Amplificador De Potencia Tipo G Alternativo

Introducción

Los amplificadores son dispositivos de una o varias etapas cuya función es la de recibir una señal de entrada pequeña y entregar una versión amplificada de la misma a un dispositivo de salida o a otra etapa de amplificación. En los amplificadores de potencia la señal es amplificada lo suficiente para alimentar una carga de salida como un altavoz [1]. Una de las principales aplicaciones para este tipo de amplificadores es para sistemas de audio.

En la actualidad los amplificadores de potencia siguen utilizando en sus circuitos de salida las clases que se vienen usando durante años. Estas clases son la A, B, C y D [2]. Estas topologías se caracterizan por tener buena calidad de sonido en sus salidas pero a un costo elevado de consumo de potencia por lo que su eficiencia no es tan buena y por ese motivo surgen clases derivadas como la AB o la B complementaria o pushpull que utiliza dos amplificadores clase B, esto con el fin de lograr una mayor eficiencia pero a cambio de la reducción de la calidad del sonido. La clase D utiliza pulsos digitales y técnicas de muestreo y retención de datos; tienen buena eficiencia pero su rango de señales se reduce a 10KHz.

Por otro lado están los dispositivos de clase E, F, G, H y S los cuales son combinaciones de otras clases añadiendo una etapa de conmutación para incrementar la eficiencia. La clase E es utilizada en radio pero no en los circuitos de salida de audio. Los amplificadores clase F utilizan circuitos resonadores. La clase G es una clase AB mejorada que usa conmutación para reducir el consumo de potencia La clase H es un hibrido entre clase AB y D. La clase S es una variación del D que se utiliza para amplificación y para modulación de señales [3, 4].

En la búsqueda de información referente a amplificadores clase G encontré que utilizan conmutación de fuentes de acuerdo a la potencia requerida por la señal de entrada [4, 5]. En los diagramas que encontré de esta topología [6] la mayoría utiliza dos fuentes de alimentación (a pesar de poder usar mas), una de bajo y otra de mayor voltaje para proporcionar la alimentación requerida por la etapa de potencia de acuerdo a la señal de entrada además de tener poco análisis, lo que dificulta el que personas poco familiarizadas con el tema sean capaces de hacer un amplificador de este tipo. Este trabajo presenta una alternativa para el diseño de amplificadores tipo G de fácil entendimiento y deja abierta la posibilidad de incluir mayor cantidad de niveles de voltaje con relativa sencillez, esto claro, con un aumento en el costo de construcción pero suponiendo un ahorro en el consumo de energía eléctrica en un plazo de tiempo aun indefinido.

Materiales y métodos

El amplificador clase G consiste de un amplificador clase AB con un sistema de switcheo de fuentes de alimentación (Fig. 1).

Fig. 1: Diagrama de bloques del amplificador tipo G.

El circuito amplificador es un amplificador clase AB de simetría cuasi complementaria; en él los transistores presentan una polarización debida a R2. El transistor NPN se activa con la parte positiva de la entrada y se apaga para la parte negativa; el transistor PNP hace lo opuesto al NPN. Al final ambas partes de la señal se unen y son dirigidas a la carga (Fig. 2).

Fig. 2: amplificador AB de simetría cuasi complementaria

El switcheo de fuentes, tanto positivo como negativo funciona a base de detectores de ventana hechos a partir de OpAmps. Los detectores de ventana funcionan asignándoles un valor máximo y un valor mínimo de voltaje los cuales representan los límites superior e inferior respectivamente; cuando la amplitud de la señal de entrada

...