¿Qué es y como funciona un amplificador de potencia? Tipos y clases

¿Qué es y como funciona un amplificador de potencia? Tipos y clases
Juan Carlos G2020-11-04

Hola querido estudiante y/o profesionista de esta hermosa área de la ingeniería, en esta nueva sección trataré de darte todos los detalles de los amplificadores de potencia (AMP P), sus tipos, clases y aplicaciones. Espero te sea de gran ayuda en tu carrera y proyectos escolares.

En este primer post te dejaré los detalles generales que conforman a un amplificador de potencia (Power Amp), y poco a poco iré subiendo post referentes a cada clase de este tipo de amplificadores, te recomiendo unirte al boletín para que te avise cuando suba nuevo contenido.

 

 

Comprar amplificador de potencia

Antes de pasar a revisar los detalles que hay de tras de estos increíbles dispositivos, te dejo algunos amplificadores que puedes comprar para disfrutar tu música y vivir la mejor experiencia de tu vida.

  • Da clic aquí para desplazarte directamente a la teoría.

 

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      Características

      • Baja distorsión armónica: 0,01% tipo
      • Low Bias de entrada y Offset corrientes
      • Alta velocidad de rotación: 13 V/μS tipo
      • Amplia banda de ganancia: 4 MHz Tipo
      • Suministro de corriente baja: 1,4 mA por Amp
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        Características

        • El OPA1622 es un amplificador operacional de audio SoundPlus de entrada dual bipolar.
        • El dispositivo presenta una baja densidad de ruido de 2.8nV / Hz y un bajo THD + N de -119.2dB a 1kHz, mientras que también maneja una carga de 32Ω a una potencia de salida de 100mW.
        • Las especificaciones de la alta relación de rechazo de la fuente de alimentación de CA (PSRR) y la relación de rechazo de modo común (CMRR) del OPA1622 eliminan el ruido de la fuente de alimentación, ideal para aplicaciones de audio portátiles.
        • El dispositivo presenta una unidad de alto rendimiento de + 145mA / -130mA para auriculares con unidad directa.
        • El OPA1622 admite un amplio rango de voltaje de suministro de ± 2V a ± 18V con una corriente de suministro de solo 2.6m por canal.
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        Conceptos básicos

        Bien, para empezar con este tema recordemos la definición de amplificador (puedes visitar este post ¿Qué son los amplificadores? para más detalles).

        Un amplificador es un dispositivo que permite incrementar la magnitud de:

        • Tensión
        • Corriente
        • Y potencia

        Lo anterior lo podemos explicar de la siguiente manera:

        Este tipo de dispositivos de amplificación utilizan una fuente de energía o alimentación externa, con la cual, son capaces de recibir una señal pequeña a la entrada y entregar a la salida una señal similar a la entrada, pero, con un incremento o ganancia en su magnitud.

        Ahora, los amplificadores los podemos clasificar dependiendo de los cambios que realicen respecto a la señal de entrada, por ejemplo, amplificar de corriente, voltaje o potencia.

        Por lo tanto, en este post nos vamos a centrar en los amplificadores que modifican la potencia.

         

        ¿Qué es un amplificador de potencia?

        Después de esta pequeña introducción, creo que ya podemos establecer una definición.

        Los amplificadores de potencia son aquellos que incrementan el valor potencia de una señal.

        Lo anterior indica que la potencia de la señal de entrada al pasar por un amplificador de este tipo, se incrementa a tal nivel que sea capaz de alimentar dispositivos de salida como, altavoces, transmisores, bocinas, etc.

         

        Aparato amplificador de señales

         

        Señal de entrada

        Es importante conocer que para este tipo de amplificación, la señal de entrada comúnmente, no se inyecta directamente al amplificador, ya que, es necesario que esta señal cumpla con ciertos niveles o umbrales antes de pasar por el AMP P.

        Por ejemplo, si tenemos una fuente de audio, como lo es un micrófono, a grandes rasgos tendríamos que tratar la señal de la siguiente manera:

        1. El micrófono sería la fuente de la señal
        2. Dicha señal tendría que ser tratada en primer instancia a través de un preamplificador.
        3. A continuación debemos trabajar con el voltaje, así que, podemos utilizar un amplificador de tensión.
        4. Podemos agregar una etapa para controlar el tono y volumen.
        5. Después de realizar el tratamiento de la señal, ahora si pasamos la señal al AMP P, para amplificar la potencia.
        6. Una vez amplificada la potencia, podemos pasarla a una bocina, transmisor, etc.

         

        Como pudiste observar, el objetivo principal del amplificador de potencia es preparar la señal para que sea capaz de alimentar un dispositivo de salida, tal y como lo es, una bocina.

        No obstante, el dispositivo de salida no siempre será un componente relacionado con audio, como vimos pueden ser antenas o dispositivos que utilizan señales pulsantes para activar otros elementos como motores.

         

        Tipos y clasificación de amplificadores de potencia

        Como te mencione anteriormente, podemos separar a los AMP P en algunos tipos, según, el elemento o dispositivo de salida al que será conectado, no obstante, también podríamos clasificarlos por el tipo de componente que utiliza, válvulas, transistores, etc.

         

        Amplificadores de potencia de audio

        Este tipo de amplificadores, como su nombre lo indica, son aquellos utilizados para potenciar aquellas señales donde el audio es el protagonista.

        Comúnmente los vemos implementados en circuitos que tienen conectado a la salida:

        • Audífonos
        • Bocinas
        • Etc

        El rango de potencia va desde los mili Watts hasta los kilo Watts.

         

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        • El OPA1622 es un amplificador operacional de audio SoundPlus de entrada dual bipolar.
        • El dispositivo presenta una baja densidad de ruido de 2.8nV / Hz y un bajo THD + N de -119.2dB a 1kHz, mientras que también maneja una carga de 32Ω a una potencia de salida de 100mW.
        • Las especificaciones de la alta relación de rechazo de la fuente de alimentación de CA (PSRR) y la relación de rechazo de modo común (CMRR) del OPA1622 eliminan el ruido de la fuente de alimentación, ideal para aplicaciones de audio portátiles.
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        Características

        • 2400 W MAX Power, 4 Channel 450 W X 4 RMS @ 2 ohm 225 W X 4 RMS @ 4 ohm 900 W X 2 RMS Bridged @ 4 ohm
        • Full Range Class A/B, MOSFET Power Supply
        • High and Low Level Inputs
        • Fixed High Pass Crossover, Variable Low Pass Crossover, Variable Bass Boost
        • Remote Subwoofer Control
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        Planet Audio Pulse Amplificador de Coche Stable Class A/B, Monoblock, Mosfet con Control Remoto de subwoofer, 4000 vatios, monobloque, 4000 Watt

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        Características

        • 4000 W MAX Power, 1 Channel 3000 W X 1 RMS @ 1 ohm 1500 W X 1 RMS @ 2 ohm 750 W X 1 RMS @ 4 ohm 6000 W X 1 RMS Strapped Bridged Power @ 2 ohm
        • Monoblock Class D, MOSFET Power Supply
        • Low Level Inputs, RCA Pre-amp Outputs
        • Variable Low Pass Crossover, Variable Bass Boost and Variable Subsonic Filter and Switchable Phase Control
        • Remote Subwoofer Control
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        Amplificadores de potencia de radiofrecuencia

        Este tipo esta orientado a la transmisión inalámbrica, donde, el AMP P juega un papel muy portante, ya que, prepara la potencia de la señal que alimentará la antena, para que esta pueda transmitir la señal por el aire.

        Existen varios ejemplos donde interviene este tipo de AMP P, por ejemplo:

        Este tipo de sistemas son muy interesantes, ya que, intervienen elementos que realizan tareas como la modulación de la señal, codificadores y decodificadores, etc., pero lastima, no es objeto de estudio de este post, así que mejor continuemos.

         

        Amplificadores de potencia para Corriente Continua (CC)

        Este tipo de AMP P son muy utilizados en las industrias, ya que, amplifican la magnitud de una señal pulsante, tal como, un PWM (Modulación por Ancho de Pulso), en este tipo de sistemas intervienen elementos de control con base en microcontroladores, PLCs e incluso Arduino.

        La señal PWM amplificada es inyectada a circuitos que trabajan con señales grandes, con el objetivo de controlar la activación de motores o actuadores.

         

        Ejemplo amplificador de corriente continua PWM

         

        Clases de amplificadores de potencia

        Ya hemos visto algunos tipos, ahora pasemos a clasificarlos según el diseño o topología por la cual están hechos, para ello, revisaremos las clases de amplificadores más importantes, en este post solo hare una pequeña introducción, ya que, pienso crear un post por cada clase, así que, te invito a darte de alta al boletín para que te avise cuando suba cada post, bueno, si es que aun no lo he subido.

        Bien, se han creado ciertas clases que identifican a los amplificadores de potencia, dichas clases son:

        • Clase A, B, AB y C, con la cual, se lleva acabo la amplificación analógica.
        • Clase D,E,F, etc., por lo regular amplifican señales digitales.

        En este post haré un resumen de las clases más populares, las cuales son, aquellas referentes al audio.

         

        Amplificador de potencia clase A

        En cuestiones de audio, los amplificadores clase A son los que mejor suenan, no obstante:

        • Son más caros
        • Son menos prácticos
        • Desperdician mucha corriente
        • Aunque, devuelven señales muy limpias, por eso suenan bien.

        Hasta la década de los 60's del siglo pasado, este tipo de amplificador era diseñado a través de válvulas, las cuales, eran los elementos activos mas usados de la época, sin embargo, fueron reemplazados tras la aparición de los transistores.

        Los transistores eran capaces de hacer prácticamente todo lo que hacen las válvulas de vacío, en un espacio más reducido y disipando menos calor y, para aquellos que ocupaban estos dispositivos en aquella época, pues fue un gran alivio.

        En la actualidad la clase A en su mayoría están diseñados con base en transistores, con un diseño simple y muy querida por cientos de aficionados.

         

        Diagrama de un amplificador clase A

        En el diagrama anterior podemos observar que el transistor esta conectado en Emisor común, y si, estas familiarizado con esta conexión, te será muy fácil establecer cada valor de resistencias y capacitores.

         

        ¿Qué es y como funciona el amplificador clase A?

        ¿Qué es y como funciona el amplificador clase A?...

        Hoy te enseñaré todo sobre el AMPLIFICADOR CLASE A...

         

        Amplificador de potencia clase B

        En esta clase de amplificador a diferencia de la clase A, el transistor permanece en reposo cuando no hay una señal de entrada al circuito, por lo tanto, el objetivo de esta configuración es reducir el consumo en los transistores.

        La clase B se caracteriza por:

        • Tener un alto factor de amplificación.
        • Cuenta con un bajo consumo mientras se encuentra en reposo.
        • Prácticamente aprovecha toda la corriente que entrega la fuente.

        Esta clase cuenta con ciertas desventajas:

        • Produce cierta cantidad de armónicos.
        • Existe algo de nombre distorsión de cruce cero, que aumenta si los transistores de salida no cuentan con las mismas características.

         

        Diagrama del amplificador clase b

         

         

        Analizando el funcionamiento del amplificador clase B

        Analizando el funcionamiento del amplificador clas...

        ¿Quieres saber cómo funciona el AMPLIFICADOR CLASE...

         

        Amplificador de potencia clase AB

        Como te habrás imaginado por el nombre, este tipo es una combinación de la clase A con el de la clase B, esta combinación lo que pretende es solucionar algunos detalles que se tienen en cada una de las configuraciones, por ejemplo:

        • Disminuir el problema de rendimiento de la clase A.
        • Atacar el problema de distorsión que provoca la clase B.

        Esta configuración es muy común encontrarla en dispositivos de audio, ya que, cuanta con un buen rendimiento y calidad de la señal que entrega.

        • Si aplicamos señales grandes se comporta prácticamente como un clase B.
        • Con señales pequeñas se elimina la distorsión de cruce por cero.

         

        Diagrama del amplificador clase AB

        Funcionamiento del Amplificador clase AB

        Funcionamiento del Amplificador clase AB...

        Hoy analizaremos al AMPLIFICADOR CLASE AB como nad...

         

        Amplificador de potencia clase C

        Los amplificadores de clase C se utilizan principalmente en aplicaciones de radiofrecuencia, ya que, con esta clase podemos crear amplificadores con altos niveles de eficiencia que trabajan con ciertos rangos de frecuencia.

        La clase C se caracteriza por:

        • Proporcionar eficiencias altas en el orden del 85 por ciento, aunque, casi siempre te los vas a encontrar en el orden de los 74 por ciento.
        • Este tipo de circuito no se preocupa por la calidad de la señal entregada, si no, de proporcionar el mayor rendimiento posible durante la amplificación.
        • Este configuración trabaja con un circuito resonante en el colector, en lugar de la típica resistencia, el cual, está formado por un condensador y una bobina comúnmente llamado circuito tanque.
        • Este circuito entrega ganancias muy altas cuando las frecuencias están muy cerca a la frecuencia de resonancia, por otro lado, la ganancia es muy reducida si la frecuencia se alejan a la de resonancia.

         

        Circuito del amplificador clase C

         

        Amplificadores de potencia clase D

        Los amplificadores de clase D son considerados amplificadores digitales, ya que, modulan las señales de audio analógicas convirtiéndolas en PWM (modulación por ancho de pulso).

        Las señales pulsantes suelen alcanzar grandes rendimientos y es precisamente lo que caracteriza a este tipo de amplificador:

        • Los amplificadores de audio de esta clase suelen ser muy eficientes.
        • Disipan menos calor en comparación con los amplificadores analógicos.
        • El tamaño físico de los equipos con esta tecnología se reduce drásticamente.
        • Su funcionamiento es muy similar al de las fuentes conmutadas.

         

        Topologías del amplificador digital clase D

         

        ¿Cómo funcionan los amplificadores clase D?

        ¿Cómo funcionan los amplificadores clase D?...

        Los AMPLIFICADORES CLASE D son un tipo de amplific...

         

        Aplicaciones

        Las aplicaciones de este tipo de dispositivos son enormes, ya que, prácticamente están en todos lados.

        • Electrónica de consumo, en nuestros hogares podemos encontrarlos en:
          • Hornos de microondas
          • Pantallas o televisores
          • Teléfonos y celulares
          • Estéreos
          • Etc.
        • En aplicaciones industriales, en prácticamente todas las fabricas existen actuadores y motores, los cuales, son controlados desde sistemas bastante complejos, no obstante, se requiere de una etapa de amplificación que prepare la señal que será aplicada directamente a estos elementos.
        • Telecomunicaciones, la radio de toda la vida que trabaja en AM o FM hace uso de amplificadores de potencia para aumentar la intensidad de la señal y alimentar las antenas que transmiten las señales al aire.

        Excelente, has llegado al final de este post, como pudiste observar, es un resumen de los principales tipos y clases de amplificadores de potencia que existen, por lo tanto, si deseas conocer más sobre estos dispositivos, debes dar clic en los enlaces que te dejo para acceder al un post donde te daré más detalles de cada clase de amplificador.

        Sin más me despido y te invito a compartir este artículo en redes sociales para llegar a mas colegas que le pueden ser útil, nos vemos en el próximo post.

         

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              • Número de modelo: TL071CP.
              • Tipo de unidad: lote (10 piezas/lote)
              • Peso del paquete: 0,1 kg.
              • Paquete: DIP8.
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              Amplificadores operacionales y otros dispositivos especiales: Teoría, práctica y ejercicios resueltos y propuestos (Electricidad y Electrónica nº 3)

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                Voltaje de precisión Fuente de referencia Entrada de placa Salida de voltaje amplio ± 2.5V 3.3V 5V 7.5V 10V 12V para amplificador operacional TV LCD(±7.5V)

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                Características

                • Alta precisión y salida dual: salida premium positiva y negativa de salida dual ± 1% de precisión del módulo fuente de referencia de voltaje.
                • Amplias aplicaciones: el módulo es ideal para aplicarse en amplificadores operacionales, ADC, DAC, equipos de audio, TV LCD, equipos de instrumentación, dispositivos wifi/enrutadores/ethernet.
                • Componentes electrónicos de alta calidad: fabricados con componentes electrónicos de alta calidad y proceso de precisión, es duradero para un uso prolongado.
                • Paso de pasador de 2.54 mm: paso de pasador de 2.54 mm, adecuado para placa de desarrollo mcu amigable con tableroEl terminal tiene un buen rendimiento de contacto, para garantizar su funcionamiento estable.
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                Juan Carlos G

                Desarrollador de sistemas de rastreo satelital

                Hola, sean bienvenidos todos a Amplificadores.info, he creado este blog donde intentare enseñar todo lo que se sobre la amplificación de señales, lo hare tal y como lo aprendí mientras estudiaba Ingeniería eléctrica electrónica en la UNAM. Espero les guste, ya que, mi objetivo es aportar mi granito de arena en las nuevas generaciones.

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