Comunicaciones

1. Universidad Autonoma de Baja California
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AMPLIFICADORES
Marcos Marcos Fernando
e-mail: fmarcos@uabc.edu.mx
a)Tipos de Amplificadores
Para la amplificación de señales ha sido necesario
emplear una o varía etapas de amplificación. La
amplificación es para proporcionar una señal con la
capacidad de poder entregar la potencia requerida a un
dispositivo para su funcionamiento óptimo.
Cuando una señal de entrada a un circuito
presenta la amplitud suficiente de voltaje, las etapas que
se encuentran a continuación han de entregar o generar
una ganancia de corriente, y esto con el fin de poder
excitar de forma conveniente a la carga.
Existen diversos tipos de amplificadores, cada una
aplicada a diferentes casos.
Amplificador clase A
Este tipo de amplificador presenta en su salida una
señal como la de entrada, pero esta amplificada y no
tienen ninguna distorsión en su forma. Para poder
obtener una señal máxima en la salida de este
amplificador, el punto estático tiene que coincidir con el
centro de recta de carga, por tanto, la máxima potencia
de salida.
Existen dos casos para la conexión de la carga (a
la cual hay que aplicarle potencia):
- Sea externa al circuito
- Sea la propia carga del transistor
Los casos mencionados anteriormente se tienen
que ver bajo el punto de vista de las rectas de carga: en
el primero son distintas para c.c. y para c.a. y en el
segundo caso coinciden para cargas resistivas.
Figura 1. Amplificador clase A.
Los amplificadores de clase A ofrecen un bajo
rendimiento, sin embargo, son muy útiles por su
sencillez para determinadas aplicaciones.
Amplificador clase B
Estos amplifican en un solo semi-ciclo de la señal
de entrada; esto implica situar el punto de trabajo en la
región de corte, de tal forma, que solo al presentarse el
semi-ciclo adecuado del voltaje de entrada. El transistor
pase a la región activa. Cuando el semi-ciclo es el
contrario, el transistor permanece en corte, al igual que
en ausencia de señal de entrada.
Figura 2. Amplificador clase B en simetría
complementaria.
El amplificador de potencia en simetría
complementaria presenta un excelente rendimiento,
pues sin señal de entrada el circuito absorbe una
corriente mínima y, cuando ésta está presente, la mayor
parte de la potencia consumida es transferida a la carga.
Amplificador clase AB
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
por que con señales grandes,se comportan como los de
clase B, pero con señales pequeñas, se comportan
como los de clase A.
Figura 3. Amplificador clase AB cuasi-complementario
Amplificador clase C
Los amplificadores de clase C son similares a los
de clase B ya que en la etapa de salida tiene corriente
de polarización cero.Sin embargo,los amplificadores de
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clase C tienen una región de corriente libre cero que es
más del 50% del suministro total de voltaje.
Los amplificadores de clase C, tampoco son
prácticos para audio.
Figura 4. Amplificador clase C.
Amplificador clase D
Un amplificador clase D está diseñado para que opere
con señales digitales o de pulsos. Con este tipo de
circuito se logra una eficiencia de más de 90%, lo que lo
hace bastante deseable en amplificadores de potencia.
Se necesita, sin embargo, convertir cualquier señal de
entrada en una forma de onda pulsante antes de
utilizarla para excitar una carga de gran potencia y luego
volver a convertir la señal en una señal senoidal a fin de
recuperar la señal original. Además, usan transistores
que están o bien encendidos o bien apagados, y casi
nunca entre-medias y así gastan la menor cantidad de
corriente posible. También, son más eficientes que los
de clase A, clase AB, o clase B.
Estos amplificadores generalmente están
complementados en su salida por un filtro pasa bajas
para eliminar el ruido de conmutación. Este filtro añade
distorsión y desplazamiento de fase, incluso limita las
características del amplificador en alta frecuencia, y es
raro que tengan buenos agudos, pero por otro lado,
quita todo el ruido de conmutación sin causar pérdida de
potencia.
Figura 5. Diagrama de bloques de un Amplificador tipo
D
Otros amplificadores no estandarizados
Amplificador clase E
Es un amplificador de pulsos (cuyo rendimiento
puede ser muy elevado) cuya salida se encuentra
sintonizada a una determinada frecuencia, suele ser
empleado en aplicaciones de radio cuando se trabaja a
una única frecuencia o bien en un margen muy estrecho
de frecuencias. No es usado en aplicaciones de audio.
Amplificador clase G
Son amplificadores conmutados que tienen dos
diferentes fuentes de alimentación. La fuente para el
amplificador se conecta al voltaje menor para señales
débiles y al voltaje mayor para señales fuertes, esto da
más eficiencia sin requerir conmutar etapas de salida,de
tal modo que pueden sonar mejor que los amplificadores
clase D.
Amplificador clase H
Se emplea un amplificador en clase D o una fuente
de alimentación conmutada para alimentar a un
amplificador en clase AB o A, de este modo el
amplificador presenta un excelente rendimiento y tiene el
sonido de un buen amplificador clase AB. La clase H es
muy empleada en etapas profesionales.
b) Características de los amplificadores
Amplificador clase A
- Generan una mejor calidad en la señal
(Sonido).
- Disipan corriente y devuelven corriente limpias.
- Son poco eficientes.
- Es aproximadamente lineal.
Amplificadores clase B
- Son muy eficiente con la energía.
- Distorsión audible con señales pequeñas.
- Tienen un alto factor de amplificacion.
- Intensidad casi nula cuando esta el reposo.
Amplificadores clase AB
- Buena calidad de sonido.
- Tiene un alto rendimiento.
Amplificadores clase C
- El elemento activo del amplificador conduce
menos de 180 grados, de una señal senoidal
aplicada a su entrada.
- No son aplicables a sistemas de audio.
- Alto rendimiento en potencia.
Amplificadores clase D
- Alto rendimiento energético, superior en
algunos casos al 95%.
- Son más eficientes que los amplificadores AB.
- Limitados en frecuencia (f<10kHz).
Amplificador clase E
- Rendimiento elevado.
- Limitado en frecuencia.
Amplificador clase G
- Eficiencia.
- Buena calidad de sonido.
Amplificador clase H
- Excelente rendimiento.
- Buena calidad de sonido.
V1
C1
R1
Q1
R2
C2 L1
C3
10uF
R3
C4
VCC

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A B AB C D
Ciclo de
operación
(grados)
360 180 180 a 360 Menor a 180 Operación
de pulso
Eficiencia de
potencia
25% a 50 % Entre 78.5 % Entre 25 % (50%)
y 78.5%
-
Por lo
general
cerca de 90
%
Polarización
(Base-e misor)
Directa (en el
centro de la recta
de carga)
Directa (Cerca del
corte)
Cero (en corto) Inversa (mas alla
del corte)
Directa
(Corte y
saturación)
Aplicaciones En todos los
amplificadores de
audio
Etapas de gran
potencia en
audiosistemas y
radiofrecuencias
Etapas de gran
potencia.
Utilizados en
audio sistemas.
Se limita en
general a sistemas
de radiofrecuencia.
Los circuitos
sintonizados
eliminan la mayor
parte de sus
distorsión
En la
modulación
de señales
c) Caracterización de Amplificador
Caracterice el circuito amplificador clase A.
Figura 6. Amplificador clase A
a) Determine 𝑟𝑒
b) Encuentre 𝑍𝑖(con 𝑟𝑜 = ∞Ω)
c) Calcule 𝑍 𝑜(con 𝑟 𝑜 = ∞Ω)
d) Determine 𝐴 𝑣(con 𝑟 𝑜 = ∞Ω)
Análisis en cd;
Figura 7. Circuito sin fuente alterna
𝐼 𝐵 =
𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸
𝑅 𝐵
=
12𝑉 − 0.7𝑉
470 𝑘Ω
= 24.04𝜇𝐴
𝐼 𝐸 = ( 𝛽 + 1) 𝐼 𝐵 = (101)(24.04𝜇𝐴) = 2.428𝑚𝐴
𝑟𝑒 =
26𝑚𝑉
𝐼 𝐸
=
26𝑚𝑉
2.428𝑚𝐴
= 𝟏𝟎. 𝟕𝟏𝛀
𝛽𝑟𝑒 = (100)(10.71) = 1.071 𝑘Ω
Análisis en ca;
Figura 8. Sustitución del modelo re en la red
𝑍𝑖 = 𝑅 𝐵 ∥ 𝛽𝑟𝑒 = 470 𝑘Ω ∥ 1.071 𝑘Ω =1.07 𝑘Ω
𝑍 𝑜 = 𝑅 𝐶 =3 𝑘Ω
𝐴 𝑣 = −
𝑅 𝐶
𝑟𝑒
= −
3 𝑘Ω
10.71 Ω
=−280.11
d) Comprobación del modelo
matemático del amplificador
La simulación de nuestro amplificador es el
siguiente.
Figura 9. Simulación de amplificador clase A
La señal obtenida (color amarillo) en la salida de nuestro
amplificador se muestra en la figura siguiente,
igualmente se puede ver la señal de entrada (color azul).
R1
470kΩ
R2
3kΩ
V1
50mVpk
100 Hz
0°
Q1
2N2222A
VCC
12V
XSC1
Tektronix
1 2 3 4 T
G
P
C2
10µF
C3
10µF

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4
Figura 10. Comparación entre Vi y Vo del amplificador
La ganancia asignada a nuestro circuito fue de 100, en
la simulación se obtuvo una ganancia de 109, un
margen de error de 8% con respecto a lo asignado, aun
así se llego a una aproximación aceptable.
e)BIBLIOGRAFIA
Boylestad, Robert L., Nachelsky, Louis,
Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos
Electrónicos, Pearson Educación, México, 2009, ISBN:
978-607-442-292-4, Ingeniería.
http://www.fceia.unr.edu.ar/eca2/Files/Apuntes/Am
plificadores%20de%20Potencia.pdf
http://www.uhu.es/raul.jimenez/POTENCIA/pract23.
pdf
http://146.83.206.1/~jhuircan/PDF_CTOI/AP01.pdf
https://electronicavm.files.wordpress.com/2011/03/
amplificadores-clase-a-y-b1.pdf
Hayt, Análisis de Circuitos en Ingeniería | 7ma
Edición