Amplificadores Clase A Explicados

[rrohland 1.183]

Les dejo este interesante artículo publicado en el último número de The Absolute Sound:

Extraído y adaptado de La guía completa de audio de alta gama, sexta edición. © 1994–2024 por Robert Harley.

En capítulos anteriores, hemos visto que la etapa de salida de un amplificador de potencia se puede configurar como de un solo extremo o push-pull. Para reiterar, en un amplificador de un solo extremo los dispositivos de salida (válvulas o transistores) están configurados para que siempre amplifiquen toda la forma de onda musical. El amplificador de un solo extremo no puede funcionar de otra manera; esa es la definición misma de un solo extremo. En una etapa de salida push-pull, pares de dispositivos opuestos (válvulas o transistores) están dispuestos para funcionar alternativamente: un dispositivo "empuja" corriente a través del altavoz mientras el otro dispositivo "tira" corriente a través del altavoz. En un circuito push-pull paralelo, se agrupan varios pares de dispositivos de salida para aumentar la potencia de salida.

Esa es una descripción de la topología de la etapa de salida de un amplificador: cómo están configurados los dispositivos amplificadores. Ahora veamos un factor separado pero relacionado: la clase de operación del amplificador.

La clase de operación es cómo se impulsa una etapa de salida determinada. Las dos clases principales de operación son Clase A y Clase B. En un amplificador de Clase A, la etapa de salida (de un solo extremo o push-pull) amplifica toda la forma de onda musical. En un amplificador de Clase B, los pares opuestos de transistores (o válvulas) funcionan de modo que un transistor del par amplifica la mitad positiva de la forma de onda mientras el transistor opuesto amplifica la mitad negativa de la forma de onda. Cada transistor conduce corriente sólo la mitad de ese tiempo. La figura 1 es un esquema simplificado de una topología de un solo extremo, que sabemos que siempre opera en Clase A, amplificando toda la forma de onda. La figura 2 es una etapa de salida push-pull operada en Clase B, con cada transistor amplificando la mitad de la forma de onda.

La clase de operación se confunde fácilmente con topologías de etapa de salida de un solo extremo y push-pull. Pero hay una distinción importante: un amplificador de un solo extremo siempre funciona en Clase A, pero un amplificador push-pull puede funcionar en Clase A o Clase B. Podría parecer que un amplificador push-pull Clase A es una contradicción en términos. , pero no lo es. En un amplificador push-pull Clase A, los pares opuestos de transistores se activan de tal manera que la corriente fluye a través de ambos transistores a lo largo de toda la forma de onda musical, y todos los dispositivos de salida participan en la amplificación durante todo el ciclo de la señal de audio. 

Un dispositivo extrae corriente a través del altavoz mientras que el otro empuja la corriente, pero ambos siempre están encendidos y conduciendo corriente. Por el contrario, en una etapa de salida push-pull de Clase B, un transistor amplifica la señal durante la parte positiva de la señal y el otro amplifica la mitad negativa de la señal. Cuando uno está trabajando, el otro descansa (y se refresca un poco).

Fig. 1: En un amplificador de Clase A, los transistores amplifican toda la forma de onda musical.

 Fig. 2: En un amplificador de Clase B, cada transistor en un par opuesto amplifica la mitad de la forma de onda musical.

Pasemos de estas distinciones a los aspectos más prácticos de la clase de operación del amplificador.

La mayoría de los amplificadores de potencia se clasifican como Clase AB porque funcionan en Clase A con salidas de potencia muy bajas y luego, por defecto, en Clase B con salidas de potencia más altas. 

Un amplificador de 100 Wpc puede generar 5 W de potencia de Clase A y luego cambiar a Clase B por encima de ese nivel. Incluso los amplificadores de Clase AB más pesados pueden generar sólo una pequeña porción de su potencia nominal en Clase A; un valor típico es 1 o 2%. Aunque esto puede no parecer mucho, un amplificador que activa altavoces de alta sensibilidad a niveles de escucha bajos puede estar entregando sólo un par de vatios.

La cantidad de potencia de salida de un amplificador que es Clase A está determinada por la cantidad de polarización aplicada a los transistores de salida. La polarización es una corriente continua que fluye a través de los transistores de la etapa de salida en todo momento, incluso en reposo (sin señal de audio). Cuanto mayor es la polarización, más corriente fluye a través de los transistores cuando no hay señal presente. 

Una mayor polarización da como resultado más potencia de salida de Clase A antes de que el amplificador pase por defecto a Clase B. La operación de Clase B no tiene corriente de polarización; La clase AB tiene una corriente de polarización moderada; y la Clase A tiene una corriente de polarización muy alta.

El diseñador puede seguir aumentando la polarización en una etapa de salida push-pull hasta que toda su capacidad de potencia de salida se entregue en Clase A.  La clasificación de potencia de salida del amplificador sería el punto en el que el amplificador deja la Clase A y comienza a operar en la Clase B. Los factores que limitan el aumento de la corriente de polarización son la capacidad de los transistores para manejar el gran aumento del flujo de corriente a través de ellos, de la fuente de alimentación para mantenerse al día con las demandas de corriente de los transistores y del disipador de calor para disipar el considerable calor causado por la corriente de polarización. corriente de polarización alta.

Para darle una idea de las demandas impuestas a la etapa de salida, la fuente de alimentación y el disipador de calor de un amplificador por una etapa de salida polarizada para operación Clase A, comparemos dos amplificadores integrados de Pass Labs que son físicamente idénticos, pero tienen un sesgo completamente diferente: el INT-150, 150Wpc en Clase AB; y el INT30A, 30 Wpc en Clase A. La etapa de salida push-pull del INT-150 está polarizada para que produzca 10 Wpc de potencia Clase A antes de cambiar a Clase B para entregar su salida nominal completa de 150 Wpc. El amplificador puede duplicar su potencia de salida, a 300 Wpc en 4 ohmios. El INT-30A es exactamente el mismo amplificador, emplea la misma fuente de alimentación, un número y tipo idéntico de transistor de salida y los mismos disipadores de calor que el INT-150, pero tiene una potencia nominal de solo 30 Wpc. La diferencia es que los 30Wpc del INT-30A son vatios puros de Clase A. El amplificador, polarizado en Clase A, ofrece sólo una quinta parte de la potencia de salida de su homólogo de Clase AB.

Como puede ver, la operación Clase A es enormemente ineficiente. Un amplificador de Clase A convierte casi toda la energía que extrae del tomacorriente de pared en calor y consume tanta energía en inactivo como cuando está funcionando a su máxima potencia de salida. Además, un amplificador de Clase A es mucho más caro de construir en términos de “vatios por dólar” que su homólogo de Clase AB.

Entonces, ¿por qué los diseñadores se tomarían la molestia y el gasto de crear amplificadores de Clase A, y por qué los consumidores pagarían una prima tan grande por los “vatios de Clase A” en lugar de los “vatios de Clase AB”?

La clase A tiene muchas ventajas teóricas y prácticas. Para empezar, los amplificadores de Clase B y AB sufren de distorsión cruzada, una discontinuidad en el punto de cruce por cero donde un transistor en cada par opuesto "entrega" la señal a su compañero. En esta transición puede producirse una discontinuidad de la forma de onda, que disminuye a medida que se introduce y aumenta el valor de la corriente de polarización. La distorsión cruzada no puede ocurrir en la operación Clase A porque cada transistor amplifica toda la forma de onda de audio, no solo la mitad. 

En segundo lugar, la gran capacidad térmica del hardware requerida por la Clase A tiene la ventaja de mantener los transistores de salida más estables térmicamente (es decir, a una temperatura más constante). Esto hace que sus características operativas sean más uniformes y menos sujetas a cambios resultantes de las características de la señal que los transistores están amplificando. Por ejemplo, si los transistores acaban de suministrar una oleada de corriente a los altavoces, no se comportarán de manera diferente (y por lo tanto sonarán diferente) inmediatamente después porque están momentáneamente más calientes. 

En tercer lugar, aumentar la corriente de polarización para que un amplificador produzca más potencia Clase A no sólo reduce la distorsión armónica sino, lo que es más importante, cambia la naturaleza de la distorsión armónica. A medida que aumenta la polarización, los armónicos de orden superior (todo lo que está por encima del tercer armónico), que son los más dañinos desde el punto de vista sonoro, se reducen más dramáticamente en amplitud, dejando el componente de distorsión predominante, el segundo y tercer armónicos, más benignos desde el punto de vista sonoro.

Los amplificadores de potencia de Clase A pueden sonar extremadamente bien, con una dulzura y liquidez que los diferencian de los amplificadores de Clase AB. En mi experiencia, los amplificadores de Clase A tienen muchas de las virtudes de un amplificador de válvulas pero sin las limitaciones técnicas de este. Esto no quiere decir que un amplificador de Clase A imite el carácter sonoro de las válvulas, sino que la Clase A evita muchas de las distorsiones no lineales características de los amplificadores de estado sólido de Clase AB. ■

[stolod 663]

Entro al foro de tarde en tarde y ahora me encuentro con este aporte, de esos que hacen falta para especialmente los que se inician en este mundo de buscar el sonido ideal para sus pailas. Gracias Rodrigo!

Ahora mismo parto a cambiar mi ampli!

[rocaman2000 12]

Gracias por la explicación...ahora no encuentro  mucho amplificador clase A ...cuanto seria el costo por watt que habria qur pagar para una sala de 5 x 7 m..cual seria la potencia recomendable...dependera mucho de los parlantes?

[Gerardo Gonzalez 117]

Hooola, buenas noches, respecto al tema que consulta @rocaman2000 es algo muy difìcil de calcular, puesto que se necesitan muchos datos como para evaluar la necesidad del colega, primero hablamos que tipo de amplificador clase A, valvular ò transistores?, que sensibilidad tienen los parlantes? a cuantos dB màximo quiere escuchar?, que rango de frecuencias quiere escuchar?,que tipo de habitaciòn tiene?.... madera cemento alfombra muebles etc.etc es todo un mundo que, en mi humilde opiniòn hay que comenzar por algo, independiente que sea mucho o poco, principalmente con que parlantes va a comenzar (tipo, respuesta de frecuencia, sensibilidad, potencia admisible entre otros, ahora si es adicto a las marcas es otro tema, en fin, creo que hay mucho que hablar. Saludos

[Gerardo Gonzalez 117]

* No hay nada malo ser adicto a las marcas....