Clase de amplificadores A-B-AB-D

Como hemos visto en artículos anteriores, no todos los amplificadores son iguales. De hecho, existe una clara distinción entre la forma en que sus etapas de salida funcionan y están configuradas.

Las principales características operativas de un amplificador ideal son la linealidad, la ganancia de señal, la eficiencia y la potencia de salida, pero en los amplificadores del mundo real siempre hay una compensación entre estas características.

¿Cómo podemos clasificarlos? ¿Por qué existen diferentes clases? y ¿cuáles son las ventajas y desventajas que cada uno de ellos? Hemos tomado los  más conocidos de todos los ámbitos (clases A, B, AB y D) para revisarlos en detalle y abordar así estas preguntas. Básicamente se puede hacer la división atendiendo a los elementos que se van a usar, y centrándonos en amplificadores de Alta Fidelidad podemos hablar de dos tipos de amplificadores:

  1-Amplificadores elaborados con válvulas (trabajando comúnmente en Clase A).

  2-Amplificadores elaborados con transistores (trabajando comúnmente en Clase AB o Clase D).  

Amplificadores de válvulas   

Las válvulas fueron los dispositivos electrónicos activos por excelencia desde principios de siglo hasta bien entrados los años sesenta. Entonces se vieron desbancadas por los diminutos transistores y diodos de estado sólido, capaces de desempeñar las mismas funciones en espacios mucho más reducidos, con un menor peso y con temperaturas de funcionamiento muy inferiores a las de las válvulas. Parecía ser un gran alivio para los músicos, ya que se conseguía más potencia y menos peso.

Fue así como a principios de los setenta se empezó a apostar por este novedoso sistema de amplificación para dar paso a la fabricación de equipos transistorizados.

Sin embargo, la aparición del transistor enfrentó desde un comienzo un grave problema; su linealidad y mejor rendimiento teórico daban como resultado circuitos de audio con sonidos muy fríos y con poco carácter, cosa que no sucedía con las válvulas. Ésta es una de las causas por la que la válvula se ha mantenido desde entonces en amplificadores para instrumentos musicales y aplicaciones de audio profesional para estudios de grabación y alta fidelidad. Su comportamiento no lineal y teóricamente imperfecto queda de sobra compensado con resultados de sonido mucho más musicales y atractivos en cuanto a la tonalidad.

Un simple circuito con una sola válvula puede entregar un gran carácter y color al sonido, por eso se dice que no existe circuito digital capaz de emular al 100% el comportamiento de una válvula.

El tipo de amplificación más común en un equipo a válvulas, es en Clase A, el cual detallaremos a continuación.

Clase A:

Los amplificadores de clase A son sin dudas los que aportan una mejor calidad sonora devolviendo señales demasiado limpias, razón que repercute habitualmente en su alto valor de mercado. Sin embargo, son también los menos prácticos por su despilfarro de corriente. De hecho, su poca eficiencia es su principal desventaja. Ejemplo de ello es que se requiere de un amplificador clase A de gran capacidad para entregar 50 watts, lo que se traduce en una gran cantidad de corriente y altísimas temperaturas.

Si bien existen amplificadores high-end clase A, solo representan un 10% del pequeño mercado de dicha categoría, y nula presencia del mercado de gama media.

Algunos amplificadores de clase A más sofisticados tienen dos transistores de salida en configuración push-pull. Se puede decir que la clase A se refiere a una etapa de salida con una corriente de polarización mayor que la máxima corriente de salida que entregan, de tal forma que los transistores de salida se encuentran en constante consumo de corriente... Aún así, hay que destacar que su gran ventaja  es que es casi lineal, y en consecuencia, la distorsión es menor.

Amplificadores de transistores

Lo primero que debemos señalar es que los circuitos que no usan válvulas se denominan “a transistores” o “de estado sólido”, porque no usan dispositivos que contienen líquido o gas.

Una de las causas por las que se usan transistores es porque las válvulas son excesivamente caras para amplificadores de muy alta potencia, ya que la mayoría de los amplificadores a válvulas dan menos de cincuenta Watts por canal.

Cuando aparecen los primeros amplificadores de transistores, eran peores que los mejores amplificadores de válvulas de aquellos días.

Debido a las bajas capacidades internas, los amplificadores a válvulas tienen unas características de entrada muy lineales, lo que los hacefáciles de alimentar y tolerantes a fuentes de altas impedancias de salida, tales como otros circuitos a válvulas y controles de volumen de alta impedancia; pero los amplificadores de transistores podrían tener un alto acoplamiento entre la entrada y la salida y podrían tener una impedancia de entrada menor. Sin embargo, algunas técnicas de circuitos reducen estos efectos, incluso, algunos amplificadores de transistores evitan totalmente estos problemas usando buenos JFET como circuitos de entrada.

Dentro de los amplificadores dedicados a la Alta fidelidad, el tipo de amplificación más común que emplean es en Clase AB.

Clase AB:

Por ahora, la clase AB es la que domina el mercado y rivaliza con los mejores amplificadores de clase A en calidad de sonido. Este tipo usa menos corriente que los de clase A y pueden ser más baratos, pequeños, ligeros y de inferior consumo eléctrico y disipación térmica.

Los amplificadores de clase AB son casi iguales a los de clase B, ya que al igual que estos tienen dos transistores de salida. Sin embargo, los amplificadores de clase AB difieren de los de clase B en que tienen una pequeña corriente libre fluyendo del terminal positivo al negativo incluso si no hay señal de entrada. Esta corriente libre incrementa ligeramente el consumo de corriente, pero no se incrementa tanto como para parecerse a los de clase A. Esta corriente incluso corrige casi todas las no linealidades asociadas con la distorsión del filtro. Estos amplificadores se llaman de clase AB en vez de A porque con señales grandes, se comportan como los de clase B, pero con señales pequeñas, se comportan como los de clase A.

Por último, señalar la tercera clase de amplificación más común entre amplificadores de Alta Fidelidad: la Clase D.

Clase D:

Aunque estos tipos de amplificadores se usan mayormente para aplicaciones especiales como amplificadores de guitarras, de bajos y de amplificadores para subwoofers, en la actualidad se están creando equipos de clase D, para todo tipo de aplicaciones que incluyen a los amplificadores de Alta Fidelidad. Con esta clase obtenemos amplificadores incluso más pequeños que los de clase AB, y más eficientes. 

Los amplificadores de clase D usan técnicas de modulación de pulsos para obtener mayor eficiencia. Además, usan transistores que están o bien encendidos o bien apagados, y casi nunca entre medias y así gastan la menor cantidad de corriente posible. También, son más eficientes que los de clase A, clase AB, o clase B. Algunos tienen una eficiencia del 80% a plena potencia, pudiendo incluso tener baja distorsión, a pesar de no ser tan buena como los de clase AB o A. En resumen, la principal ventaja de los clase D es su  eficiencia.

Es esencial que un amplificador clase D vaya seguido por un filtro paso-bajo para eliminar el ruido de conmutación. Este filtro añade distorsión y desplazamiento de fase, incluso limita las características del amplificador en alta frecuencia, y es raro que tengan buenos agudos, pero por otro lado, va a eliminar todo el ruido de conmutación sin causar perdida de potencia, desplazamiento de fase, o distorsión. 

Para hacer un muy buen amplificador para toda la banda de frecuencias, la frecuencia de conmutación tiene que estar sobre los 40kHz. Desafortunadamente, la alta frecuencia de conmutación incluso significa disipar potencia de conmutación, y eso también significa que la posibilidad de radiar ruido es muy alta. 

Pese a todo, esa gran eficiencia de la que hace gala la Clase D, acompañada de buenos resultados sonoros, bajísimo consumo eléctrico y disipación térmica, hace que sea cada vez más común su empleo dentro de la industria de la Alta Fidelidad.

¿Entonces?

Un amplificador que trabaje en clase A pura y esté bien diseñado nos ofrecerá el mejor sonido, pero tendrá una gran desventaja: será muy caro. Su alto precio suele estar provocado por la gran capacidad de su fuente de alimentación y la complejidad del sistema de disipación de calor con el que debe contar para evacuar en forma de calor toda la energía que no se entrega a las cajas acústicas. Si tu presupuesto es holgado,estás decidido a conseguir el mejor sonido posible y estás dispuesto a asumir una factura eléctrica importante, quédate con un diseño que trabaje en clase A pura.