Analizando el funcionamiento del amplificador clase B

Analizando el funcionamiento del amplificador clase B
Juan Carlos G2020-10-18

Bienvenido a este nuevo post donde daré continuidad al tema de amplificadores de potencia, hoy te quiero platicar un poco sobre el amplificador clase B (Amp CB), revisaremos sus características, ventajas, desventajas y todos los aspectos relevantes que rodean a este tipo de amplificadores.

  • Si estas interesado en este tipo de temas y quieres conocer más clases de amplificadores, te dejo aquí este post sobre amplificadores clase A, el cual, te invito revisar despues de terminar con este post.

Espero te guste este post y, si crees conveniente me ayudes compartiendo con tus colegas y amigos que creas que también le puede ser útil.

 

 

¿Qué es el Amplificador clase B?

El amplificador clase B es un tipo de amplificador de potencia, con el cual, reducimos el consumo de energía en los transistores, cuando, no existe señal aplicada a la entrada del circuito.

Con esta configuración logramos reducir la disipación de potencia en los transistores, ya que, durante la mitad del ciclo de la onda de entrada, la corriente de colector se vuelve cero.

Entonces, si la corriente se vuelve cero en la mitad del ciclo, no podemos utilizar un solo transistor, necesitamos al menos dos para atender cada ciclo de la onda, ya que, de lo contrario la señal a la salida tendría grandes distorsiones por este corte.

 

Diagrama del amplificador clase B Push-Pull

Para evitar dicha distorsión podemos utilizar la configuración Push-Pull, tal como se muestra en el siguiente diagrama.

 

Diagrama del amplificador clase B Push - Pull complementarios

La configuración Push-Pull se dice que es complementaria, debido a que, utiliza dos transistores equivalentes, uno NPN y otro PNP.

 

Características del amplificador clase B

  • Se pueden diseñar a partir de dos transistores.
  • Los transistores trabajan solo la mitad del ciclo.
  • Poseen un bajo consumo de energía cuando no hay señal de entrada.
  • Aprovecha al máximo la energía entregada por la fuente de alimentación.
  • Esta configuración produce una gran cantidad de armónicos y, aumenta, entre más diferencias exista entre los transistores.

 

Funcionamiento del amplificador clase B

Muy bien, para poder explicar el funcionamiento de esta clase de amplificadores, debemos recordar un poco como funcionan los transistores.

 

Polarización de los transistores

En primer lugar debes recordar que a los transistores los podemos utilizar en 3 zonas:

  • Zona de corte.
  • Saturación.
  • Y en la zona activa.

Todo depende de donde fijemos el punto Q o punto de operación del transistor.

Gráfica de la zonas de operación del Transistor

Y es claro que para un amplificador, cuando tenemos señal de entrada, debemos situar a dicho punto de operación Q en la zona activa, ya que, de lo contrario, el transistor se comportaría como un circuito abierto (Zona de corte) o cerrado (Zona de saturación).

El amplificador clase B aprovecha al máximo estas características, haciendo que los transistores vayan de corte a la zona activa de la siguiente manera:

 

Comportamiento amplificador clase B ciclo positivo

  • Si no tenemos señal de entrada, los transistores se van a la zona de corte, por lo que, tenemos un circuito abierto.
  • Cuando tenemos señal de entrada y, nos encontramos en el semiciclo positivo, el sistema esta en Push, es decir, estamos entregando corriente, ya que:
    • El transistor Q2 (PNP) sigue estando en corte.
    • El transistor Q1 (NPN) entra en conducción, claro, siempre y cuando la amplitud de la señal, sea mayor a 0.6 o 0.7 volts, ya que, si recuerdas, es el valor promedio que se necesita para encender un transistor.
    • En el momento que Q1 enciende, la señal de entrada no lo debe llevar a la zona de saturación, si no que, lo debemos mantener en la zona activa para amplificar la señal de entrada.

 

Comportamiento del amplificador clase B en el ciclo positivo

 

Comportamiento amplificador clase B ciclo negativo

  • Ahora bien, cuando tenemos señal de entrada y, nos encontramos en el semiciclo negativo, el sistema esta en Pull, es decir, jala corriente, y esto debido a que:
    • El transistor Q1 entra en la zona de corte.
    • El transistor Q2, se enciende y recuerda que debe encender en la zona activa.
    • Q2 deja pasar el semiciclo negativo a la carga.
  • Con el encendido y apagado de los dos transistores, a la salida tenemos la misma señal, pero, amplificada y, como cada uno de los transistores trabaja medio ciclo, disipan menos potencia y trabajan en una forma más eficiente.

 

Comportamiento amplificador clase B ciclo negativo

 

Ventajas de los amplificadores clase B

Utilizar los transistores de esta manera tiene varias ventajas, por ejemplo:

  • El circuito posee una impedancia de entrada elevada.
  • El consumo de los transistores durante un semiciclo es nulo.
  • Dado que el amplificador cuenta con una impedancia baja, se le puede conectar un elemento a salida directamente.
  • Los amplificadores clase B cuentan con un rendimiento mayor al de la clase A.

 

Desventajas de los amplificadores clase B

No todo es perfecto, esta configuración posee algunos puntos en contra, por ejemplo:

  • Producción de armónicos.
  • Si la magnitud de la señal no supera la tensión necesaria para encender los transistores, ambos, se mantendrán en la zona de corte.
  • El circuito depende de que los transistores posean características muy similares, de lo contrario, aumentan la distorsión en la señal de salida.

 

Distorsión de cruce por cero

Esta característica es la que mas aqueja a los amplificadores clase B, la distorsión de cruce por cero afecta la calidad de la onda de salida, provocando que los sistemas de audio no sean de muy buena calidad, a pesar de su buena utilización de la energía.

Para explicar por que ocurre este efecto debemos recordar como funcionan los semiconductores, ya que, el transistor esta construido a partir de dos materiales semiconductores:

  • Material tipo P
  • Y material tipo N

Y son estos materiales lo que conforman las terminales del transistor, por ejemplo, para un transistor NPN tenemos:

  1. Colector (C) - Material N
  2. Base (B) - Material P
  3. Emisor (E) - Material N

Y para un transistor PNP:

  1. Colector (C) - Material P
  2. Base (B) - Material N
  3. Emisor (E) - Material P

Lo anterior es muy importante, ya que, entre las terminales Base - Emisor existe una unión de estos dos tipos de terminales:

  • PN
  • NP

La cual, se conoce como zona de empobrecimiento, esta zona representa una barrera para los electrones, la cual, impide su paso, no obstante, si aplicamos una tensión entre Base y Emisor lo suficientemente grande, haremos que los electrones venzan esta zona y el transistor entre en conducción.

La tensión que necesitamos para transistores convencionales, es al rededor de:

  • +0.6 a +0.7 Volts aproximadamente para transistores NPN
  • Y de -0.6 a -0.7 Volts aproximadamente para PNP.

Entonces, si la señal de entrada no supera este umbral de tensión, el transistor nunca conducirá y se mantendrá en la zona de corte, y esto es precisamente la distorsión que tenemos presente en los amplificadores clase B.

Existe una venta o umbral que va desde los -0.6 a + 0.7 volts aproximadamente, en que ambos transistores están en corte y, por lo tanto, no tenemos señal a la salida y, en cuestiones de audio, hace que la calidad de la señal de salida sea baja.

  • No obstante, si la señal de entrada al amplificador B es grande, esta distorsión puede pasar desapercibida, pero, es un problema considerable para señales de entrada con amplitud pequeña.

Muy bien amigo, eres todo un master, como pudiste observar el análisis de este tipo de circuito es muy sencillo, sobre todo cuando se trata de dos transistores complementarios.

Para finalizar, solo me gustaría comentarte que existe una configuración llamada clase AB, la cual, es una combinación de los amplificadores A y B con la ventaja de que:

  • Mejora el problema de rendimiento del amplificador clase A
  • Y disminuye la distorsión de cruce por cero del amplificador B

Esto lo veremos en el próximo post, así que te invito a que vayas y lo revises, no sin antes decirte que, si te gusto es te post, lo compartas en redes sociales o con colegas a quienes les pueda ser útil, nos vemos en el próximo post.

 

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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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