república bolivariana de venezuela amplificador de potencia

8/6/2019 República Bolivariana de Venezuela amplificador de potencia

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República Bolivariana de VenezuelaMinisterio Del Poder Popular Para la Educación Superior

Universidad Politécnica Experimental “José Antonio

Anzoátegui”

División Extensión Anaco.

Programa Nacional De Formación Del Electricista

Profesor Ing. Bachilleres: Emili Moya Rondon Nelson CI. 16.172.858

Landaeta, Enrique CI. 18.204.491Vilera, Deonel CI. 14.308.933

Jaramillo, Jorge CI. 19.156.706

Oscarina Tovar CI. 18.206.706

Anaco 11 de Julio de 2011



Introducción

Un amplificador de potencia convierte la potencia de una fuente de corriente

continua (Polarización VCC de un circuito con transistores), usando el control de

una señal de entrada, a potencia de salida en forma de señal. Si sobre la carga sedesarrolla una gran cantidad de potencia, el dispositivo deberá manejar una gran

excursión en voltaje y corriente.



¿Qué es un amplificador de potencia?

Se puede definir amplificador de potencia como la etapa, cuyo objetivo es entregar

la máxima potencia a la carga, con la mínima distorsión y con el máximo

rendimiento, sin sobrepasar ni en las condiciones más desfavorables de

funcionamiento, los límites máximos permitidos de disipación de potencia de loselementos empleados.

Un amplificador de potencia convierte la potencia de una fuente de corriente

continua (Polarización VCC de un circuito con transistores), usando el control de

una señal de entrada, a potencia de salida en forma de señal. Si sobre la carga se

desarrolla una gran cantidad de potencia, el dispositivo deberá manejar una gran

excursión en voltaje y corriente.

CLASIFICACION DE LOS AMPLIFICADORES DE POTENCIA

1. Según la frecuencia de las señales a amplificar

• De Corriente Continua. Entre 0 y algunos hercios.

• De Audiofrecuencia. Entre 20Hz y 20KHz.

• De Radiofrecuencia. Entre 20KHz y varios cientos de MHz.

• De Videofrecuencia. También llamados de banda ancha, entre 30Hz y 15MHz.

2. Según el funcionamiento de los transistores de salida

• Lineales. Los transistores trabajan en zona lineal.

• De conmutación. Los transistores de salida trabajan en conmutación, on - off.



A continuación, se presenta una breve descripción de las clases de

amplificadores de potencia.

Clase A: La señal de salida varía para los 360° completos de ciclo. Esto requiere

que el punto Q se polarice a cierto nivel, de manera que al menos la mitad de la

variación de la señal para la salida pueda variar arriba y abajo sin tener quealcanzar un voltaje suficientemente alto para ser limitado por el nivel del voltaje de

la fuente o demasiado bajo para aproximarse al nivel inferior de la fuente, ó 0v en

esta descripción.

Clase B: Un circuito de clase B proporciona una señal de salida que varia sobre la

mitad del ciclo de la señal. El punto de polarización d.c para un clase B se

encuentra por lo tanto en 0v, lo que implica una variación de la salida desde este

punto de polarización para un medio ciclo. Obviamente, la salida no es una

reproducción fiel de la entrada si solamente se tiene presente un medio ciclo. Son

necesarias dos operaciones de clase B, una para proporcionar la salida del medio

ciclo de salida positivo y otra para proporcionar la operación del medio ciclonegativo. La combinación proporciona entonces una salida de 360° completos de

operación. Este tipo de conexión se denomina como funcionamiento en contrafase,

la cual se discutirá mas adelante. Nótese que la operación clase B, por si misma

crea una señal de salida muy distorsionada debido a que la reproducción de la

entrada tiene lugar para sólo 180° de la variación de la señal de salida.

Clase AB: Un amplificador puede polarizarse a un nivel d.c sobre el nivel de

corriente de base cero de clase B y arriba de la mitad del nivel de voltaje de fuente

de la clase A; esta condición de polarización es la clase AB. La operación de clase

AB requiere todavía de una conexión en contrafase para conseguir un ciclo

completo de salida, pero el nivel de polarización de d.c está por lo regular cercano

al nivel de corriente de base cero para una mejor eficiencia de potencia. Para la

operación de clase AB la oscilación en la señal de salida ocurre entre los 180° y

360°, y no está en la operación de clase A ni en la de clase B.

Clase C: La salida de un amplificador de clase C se polariza para una operación a

menos de 180° del ciclo y operará solamente con un circuito sintonizador

(resonante), el cual suministra un ciclo completo de operación para la frecuencia de

sintonía o resonante. Esta clase de operación se emplea, por consiguiente, en áreas

especiales de circuito de sintonía, tales como los de radio y comunicaciones.

Clase D: Esta clase de operación es una forma de operación de amplificador que

utiliza señales de pulso (digitales) las cuales se activan para un intervalo corto y se

desactivan para un intervalo mas largo. Al utilizar técnicas digitales se hace posible

obtener una señal que varié sobre el ciclo completo, empleando circuitos de

muestreo y retención (sample-and-hold), de diversos fragmentos, de la señal de

entrada. La mayor ventaja de la operación de clase D es que el amplificador se

encuentra activado o encendido (empleando energía) solo para intervalos cortos y

la eficiencia total puede ser prácticamente muy alta.



Ventajas e inconvenientes de los diferentes tipos de Ampl.

ificadores

• Funcionamiento en clase B respecto al de clase A

Ventajas:

- Mayor potencia de salida, debido a que la amplitud de las señales de salida que

se puede obtener sin recorte es casi el doble.

- Pérdida de potencia en reposo despreciable, ya que el punto de trabajo está

situado justo en la zona de corte.

- Rendimiento mayor como consecuencia de los puntos anteriores: un 78.5%

teórico

de la clase B frente al 25% de la clase A.

Inconvenientes:- En la configuración en contrafase es necesario emplear dos transistores idénticos

para no introducir deformación entre los semiciclos de la señal de salida.

- Distorsión de cruce, producida porque los transistores no empiezan a

conducir hasta que la VBE no alcanza unos 0.7V.

Funcionamiento en clase AB respecto al de clase B

Ventaja:

- Elimina la distorsión de cruce

Inconvenientes:- Mayor consumo de potencia debido a que circula corriente en reposo.

- Menor rendimiento.

Amplificadores de Potencia en Contrafase

La configuración en contrafase o push-pull, se utiliza para los casos en los cuales la

potencia necesaria en la carga es superior a la que puede entregar un único

transistor. También se utiliza cuando se quiere hacer trabajar un transistor en claseB y amplificar los dos semiciclos de la señal de entrada.

Las características de esta configuración son:

• Empleo de dos transistores excitados con señales iguales pero desfasadas 180º.

• El primario del transformador de salida está recorrido por corrientes iguales y de

sentido contrario, por lo que en ausencia de señal alterna, el flujo resultante a través

del transformador es nulo.

• La fuente de alimentación no necesita filtrado riguroso al no inducir señal en el

secundario del transformador de entrada, por producirse en el primario señales

opuestas, que se contrarrestan.

• Se eliminan los armónicos pares, reduciéndose la distorsión.



ETAPA DE POTENCIA

Etapa de potencia, amplificador de potencia o etapa de ganancia son los

nombres que se usan para denominar a un amplificador de audio. La función del

amplificador es aumentar el nivel de una señal, incrementando, para ello, la

amplitud de la señal de entrada mediante corrientes de polarización (voltajenegativo, voltaje positivo) en el transistor de salida.

El amplificador trabaja, internamente, con corriente continua; en caso de ser

alimentado con la tensión entregada por la red domiciliaria se necesita un

transformador y rectificador para adaptar el nivel de voltaje y tipo de corriente a los

valores necesarios para el buen funcionamiento del equipo.

Cuando se diseña un amplificador, es fundamental la refrigeración del mismo. Por

ello, siempre encontraremos rejilla de ventilación y los fabricantes habrán instalado

en su interior ventiladores (como en el ordenador). Esto es porque durante el

procesado de amplificación, en su interior, se disipa gran cantidad calor.

Físicamente, cuando vemos un amplificador, nos encontramos con un equipo en el

que, habitualmente, sólo hay un botón: el de encendido/apagado.

En la parte posterior suele situarse el panel con las correspondientes entradas y

salidas. El número y tipo de ellas depende de la cantidad de señales que soporte el

amplificador.

Mixing Amplifier MA-35

Características técnicas

Las características técnicas de cada modelo determinarán la calidad del

amplificador:

• Impedancia.

• Factor de amortiguamiento.

• Potencia de salida.

• Relación señal ruido.

• Acoplamiento.

• Respuesta en frecuencia.

• Respuesta de fase.

• Ganancia.



• Sensibilidad.

• Distorsión.

• Diafonía.

Impedancia

La impedancia es la resistencia (oposición) que presenta cualquier dispositivo al

paso de una corriente, en este caso alterna.

La impedancia de entrada de un amplificador debe ser de, al menos, 10 kΩ. Estos

10 kΩ se dan para que en el caso de posicionar 10 amplificadores en paralelo la

carga total sea de un 1kΩ. (10 kΩ / 10 = 1 kΩ).

Factor de amortiguación

Indica la relación entre la impedancia nominal del altavoz a conectar y la

impedancia de salida del amplificador (la eléctrica que realmente presenta en su

salida).

Cuanto mayor sea el factor de amortiguamiento mejor, pero por encima de

doscientos, puede significar que el amplificador está deficientemente protegido

contra cargas reactivas que pueden deteriorarlo.

El factor de amortiguamiento se expresa: 200 sobre 8 Ω, lo que significaría que la

impedancia de salida real del amplificador es de 0,04 Ω (8/200).

Muchos fabricantes incluyen el factor de amortiguamiento para graves, lo que

resulta muy útil, porque sabemos que ésa es la respuesta en frecuencia crítica.

Vendría indicado como 150 sobre 8 Ω a 40 Hz .

Potencia de salida

Hace referencia a la potencia eléctrica, no confundir con la potencia acústica.

Como en el altavoz, es la cantidad de energía que se puede introducir en la etapa de

potencia antes de que distorsione en exceso o de que pueda sufrir desperfectos.

Se especifica la potencia máxima del amplificador en función de una determinada

impedancia, generalmente, 8 Ω. Por ejemplo: 175 W sobre 8 Ω).

Si el amplificador es estéreo, hay que tener en cuenta si esa potencia se refiere a

cada uno de los canales o a ambos. Por ello, en las especificaciones técnicas, se

añade una de estas dos indicaciones:

• con los dos canales alimentados.

• por canal.



En el ejemplo anterior con una potencia de salida de 175 W sobre 8 Ω, si se añade

con los dos canales alimentados significa que por canal la potencia será la mitad

(87,5 W sobre 8 Ω).

Por el contrario, con una potencia de salida de 175 vatios sobre 8 ohmios por

canal , tendremos 350 W sobre 8 Ω con los dos canales alimentados.

En los equipos que permiten modificar la impedancia de entrada, también hay que

tener en cuenta las modificaciones que el variar este parámetro introducen en la

potencia. En este caso, se hacen aproximaciones cercanas, nunca son absolutas,

porque, en el estado actual de los amplificadores, esto no es posible. Así, si

tenemos un amplificador en el que en las especificaciones técnicas figura 175 W

sobre 8 Ω, si reducimos la impedancia a 4 Ω, la potencia será cercana al doble, los

350 W (en un amplificador ideal, debería ser justamente estos 350 W).

Dentro de la potencia se diferencia entre potencia nominal y potencia de pico.

Potencia máxima

Potencia máxima eficaz, o potencia media a régimen continuo es la potencia

eléctrica real verificable con instrumentos que puede proporcionar la etapa de

salida durante un minuto a una frecuencia de 1 kHz (kilo hertzio) sobre la

impedancia nominal especificada por el fabricante (normalmente 4, 6 u 8 Ohmios)

y viene dada por la expresión Po= Vo (rms)²/Zo. Donde:

Po es la potencia de salida.

Vo es el voltaje (tensión eléctrica) eficaz de salida.Zo es la impedancia nominal del amplificador

Nota: para medir la potencia se emplea una resistencia pura, pues una impedancia

compleja altera el desempeño del amplificador.

Potencia máxima útil

La potencia eficaz esta limitada por la distorsión del equipo, ya que esta crece con

la potencia, de modo que se especifica la potencia útil a un nivel de distorsión

nominal, como 1, 2 ó 5% (10% en amplificadores de baja calidad) o menos de0.25% en otros de alta calidad, esta medida es inferior a la anterior.

Potencia de pico, admisible o musical

Potencia máxima impulsiva (un pico de señal' ), que puede soportar cada cierto

tiempo el amplificador antes de deteriorarse.

Algunos fabricantes en lugar de especificar la potencia nominal, especifican la

potencia de pico, para maquillar el alcance del amplificador, pues la potencia de

pico siempre es superior a la potencia nominal. Hay que estar alerta a este detalle y



tener en cuenta que la potencia de pico de un amplificador es 1,4142 (raíz

cuadrada de 2) veces su valor nominal.

Relación señal/ruido

Hace referencia al voltaje de ruido residual a la salida y se expresa en dB.

Para que la relación señal /ruido esté por debajo del umbral de audición, debe ser

de al menos 100 dB. Mayor, 110 dB, en el caso los amplificadores de alta potencia

(por encima de los 200 vatios).

Acoplamiento

Indica la forma en que el amplificador está conectado al altavoz. Puede haber

varios modos:

• “acoplamiento directo”, cuando ambos esta acoplados directamente. Este permite la mejor respuesta en frecuencia y el mayor rendimiento en cuanto

a potencia entregada a la carga.

• “acoplamiento inductivo”, cuando el amplificador y su carga están

acoplados mediante un transformador.

• “acoplamiento capacitivo”, si el acoplamiento se realiza mediante

condensadores.

Internamente, el amplificador funciona con tensión continua, pero a la salida

convierte la señal en corriente alterna. Cuando conectamos directamente un

amplificador con el altavoz, este acoplamiento directo debe hacerse de forma que lacorriente continua residual (DC offset) sea lo más baja posible, no superando los

40 milivoltios. (Los más habituales están en 15 milivoltios).

Respuesta en frecuencia

Calcula el límite dentro del cual el amplificador responde de igual forma (respuesta

plana) a las audiofrecuencias (20 a 20.000 Hz) con una potencia muy baja.

La respuesta en frecuencia en los amplificadores se mide en dB tomando como

referencia potencia de 1 vatio con una impedancia de 8 ohmios. Para obtener una

óptima respuesta en frecuencia, ésta debe estar en torno a 5 dB por encima (+ 5 dB)o por abajo (- 5 dB).

Muchos fabricantes, en lugar de usar sólo las audiofrecuencias, para proteger a los

amplificadores de perturbaciones suprasónicas o subsónicas, lo que hacen es medir

la respuesta en frecuencia para una banda de frecuencias superior (generalmente de

12 a 40.000 Hz). En este caso una respuesta en frecuencia óptima debe estar en

torno a 3 dB por encima (+ 3 dB) o por abajo (- 3 dB).



Respuesta de fase

Indica la relación en la fase entre las frecuencias medias con respecto a las altas o

las bajas. Este desfase (adelantamiento o retraso) en el espectro de

audiofrecuencias (20 – 20.000 Hz) no debería ser superior a los 15º, para que no se

produzca distorsión o cancelamientos de la señal.

Existen ciertos modelos de amplificador que invierte la fase en toda su banda de

paso, lo que puede ocasionar dificultades en su operatividad (sino lo tenemos

presente podremos estar cancelando toda la señal).

Ganancia

Es la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada de la señal. Se

expresa siempre como una relación logarítmica, y la unidad suele ser el dB, esto es,

diez veces el logaritmo decimal del cociente entre potencias (si se relaciones

tensiones, sería veinte veces en lugar de diez debido a que la potencia es proporcional al cuadrado de la tensión).

Si la potencia de salida es 40 W (vatios) y la de entrada 20 W, la ganancia es: 3dB.

Si la tensión de salida es de 4 VRMS y la de entrada 2 VRMS, la ganancia es: 6 dB.

Cuando la ganancia si es menor que 1, hablamos de atenuación.

En lo relativo a amplificadores, como el decibelio siempre expresa una

comparación hablaremos de dBW o dBu, lo que nos indicara cual es la referencia.

• dBW: La W indica que el decibelio hace referencia a vatios. Es decir, se

toma como referencia 1 W (vatio). Así, a un vatio le corresponden 0 dBw.

• dBm: Cuando el valor expresado en vatios es muy elevado, se usa el

milivatio (mW). Así, a un mW le corresponden 0 dBm.

• dBu: El dBu expresa el nivel de señal en decibelios y referido a 774,6

mVRMS . 0,775 VRMS es la tensión aproximada que aplicada a una

impedancia de 600 Ω, disipa una potencia de 1mW. Se emplea la referencia

de una impedancia de 600 Ω por razones históricas.1

En un circuito en el que intervienen varios amplificadores, las ganancias

individuales expresadas en decibelios ( en cualquiera de sus fórmulas tanto dB,

dBw, dBm o dBu) se suman (restan si son negativas y es atenuación).

Sensibilidad

Indica la cantidad de flujo eléctrico necesario de entrada para producir la máxima

potencia de salida.

La sensibilidad viene indicada por dBu a una determinada impedancia. El dBuexpresa el nivel de señal en decibelios y referido a 0,7746 VRMS. (Al hacer

http://es.wikipedia.org/wiki/Etapa_de_potencia#cite_note-0

http://es.wikipedia.org/wiki/Etapa_de_potencia#cite_note-0



referencia a voltios, en muchos manuales, principalmente norteamericanos, en

lugar de dBu usan dBV). Así, 774,6 mVRMS equivaldrán a 0 dBu.

Si se supera el valor especificado por la sensibilidad la señal de salida sufrirá un

recorte (tanto por arriba como por abajo), como ocurre en los limitadores, y

quedara distorsionada de tal modo que puede causar daño en ciertos equipos comoen los tweeter.

Para evitar este gran problema, la mayoría de equipos profesionales cuentan con un

control de nivel de la entrada, que nos permiten atenuar la señal si resulta

excesiva.

Distorsión

La distorsión (distorsión armónica) describe la variación de la forma de onda a la

salida del equipo, con respecto a la señal que entró y se debe a que los equipos de

audio, no sólo los amplificadores, introducen armónicos en la señal.

Las causas de esta distorsión pueden ser múltiples. En el caso de los

amplificadores, la más usual es la sobrecarga a la entrada, es decir, sobrepasar la

potencia recomendada por el fabricante, lo que produce a la salida un recorte de la

señal, queda el sonido "roto".

La distorsión armónica total, debe ser, como máximo de 0,1 % THD(total

harmonic distortion) en todo el espectro de frecuencias (las frecuencias altas –

agudos, distorsionan más que la bajas – graves).

La distorsión también puede expresarse en dB en relación a una frecuencia. Es lo

que se conoce como (distorsión por intermodulación de transistores). Para

medir esta distorsión lo que se hace calcular la distorsión del amplificador para dos

ondas senoidales diferentes (generalmente, 19 y 20 kHz) y ver cuál es la diferencia

entre estas señales expresada en dB. Los amplificadores de calidad deben estar en

los 70 dB de diferencia en ese tono diferencial de 1 kHz.

Diafonía

La diafonía indica que en un sistema estéreo, un canal de audio, afecta al otro.

La diafonía depende de la frecuencia. Así hablaremos de que la diafonía es

soportable cuando este en torno a 50 dB para graves y agudos y 70 dB para los

tonos medios.

Para eliminar problemas de diafonía, los amplificadores cuentan con

rectificadores, condensadores de filtro. Además, muchos fabricantes introducen

fuentes de alimentación independientes para cada canal, lo que resulta muy

efectivo.

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