Amplificador electrònic

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Circuit amplificador

Un amplificador electrònic (o etapa amplificadora) és un circuit electrònic que serveix per augmentar la tensió i/o la intensitat d'un senyal elèctric. L'energia necessària per a l'amplificació s'obté de la font d'alimentació del sistema.[1]

Els amplificadors electrònics s'utilitzen en pràcticament tots els circuits electrònics: ajuden a augmentar un senyal elèctric com la sortida d'un pickup, a un nivell de voltatge utilitzable per la resta del sistema. També augmenten la potència màxima disponible que pot proporcionar un sistema per alimentar la càrrega final com una antena o uns altaveus.

Un amplificador perfecte no ha de distorsionar el senyal d'entrada: la seva sortida ha de ser una rèplica exacta del senyal d'entrada, però augmentada.

Característiques[modifica | modifica el codi]

L'amplificador pot realitzar la seva funció de manera passiva, variant la relació entre el corrent i el voltatge mantenint constant la potència (de manera similar a un transformador), o de forma activa, a partir d'una font d'alimentació i augmentant la potència del senyal a la sortida de l'amplificador, habitualment mantenint la forma del senyal, però dotant-la de major amplitud.[2]

La relació entre l'entrada i la sortida de l'amplificador pot expressar-se en funció de la freqüència del senyal d'entrada, cosa que es denomina funció de transferència, que indica el guany de l'amplificador per a cada freqüència en particular. És habitual mantenir a un amplificador treballant dins d'un determinat rang de freqüències en què es comporta de forma lineal, la qual cosa implica que el seu guany és constant per a qualsevol amplitud a la seva entrada.

El component principal d'aquests amplificadors, denominat element actiu, pot ser un tub de buit o un transistor. Les vàlvules de buit solen usar-se encara en alguns amplificadors dissenyats específicament per àudio ja que la resposta frequencial dels tubs de buit és preferida en alguns estils musicals. Els transistors són la base de l'electrònica moderna. Amb els transistors es dissenyen circuits més complexos, com els amplificadors operacionals, que al seu torn s'usen en altres com els amplificadors d'instrumentació.

Classes d'amplificador[3][modifica | modifica el codi]

Classe A[modifica | modifica el codi]

amplificador de classe A

Són amplificadors que consumeixen corrents contínues altes de la font d'alimentació, independentment de l'existència de senyal a l'entrada. Aquesta amplificació presenta l'inconvenient de generar una gran quantitat de calor, que ha de ser dissipada. Això fa que perdi molta energia i per tant provoca un rendiment molt reduït. Aquest tipus d'amplificador és freqüent en circuits d'àudio i en equips domèstics de gamma alta, ja que proporcionen gran qualitat de so, en ser molt lineals.[4]

Els amplificadors de classe A sovint consisteixen en un sol transistor de sortida, connectat directament un terminal a la font d'alimentació i l'altre a la càrrega. Quan no hi ha senyal d'entrada el corrent flueix directament del positiu al negatiu de la font d'alimentació, consumint potència sense resultar útil.

Classe B[modifica | modifica el codi]

Amplificador de classe B.

Els amplificadors de classe B es caracteritzen per un consum gairebé nul quan no hi ha senyal a l'entrada del circuit. El poc corrent que consumeix s'utilitza per a polaritzar els transistors perquè entrin en zona de conducció, de manera que el consum és menor que en la classe A, tot i que la qualitat és una infior a causa de la manera com es transmet el senyal d'entrada. S'usa en sistemes telefònics, transmissors de seguretat portàtils, i sistemes d'avís, encara que no en àudio.

Els amplificadors de classe B tenen etapes de sortida amb corrent de polarització nul·la. Distorsionen de manera important els senyals febles, denominada distorsió d'encreuament per zero, perquè succeeix en el punt que el senyal de sortida creua pel seu nivell de zero volt AC i es deu justament a la manca de polarització, ja que en absència d'aquesta, mentre el senyal no superi el nivell de llindar de conducció dels transistors aquests no condueixen.

Classe C[modifica | modifica el codi]

Amnplificador de classe C

Els amplificadors de classe C són conceptualment similars als de classe B en què l'etapa de sortida situa el seu punt de treball en un extrem de la seva recta de càrrega amb corrent de polarització zero. No obstant això, el seu estat de repòs (sense senyal) se situa a la zona de saturació amb corrent elevat, és a dir l'altre extrem de la recta de càrrega.

L'amplificador classe "C" és exclusiu de "Radio Freqüència". Utilitza com "càrrega" un circuit de càrrega. La característica principal d'aquest amplificador és que l'element actiu condueix menys de 180º, d'un senyal sinusoïdal aplicat a la seva entrada. És a dir, que amplifica només una porció del senyal. La seva altra característica, no menys important és la del seu alt rendiment en potència.

Classe AB[modifica | modifica el codi]

Els amplificadors de classe AB tenen una petita polarització constant en la seva entrada, independent de l'existència de senyal. És la classe més comú en àudio, en tenir alt rendiment i qualitat. Aquests amplificadors reben el seu nom perquè amb senyals grans es comporten com un classe B, però amb senyals petits no presenten la distorsió d'encreuament per zero de la classe B.

Tenen dos transistors de sortida, com els de classe B, però a diferència d'aquests, tenen un petit corrent de polarització fluint entre els terminals de base i la font d'alimentació, que no obstant això no és tan elevada com en els de classe A. Aquest corrent lliure es limita al mínim valor necessari per corregir la manca de linealitat associada amb la distorsió d'encreuament, amb tot just el nivell just per situar els transistors a la vora de la conducció. Aquest recurs obliga a situar el punt Q en el límit entre la zona de tall i de conducció.

Classe D[modifica | modifica el codi]

Amplificador de classe D o bé amplificador PWM.

Els amplificadors de classe D tenen un elevat rendiment energètic, superior en alguns casos al 95%, el que redueix la superfície necessària dels dissipadors de calor, i per tant la grandària i pes general del circuit.[5]

Encara que amb anterioritat es limitaven a dispositius portàtils o subwoofers, en què la distorsió o e l'ample de banda no són factors determinants, amb tecnologia més moderna existeixen amplificadors de classe D per a tota la banda de freqüències, amb nivells de distorsió similars als de classe AB.

Els amplificadors de classe D es basen en la commutació entre dos estats, de manera que els dispositius de sortida sempre es troben en zones de tall o de saturació, casos en què la potència dissipada en aquests és pràcticament nul·la, excepte en els estats de transició, la durada ha de ser minimitzada a fi de maximitzar el rendiment.

Aquest senyal commutat pot ser generada de diverses formes, encara que la més comuna és la modulació per amplada de pols. Aquesta ha de ser filtrada posteriorment per recuperar la informació del senyal, per al que la freqüència de commutació ha de ser superior a l'ample de banda del senyal almenys 10 vegades.

Els amplificadors de classe D requereixen un minuciós disseny per minimitzar la radiació electromagnètica que emeten, i evitar així que interfereixin en equips propers, típicament en la banda de FM.

Altres classes[modifica | modifica el codi]

Les classes I, G i H no estan estandarditzades com les A i B. Es tracta de variacions dels circuits clàssics, que depenen de la variació de la tensió d'alimentació per minimitzar la dissipació d'energia en els transistors de potència en cada moment, depenent del senyal d'entrada.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Douglas Self. Audio Power Amplifier Design Handbook. Focal Press, 29 June 2009, p. 153–. ISBN 978-0-240-52162-6 [Consulta: 5 maig 2012]. 
  2. Robert Boylestad and Louis Nashelsky. Electronic Devices and Circuit Theory, 7th Edition. Prentice Hall College Division, 1996. ISBN 978-0-13-375734-7. 
  3. «The Class Amplifier» (en anglès). http://www.crownaudio.com/. [Consulta: 26 agost 2013].
  4. «Class A amplifiers» (en anglès). ucsb.edu/. [Consulta: 26 agost 2013].
  5. «Class D Audio Amplifier Design» (en anglès). [Consulta: 26 agost 2013].

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Amplificador electrònic Modifica l'enllaç a Wikidata