencia en las que se asignan símbolos de letras para identificar el método de operación.

Se clasifican ampliamente en dos categorías. Los amplificadores de potencia diseñados para amplificar señales analógicas se incluyen en las categorías A, B, AB o C. Los amplificadores de potencia diseñados para amplificar las señales digitales moduladas por ancho de pulso (PWM) vienen en D, E, F, etc.

Los amplificadores de potencia más comúnmente utilizados son los que se utilizan en los circuitos de amplificadores de audio y vienen en clases A, B, AB o C. Así que echémosle un vistazo en detalle.

Amplificador de potencia clase A

Las formas de onda analógicas están compuestas de altas y bajas negativas. En esta clase de amplificadores, toda la forma de onda de entrada se usa en el proceso de amplificación.

Un único transistor se usa para amplificar las mitades positiva y negativa de la forma de onda. Esto hace que su diseño sea simple y convierte a los amplificadores de clase A en los amplificadores de potencia de uso más común. Aunque esta clase de amplificadores de potencia son reemplazados por mejores diseños, todavía son populares entre los aficionados.

 Amplificador de potencia clase A

En esta clase de amplificadores, el elemento activo (el componente electrónico utilizado para amplificar, que es el transistor en este caso) está en uso todo el tiempo, incluso si no hay señal de entrada. Esto genera mucho calor y reduce la eficiencia de los amplificadores clase A al 25% en configuración normal y al 50% en una configuración acoplada a transformador.

El ángulo de conducción (la porción de forma de onda utilizada para amplificación, fuera de 360 °) para los amplificadores de clase A es de 360 ​​°. Por lo tanto, los niveles de distorsión de señal son muy inferiores y permiten un mejor rendimiento de alta frecuencia.

Amplificador de potencia de clase B

Los amplificadores de potencia de clase B están diseñados para reducir la eficiencia y los problemas de calentamiento presentes en los amplificadores de clase A. En lugar de un solo transistor para amplificar toda la forma de onda, esta clase de amplificadores utiliza dos transistores complementarios.

Un transistor amplifica la mitad positiva de la forma de onda y el otro amplifica la mitad negativa de la forma de onda. De modo que cada dispositivo activo conduce por la mitad (180 °) de la forma de onda y dos de ellos cuando se combinan amplifican la señal completa.

amplificador de potencia de clase B

La eficiencia de los amplificadores de clase B mejora mucho con respecto a los amplificadores de clase A debido a su diseño de dos transistores. Pueden alcanzar una eficiencia teórica de aproximadamente el 75%. Los amplificadores de potencia de esta clase se utilizan en dispositivos que funcionan con batería, como radios FM y radios transistores.

Debido a la superposición de dos mitades de la forma de onda, existe una pequeña distorsión en la región de cruce. Para reducir esta distorsión de señal, los amplificadores clase AB están diseñados.

Amplificador de potencia clase AB

Los amplificadores clase AB son una combinación de amplificadores de clase A y clase B. Esta clase de amplificadores está diseñada para reducir el problema de menor eficiencia de los amplificadores de clase A y la distorsión de la señal en la región de cruce en los amplificadores de clase B.

Amplificador de potencia de clase AB

Mantiene una respuesta de alta frecuencia como en los amplificadores de clase A y una buena eficiencia como en los amplificadores de clase B. Se usa una combinación de diodos y resistencias para proporcionar una pequeña tensión de polarización que reduce la distorsión de la forma de onda cerca de la región de cruce. Hay un pequeño descenso en la eficiencia (60%) debido a esto.

Amplificador de potencia clase C

El diseño de amplificadores de potencia de clase C permite mayores eficiencias pero reduce el ángulo de linealidad/conducción, que es inferior a 90 °. En otras palabras, sacrifica la calidad de la amplificación para aumentar la eficiencia.

Un ángulo de conducción menor implica una mayor distorsión, por lo que esta clase de amplificadores no es adecuada para la amplificación de audio. Se usan en osciladores de alta frecuencia y amplificación de señales de radiofrecuencia.

Los amplificadores de clase C generalmente contienen una carga sintonizada que filtra y amplifica las señales de entrada de cierta frecuencia, y las ondas de otras frecuencias son suprimidas.

 Amplificador de potencia clase C

En este tipo de amplificador de potencia, el elemento activo conduce solo cuando el voltaje de entrada está por encima de un cierto umbral, lo que reduce la disipación de potencia y aumenta la eficiencia.

Otras clases de amplificador de potencia

Las clases de amplificador de potencia D, E, F, G, etc. se utilizan para amplificar las señales digitales moduladas PWM. Se incluyen en la categoría de conmutación de amplificadores de potencia y activan o desactivan constantemente la salida sin ningún otro nivel intermedio.

Debido a esta simplicidad, los amplificadores de potencia incluidos en las clases mencionadas anteriormente pueden alcanzar eficiencias teóricas de hasta (90-100)%.

Aplicaciones

A continuación se detallan las aplicaciones de los amplificadores de potencia en diferentes sectores:

  • Consumer Electronics : Los amplificadores de potencia de audio se utilizan en casi todos los dispositivos electrónicos de consumo, desde hornos de microondas, controladores de auriculares, televisores, teléfonos móviles y sistemas de cine en casa hasta sistemas de refuerzo teatral y de conciertos.
  • Industrial : Los amplificadores de potencia tipo interruptor se usan para controlar la mayoría de los sistemas de actuadores industriales, como servos y motores de CC.
  • Comunicación inalámbrica: Los amplificadores de alta potencia son importantes en la transmisión de señales de transmisión celular o FM a los usuarios. Los niveles de potencia más altos gracias a los amplificadores de potencia aumentan las tasas de transferencia de datos y la usabilidad. También se usan en equipos de comunicación por satélite.

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