¿Cuál es la diferencia entre Clase A, Clase B y Clase D?

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¿Cuál es la diferencia entre Clase A, Clase B y Clase D?

Si ha seguido la tecnología de amplificador de potencia durante algún tiempo, habrá notado la mención de "clase", como Clase A, Clase AB, etc. Estos términos no se refieren a la calidad, sino al parámetro operativo de la salida sección. La mayoría de las etapas de salida de los amplificadores de potencia operan en una configuración push-pull, donde la energía se entrega desde dos fuentes de alimentación a cada lado de la tierra, o cero voltios. (Hay algunos que no lo hacen, pero son relativamente no lineales y no es necesario considerarlos aquí).

Clase B

Al operar en contrafase, los transistores de salida comparten la carga y, en teoría, se requiere que funcionen solo cuando la señal se aleja del suelo, en la dirección positiva o negativa. Si los transistores están completamente apagados a la salida cero, y solo comienzan a conducir cuando la señal está presente, esto se define como operación de Clase B. Esta es una forma eficiente de operar la salida y el amplificador funciona frío sin señal, pero hay una desventaja; Los dispositivos de salida siempre tienen algún tiempo de retraso en su funcionamiento y, por lo tanto, aparece una pequeña pero potencialmente molesta zona muerta, llamada "distorsión de cruce", en el punto cero. Aunque esta no linealidad de cruce no necesariamente agrega grandes cantidades a los números de distorsión (0.05% es probablemente típico), es fácil de escuchar.

Clase AB

Afortunadamente, la distorsión de cruce se puede reducir a proporciones insignificantes con el simple recurso de hacer funcionar los transistores de salida "polarizados" ligeramente "en" inactivo, para que comiencen a conducir antes de que la salida pase por el punto cero. Cuando un amplificador ejecuta este mecanismo de salida polarizado, se lo denomina "Clase AB". Todo lo que se necesita es una cantidad moderada de sesgo, y como solo produce un poco de calor, este tipo de amplificador sigue siendo razonablemente eficiente. Sin embargo, la distorsión cruzada tiene varias formas de hacer emerger su pequeña y fea cabeza, incluso si hay una buena cantidad de sesgo presente, por lo que la ingeniería de este tipo de amplificador debe ser muy exigente y precisa para dar la distorsión más baja en todas las frecuencias. . Sin embargo, si se hace correctamente, no hay disponible ningún tipo de amplificador más preciso o de menor distorsión; El 0,01% es típico y se puede alcanzar el 0,001%.

Clase A

Algunos ingenieros prefieren no tener que lidiar con la posibilidad de distorsión cruzada en sus diseños, y eligen otro sistema de polarización, llamado "Clase A", donde los transistores de salida están predispuestos tanto que conducen continuamente más que la corriente de carga completa. , incluso en reposo. Por lo tanto, nunca se "encienden" o "apagan", obviando teóricamente la distorsión de cruce.

Desafortunadamente, este sistema operativo tiene algunas desventajas obvias (y algunas no tan obvias). Hacer funcionar tanta corriente genera una enorme cantidad de calor, por lo que el amplificador no solo es ineficiente, es grande y costoso, debido a los enormes mecanismos de disipación de calor requeridos. En consecuencia, esto calienta toda la habitación como efecto secundario. (Agradable en invierno, pero recuerde que la calefacción eléctrica es la más cara que existe).

Una desventaja no tan obvia con los diseños de clase A es que esta alta corriente inactiva tiene consecuencias en los niveles de distorsión mucho más allá de la eliminación teórica de los artefactos de cruce (que incluso en sí misma es discutible). Los transistores tienen numerosos tipos de mecanismos de distorsión, entre los que se encuentran las desviaciones de la linealidad en condiciones de alta tensión y alta corriente simultáneas. Estos son, por supuesto, los parámetros exactos necesarios para el funcionamiento de clase A, y un amplificador de clase A típico ejecuta niveles de distorsión al menos 10 veces, y a menudo más de 100 veces, tan altos como un amplificador de clase AB de potencia similar, o alrededor del 0,1%. . Una inspección cuidadosa del espectro de distorsión también revela que todos los armónicos aumentan, incluidos los representados por la distorsión de cruce a la que se apuntó la operación de clase A en primer lugar.

Clase D

Yendo en la otra dirección, la Clase D ofrece una alta eficiencia a través de un enfoque muy diferente para la operación de salida. La clase D, a menudo erróneamente considerada como "amplificación digital", es en realidad un sistema analógico que varía el ancho del ciclo de trabajo superior contra inferior de una frecuencia portadora de onda cuadrada. El amplificador todavía atraviesa voltajes negativos a positivos y viceversa, pero lo hace continuamente, a una frecuencia alta de quizás 500 kHz. El tiempo que pasa en un extremo o en el otro es proporcional al lugar geométrico, o relación exacta voltaje-tiempo, de la señal deseada en ese momento.

Dado que los dispositivos de salida pasan casi todo su tiempo en pleno encendido o apagado total (áreas de disipación mínima absoluta), la eficiencia es muy alta, del 80 al 90%. Por lo tanto, estos amplificadores producen muy poco calor y no tienen que ser tan pesados o tan grandes como los típicos amplificadores de clase AB (¡por no hablar de los monstruos de clase A)! Naturalmente, también hay desventajas. La clase D, por definición, utiliza señales de RF muy grandes y debe estar blindada y bien filtrada para evitar interferencias y salidas que dañen los altavoces. Esto a su vez daña la linealidad general, además de aumentar el costo, por lo que esta no es una tecnología económica. La distorsión general suele estar a la par con la amplificación de Clase A; bueno, pero no excelente, alrededor del 0,1% más o menos. Sin embargo, si la eficiencia es su requisito, este es el camino a seguir.