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Amplificador clase AB

amplificador de sonido clase AB

Los amplificadores en clase AB son unos de los circuitos más usados en audio actualmente, y presentan numerosas ventajas respecto a algunos de sus primos de otras clases. Hoy te explicaremos todo lo que necesitas saber para entender cómo funcionan, cómo diseñarlos, y además te damos todos sus circuitos y fórmulas para que te inspires y hagas tu propio amplificador clase ab de sonido casero!

¿Cuál es el origen del amplificador en clase AB?

Cómo ya hemos visto anteriormente, los amplificadores en clase B presentaban un problema llamado distorsión de cruce. Los transistores estaban configurados como push-pull, es decir, uno trabaja en la parte positiva de la onda mientras el otro lo hace en la negativa. Pero nuestros transistores son un poco vagos, y no comienzan a trabajar hasta que les llega una tensión mínima de 0,7 V.

El amplificador clase AB nace al tratar de evitar esta distorsión. Para ello, daremos una pequeña ayuda a los transistores BJT, polarizándolos con una pequeña tensión para que trabajen siempre. En cuanto reciban una tensión de entrada, por pequeña que sea, se sumará a la tensión de polarización para que conduzcan desde el primer momento.

Funcionamiento del amplificador clase AB

amplificador clase AB circuito

Fíjate en la imagen: si aplicamos una pequeña tensión a la base de cada transistor, conseguiremos polarizar sus uniones base-emisor en directa. Ésto permite que circule una corriente por los colectores de los mismos, copiando así la tensión de entrada por muy baja que sea. De esta manera nos evitamos la molesta distorsión de cruce típica de los amplificadores en clase B.

Pero… ¿por qué se les llama amplificadores AB? Pues porque cuando el transistor trabaja con una pequeña tensión de polarización en su base, preparado para conducir en cualquier momento, se dice que trabaja en clase AB.

El amplificador en clase AB tiene una distorsión muy pequeña, comparable a un clase A, y un rendimiento en torno al 50%. Cabe decir que consume algo más que el típico clase B, ya que aún sin señal de entrada los transistores conducen una pequeña corriente.

Ahora bien, aunque este esquema sea muy bonito, en la práctica deberemos sustituir las fuentes de tensión por circuitos adecuados que se encarguen de polarizar nuestros transistores de una manera eficiente. A continuación, analizamos (casi) todas las posibles configuraciones para conseguir un amplificador de sonido en clase AB.

Circuitos y fórmulas del amplificador en clase AB

Existen varias maneras de implementar un amplificador de transistores trabajando en clase AB. a continuación te dejamos los esquemas de las principales configuraciones, además de las fórmulas más importantes para diseñarlos.

Amplificador clase AB Push-pull polarizado con resistencias

Bien, ya lo he entendido. Hay que llevar una pequeña tensión a las bases de los transistores, pero ¿cómo lo hacemos?

La primera forma que se me ocurre de hacerlo es también la más barata: utilizando un divisor de tensión a partir de resistencias. Tal y como podemos ver en la imagen, con una rama formada por 4 resistencias, y escogiendo los valores adecuados, podemos polarizar nuestros transistores para así evitar la distorsión de cruce.

etapa de potencia clase ab

Analizando el circuito, llegamos a la conclusión de que R2 debe ser igual a R3, y de que R1 debe ser igual a R4. La fórmula de diseño de las resistencias es la siguiente:

formulas circuito clase ab

La corriente Ir suele ser del orden de decenas de mA. Si la corriente es demasiado grande, el rendimiento del amplificador se ve comprometido, mientras que si por otra parte, Ir es demasiado pequeño, no conseguirá polarizar los transistores y estos trabajarán en clase B.

Cabe decir que este tipo de polarización presenta un problema llamado “avalancha térmica”, sobretodo cuando el amplificador trabaja con potencias importantes. Y es que el sistema se embala cuando la temperatura aumenta: los transistores al calentarse elevan la corriente de colector, aumentando la disipación de potencia, y por lo tanto, elevando aún más la temperatura. Es un sistema realimentado. Es por ello que la polarización en la práctica suele hacerse mediante otras configuraciones, como por ejemplo a partir de diodos.

Amplificador clase AB Push-pull polarizado con diodos

Una forma de evitar la avalancha térmica pasa por sustituir dos de las resistencias por diodos. Si colocamos éstos lo suficientemente cerca de los transistores, se calentarán al mismo ritmo.

amplificador push pull contrafase ejemplos

Los diodos al calentarse reducen la tensión de polarización de los transistores, compensando así el efecto de embalamiento y controlando que la temperatura no se dispare. La fórmula para el diseño de estos amplificadores es la siguiente:

calculo amplificador clase ab

Donde Id1 min se corresponde a la corriente mínima que necesitamos para asegurar la conducción de los diodos independientemente de la carga. Es importante que cuando vayas a montar el circuito, coloques los diodos lo más pegados a los transistores que puedas, así se calentarán a un ritmo similar.

Amplificador clase AB Push-pull con alimentación unipolar

Si lo que estás pensando es en fabricar tu propio amplificador, seguramente no dispongas de una fuente bipolar y simétrica. En ese caso, esta configuración es para ti.

Como ya imaginas, los emisores de los transistores no quedan en 0 V, por lo que incluimos un condensador a la salida para bloquear el nivel de DC que introduce la fuente de alimentación. Por la misma razón, incluimos otro condensador a la entrada de la señal.

Aunque en teoría, la señal de salida puede ir desde 0 V a la tensión de alimentacion, en la práctica no se consigue. Fíjate que, si la tensión de entrada ronda su valor máximo, puede hacer que el diodo D1 entre en corte. Si por el contrario, la tensión de entrada está en su nivel mínimo, puede hacer que D2 entre en corte, recortando la señal de salida. Una forma de evitar este problema pasa por el siguiente esquema.

amplificador clase ab diodos push pull

Ahora aplicamos la señal de entrada a las bases de los dos transistores a la vez. Acoplando correctamente con condensadores, la tensión entre las bases debería ser constante, e independiente de la tensión de entrada, con lo que nos evitamos que los diodos entren en corte. Con esta configuración, conseguimos la máxima excursión a la salida, con tensiones entre 0 y Vcc.

Porque una imagen vale más que mil palabras, te dejamos con un vídeo muy aclarador para que acabes de entender el análisis de este tipo de amplificadores.

Ya has visto los circuitos más utilizados para crear amplificadores de potencia en clase AB. Si tienes alguna duda, ¡Deja un comentario!