Amplificadores

La amplificación es una de las funciones más usada en electrónica. El invento del tubo electrónico y mas tarde del transistor fue motivado para tener un dispositivo que amplificara señales electrónicas.

En general todo dispositivo electrónico se comporta como una “caja negra” con terminales de entrada y salida. A la entrada le entregamos una señal , que no es otra cosa que una potencia variable en el tiempo. Si a la salida del dispositivo tenemos otra señal que varía con el tiempo similar a la entrada pero con una potencia superior a la de la entrada, entonces estamos usando un dispositivo que es un amplificador.

La relación entre entre la potencia de salida dividido por la potencia de entrada se llama ganancia o factor de amplificación del dispositivo. Si la relación es 1 entonces la potencia de entrada y salida son iguales y en realidad no hay ganancia. So la relación es mayor de 1, entonces tenemos amplificación. Si la relación es menor de 1, entonces la salida es una fracción de la entrada y tenemos un atenuador en vez de un amplificador.

Como la ganancia o factor de amplificación es una relación entonces la podemos expresar en decibelios. Si la amplificación es 1, la expresión en decibelios es 0 db.  Si la amplificación es 10:1 la expresión es 10 db, si la relación es el doble el valor será 3 db.

Si en vez de amplificación tenemos atenuación entonces el factor de amplificación es menor de 1 y expresados en decibelios son valores negativos. Un valor de -3 db significa un atenuador de 1:2, -10 db tendría una atenuación de 1/10.

En un amplificador la potencia de salida debe variar en el tiempo exactamente igual a las variaciones de la información de entrada.  Si la salida es exactamente igual a la entrada entonces decimos queel amplificador es muy “fiel” o es un amplificador de alta fidelidad.  Si el amplificador modifica la forma de onda de la salida entonces decimos que el amplificador “tiene” distorsión”.

Los dos factores importantes para evaluar un amplificador son la “ganancia” y la “distorsión”.

Una área de uso de amplificadores en los amplificadores de audio en donde pequeñas señales de audio captados por un micrófono es amplificada lo suficiente para mover el cono de un parlante para que una multitud de personas lo puedan escuchar.

Otro amplificador muy conocido por los radioaficionados son los amplificadores de radiofrecuencias usados para tomar las pequeñísimas oscilaciones de un circuito resonante o un cristal y amplificarlos a niveles de vatios o kilovatios y alimentar una antena que emitirá ondas electromagnéticas capaces de llegar a miles de kilómetro desde donde se emite.

En el análisis de un circuito amplificador se considera que la señal tiene forma sinusoidal que se repite a una frecuencia determinada. La señal sinusoidal se considera que tiene un ciclo de 360 grados que se repite a la frecuencia que estamos trabajando.

Si un amplificador utiliza un solo elemento activo como son los tubos o transistores para amplificar durante los 360° del ciclo entonces decimos que el amplificador es de “clase A”.

Una señal sinusoidal está constituida de un ciclo positivo y otro negativo completamente simétrico. El ciclo positivo o negativo dura la mitad de un ciclo completo de 360°, entonces el positivo o el negativo dura 180°.

Si en vez de usar un solo elemento para amplificar usamos dos,  en el cual uno amplifica el ciclo positivo y el otro el ciclo negativo, vamos a tener un amplificador que nos dará el doble de potencia que un solo dispositivo activo.

En este caso el componente activo solo trabaja en la mitad del ciclo, es decir 180° y se denominan amplificadores “clase B” en oposición a los “clase A” que trabajan todo el ciclo.

Los amplificadores “clase B” los dos tubos o transistores se monta en circuitos simétricos pero opuestos llamados comúnmente “circuitos Push-Pull” del inglés Push, Pull que significa algo asi como Empuje-Jale en forma metafórica.

Algunos amplificadores se diseñan para operar en ciclos de trabajo que están entre los 360° de la clase A y los 180° de la clase B y son conocidos como amplificadores “clase AB”. La “clase AB” requiere el uso de dos tubos o transistores en montaje Push-Pull como los clases B, su rendimiento en amplificación es menor que la “clase B” pero se consigue mejor fidelidad que la clase B.

Cuando usamos un amplificador para frecuencia de radio, el elemento amplificador entrega su energía a un circuito resonante compuesto de una bobina y un condensador. Un circuito LC puede mantener una oscilación sinusoidal a la frecuencia de resonancia . En este caso el elemento amplificador solo necesita entregar pequeños impulsos de energía, al elemento LC, en forma sincrónica para mantener la oscilación.

En estas condiciones podemos hacer un amplificador clas B o AB de un solo elemento (tubo o transistor) con la condición que entreguemos la energía a un circuito LC  que tenga su resonancia igual a la frecuencia que esta operando el amplificador.

Para amplificadores de radiofrecuencia es posible tener otra clase de amplificadores que funcionan en ciclos de menos de 180 ° y  se conocen como amplificadores “clase C”.  Los amplificadores “clase C” son muy eficientes ya que solo trabajan en una pequeña parte del ciclo donde podemos forzar al tubo o transistor de liberar mucha energía pero como no trabaja en la mayor parte del ciclo su disipación media puede ser más baja.

Los amplificadores “clase C” solo pueden trabajar en una frecuencia que corresponde a la frecuencia de resonancia del circuito LC, esto los hacen inapropiados para trabajar como amplificadores de audio en los cuales se requiere que la amplificación cubra un rango grande de frecuencia. Un amplificador de audio debe trabajar independiente de la frecuencia en un rango de 30 Hz a 3 kHz para amplificadores de voz o hasta 20 kHz y superior en caso de amplificadores de alta fidelidad.

 

 

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