Los amplificadores de clase B usan dos o más transistores polarizados de tal manera que cada transistor solo conduce durante un medio ciclo de la forma de onda de entrada
Para mejorar la eficiencia de energía completo de la clase anterior Un amplificador mediante la reducción de la energía desperdiciada en forma de calor, es posible diseñar el circuito amplificador de potencia con dos transistores en su etapa de salida de la producción de lo que comúnmente se denomina como un amplificador de clase Btambién conocido como una configuración de amplificador push-pull .
Los amplificadores push-pull utilizan dos transistores "complementarios" o coincidentes, uno es de tipo NPN y el otro es de tipo PNP con ambos transistores de potencia que reciben la misma señal de entrada que es igual en magnitud, pero en fase opuesta entre sí . Esto resulta en un transistor solamente amplificar la mitad o 180 o del ciclo de forma de onda de entrada mientras que el otro transistor amplifica la otra mitad o restante 180 o del ciclo de forma de onda de entrada con las resultantes de “dos mitades” está poniendo juntos de nuevo en la salida terminal.
A continuación, el ángulo de conducción para este tipo de circuito amplificador sólo es 180 o o 50% de la señal de entrada. Este efecto de empujar y tirar de los semiciclos alternos de los transistores le da a este tipo de circuito su divertido nombre de "empujar-tirar", pero en general se conoce como Amplificador de Clase B como se muestra a continuación.
Circuito amplificador de transformador push-pull clase B
El circuito de arriba muestra un circuito estándar de amplificador de Clase B que utiliza un transformador de entrada de centro de entrada balanceado, que divide la señal de la forma de onda entrante en dos mitades iguales y que están desfasadas 180 ° entre sí. Se utiliza otro transformador con toma central en la salida para recombinar las dos señales que proporcionan el aumento de potencia a la carga. Los transistores utilizados para este tipo de circuito amplificador push-pull del transformador son transistores NPN con sus terminales emisores conectados entre sí.
Aquí, la corriente de carga se comparte entre los dos dispositivos de transistor de potencia a medida que disminuye en un dispositivo y aumenta en el otro a lo largo del ciclo de la señal, lo que reduce la tensión y la corriente de salida a cero. El resultado es que ambas mitades de la forma de onda de salida ahora oscilan de cero a dos veces la corriente de reposo, lo que reduce la disipación. Esto tiene el efecto de casi duplicar la eficiencia del amplificador a alrededor del 70%.
Suponiendo que no hay una señal de entrada, entonces cada transistor transporta la corriente normal del colector inactivo, cuyo valor está determinado por la polarización de la base que se encuentra en el punto de corte. Si el transformador está centrado con precisión, las dos corrientes del colector fluirán en direcciones opuestas (condición ideal) y no habrá magnetización del núcleo del transformador, lo que minimiza la posibilidad de distorsión.
Cuando una señal de entrada está presente a través del secundario del transformador controlador T1 , las entradas de la base del transistor están en "antifase" entre sí, como se muestra, por lo tanto, si la base TR1 se convierte en positiva al conducir al transistor a conducción pesada, su corriente de colector aumentará pero al mismo tiempo, la corriente de base de TR2 se tornará negativa en corte y la corriente de colector de este transistor disminuye en una cantidad igual y viceversa. Por lo tanto, las mitades negativas son amplificadas por un transistor y las mitades positivas por el otro transistor dando este efecto push-pull.
A diferencia de la condición de CC, estas corrientes alternas son ADITIVAS, lo que hace que los dos semiciclos de salida se combinen para reformar la onda sinusoidal en el devanado primario de los transformadores de salida que luego aparece a través de la carga.
El funcionamiento del amplificador de clase B tiene una polarización de CC cero, ya que los transistores están polarizados en el corte, por lo que cada transistor solo conduce cuando la señal de entrada es mayor que el voltaje del emisor de base . Por lo tanto, en la entrada cero hay salida cero y no se consume energía. Esto significa que el punto Q real de un amplificador de Clase B está en la parte Vce de la línea de carga como se muestra a continuación.
Características de salida de clase B Curvas
El amplificador de clase B tiene la gran ventaja sobre sus primos amplificadores de clase A en que no fluye corriente a través de los transistores cuando están en su estado de reposo (es decir, sin señal de entrada), por lo que no se disipa energía en los transistores de salida o el transformador cuando no hay una señal presente a diferencia de las etapas del amplificador de Clase A que requieren un sesgo de base significativo, lo que disipa mucho calor, incluso sin una señal de entrada presente.
Por lo tanto, la eficiencia de conversión general ( η ) del amplificador es mayor que la de la Clase A equivalente, con eficiencias que alcanzan el 70% posible, lo que da como resultado que casi todos los tipos modernos de amplificadores push-pull funcionen en este modo Clase B.
Amplificador Push-Pull clase B sin transformador
Una de las principales desventajas del circuito amplificador de Clase B anterior es que utiliza transformadores de toma central equilibrada en su diseño, lo que hace que su construcción sea costosa. Sin embargo, hay otro tipo de amplificador de Clase B denominado Amplificador de Clase B de Simetría Complementaria que no usa transformadores en su diseño, por lo tanto, no requiere transformadores, sino que utiliza en su lugar complementarios o pares de transistores de potencia.
Como los transformadores no son necesarios, esto hace que el circuito amplificador sea mucho más pequeño para la misma cantidad de salida, además, no hay efectos magnéticos parásitos o distorsión del transformador para afectar la calidad de la señal de salida. A continuación se muestra un ejemplo de un circuito amplificador de Clase B "sin transformador".
Etapa de salida sin transformador clase B
El circuito del amplificador de Clase B anterior utiliza transistores complementarios para cada mitad de la forma de onda y mientras que los amplificadores de Clase B tienen una ganancia mucho mayor que los tipos de Clase A, una de las principales desventajas de los amplificadores de empuje y tracción de clase B es que sufren una Efecto conocido comúnmente como distorsión de cruce .
Esperamos que de nuestros tutoriales sobre transistores recordemos que se necesitan aproximadamente 0.7 voltios (medidos desde la base hasta el emisor) para hacer que un transistor bipolar comience a conducir. En un amplificador de clase B puro, los transistores de salida no están "predispuestos" a un estado de operación "ENCENDIDO".
Esto significa que la parte de la forma de onda de salida que cae por debajo de esta ventana de 0.7 voltios no se reproducirá con precisión como la transición entre los dos transistores (cuando están cambiando de un transistor a otro), los transistores no se detienen ni comienzan a conducir. exactamente en el punto de cruce cero, incluso si son pares especialmente emparejados.
Los transistores de salida para cada mitad de la forma de onda (positiva y negativa) tendrán cada uno un área de 0.7 voltios en la que no están conduciendo. El resultado es que ambos transistores están "APAGADOS" exactamente al mismo tiempo.
Una forma sencilla de eliminar la distorsión de cruce en un amplificador de Clase B es agregar dos fuentes pequeñas de voltaje al circuito para desviar ambos transistores en un punto ligeramente por encima de su punto de corte. Esto nos daría lo que comúnmente se llama un circuito amplificador de clase AB . Sin embargo, no es práctico agregar fuentes de voltaje adicionales al circuito del amplificador, por lo que las uniones PN se utilizan para proporcionar la polarización adicional en forma de diodos de silicio.
El amplificador de clase AB
Sabemos que necesitamos que el voltaje del emisor de base sea mayor que 0.7v para que un transistor bipolar de silicio comience a conducir, por lo que si reemplazáramos las dos resistencias de polarización del divisor de voltaje conectadas a los terminales de base de los transistores con dos Diodos de silicio. La tensión de polarización aplicada a los transistores ahora sería igual a la caída de tensión directa de estos diodos. Estos dos diodos generalmente se denominan diodos de polarización o diodos de compensación y se eligen para que coincidan con las características de los transistores correspondientes. El siguiente circuito muestra la polarización del diodo.
Amplificador de clase AB
El circuito del amplificador de Clase AB es un compromiso entre las configuraciones de Clase A y Clase B. Este pequeño voltaje de polarización del diodo hace que ambos transistores se conduzcan ligeramente incluso cuando no hay una señal de entrada presente. Una forma de onda de la señal de entrada hará que los transistores funcionen con normalidad en su región activa, eliminando así cualquier distorsión de cruce presente en los diseños de amplificadores de Clase B puros.
Una pequeña corriente de colector fluirá cuando no haya señal de entrada, pero es mucho menor que para la configuración del amplificador de Clase A. Esto significa entonces que el transistor será “ON” para más de la mitad de un ciclo de la forma de onda pero mucho menos que un ciclo completo que da un ángulo de conducción de entre 180 o a 360 o o 50% a 100% de la señal de entrada dependiendo de la cantidad de sesgo adicional utilizado. La cantidad de voltaje de polarización del diodo presente en el terminal base del transistor se puede aumentar en múltiplos agregando diodos adicionales en serie.
Los amplificadores de clase B son muy preferidos en comparación con los diseños de clase A para aplicaciones de alta potencia como los amplificadores de potencia de audio y los sistemas PA. Al igual que el circuito amplificador de clase A, una forma de aumentar en gran medida la ganancia de corriente ( A i ) de un amplificador push-pull de clase B es usar pares de transistores Darlington en lugar de transistores simples en su circuito de salida.
En el siguiente tutorial sobre amplificadores veremos más de cerca los efectos de la distorsión de cruce en los circuitos de amplificadores de clase B y las formas de reducir su efecto.
