domingo, 30 de mayo de 2010

AMPLIFICADORES DE REALIMENTACIÓN EN CORRIENTE


La principal ventaja de la topología de amplificador realimentación en corriente es la altísima velocidad que proporciona. Desde hace unos años, a pesar de que sólo llegamos a oir hasta 20kHz, muy en contra del diseño tradicional por parte de ingenieros y audiófilos, se ha comprobado que aumentar la velocidad (ancho de bada, slew-rate, tiempos de almacenamiento, retrasos de propagación...) tiene como consecuencia directa una mejora del sonido, de hecho cualquier amplificador de estado sólido de una cierta calidad supera los 10V/µs, aunque el máximo que impone el formato digital 44kHz, 16bit es de aproximadamente 1V/µS.
En los diseños que se basan o se apoyan en la realimentación negativa, la velocidad es una medida de gran importancia sobre cómo de rápido se podrán llegar a corregir los errores que ellos mismos crean. Normalmente los parámetros de un amplificador empeoran a medida que crece la frecuencia y también la capacidad de corregirlo, por dos motivos: el menor factor de realimentación (causado por la compensación en frecuencia) y el menor margen de velocidad del que dispone el amplificador sobre la señal.

TOPOLOGÍA.

Los amplificadores de realimentación en corriente (CFB-current feedback), son la alternativa en ciertas aplicaciones a los tradicionales amplificadores de realimentación en voltaje (VFB), más correctamente llamados amplificadores operacionales, a pesar de que éste término se use habitualmente para referirse a los IC amplificadores. Incluso a los amplificadores CFB integrados se les denomina comúnmente op-amp.
Sus aplicaciones son las mismas que las de un amplificador operacional, básicamente, amplificar. Pero sus características no lo son, y es esta la principal diferencia. Hacen lo mismo pero de distinta manera.
Poseen dos entradas, + y -, como los amplificadores operacionales, y poseen una salida que amplifica la diferencia de tensión entre + y -. La salida es una fuente de voltaje de baja impedancia, como en los op-amp. La diferencia es que la entrada - tiene una impedancia idealmente cero, en contraposición con la impedancia de entrada idealmente infinita de los op-amp convencionales.

Circuito equivalente de un amplificador CFB



Ganancia y ancho de banda.
Este diseño permite el uso de realimentación, si se compensa en frecuencia para la ganancia deseada. Como los op-amp. Pero la otra diferencia es que la ganancia en lazo cerrado de la etapa no determina en absoluto el ancho de banda, como en los op-amp. Las únicas limitaciones están causadas por la capacidad parásita de diversos componentes, en conjunto con la resistencia de realimentación.



El ancho de banda lo delimita únicamente una resistencia, por lo que podemos extender el ancho de banda idealmente hasta el infinito.
En el mundo real hay restricciones, y vienen dadas por que el valor de la impedancia de la entrada - no es cero, y su capacidad de absorver corriente no es infinita, está limitada, depende del buffer empleado pero no suele superar los 100 miliamperios. Por eso no se puede elegir una resistencia de realimentación tan baja como queramos y en algún punto habrá limitación de ganancia.



En un amplificador VFB, el ancho de banda depende de la ganancia. En un CFB, depende de una resistencia.
Entre la entrada - y un nodo interno de suma importancia existe una capacidad parásita (o no) que es la que compensa en frecuencia al amplificador.
El polo dominante está formado por la resistencia de realimentación y ese condensador. No interviene el efecto Miller, ni se corrige a base de realimentación. Esta es la causa de que la frecuencia "de corte" sea independiente de la ganancia.



Esquemas.
Ya en un nivel más electrónico, la topología básica empleada es la mostrada a la derecha.
Se pueden observar los condensadores de compensación (Cc), un buffer de entrada, dos espejos de corriente y un buffer de salida. Esos son los bloques básicos. La topología es simétrica, por lo que se cancelan los armónicos pares. Cada buffer es el conocido buffer de ganancia unidad con Zin infinita y Zout=0 (idealmente)
Ahora en un esquema simplificado con más elementos ideales veremos el funcionamiento (abajo):



La corriente causada por la diferencia de tensión entre el nodo N1 y la salida del amplificador saldría habitualmente de la tensión de alimentación. Pero en ese punto hay un espejo de corriente que replica la corriente causada por el error. Mediante una carga activa o pasiva, se transforma la corriente en voltaje.
Como una carga activa produciría una ganancia infinita (y eso sabemos que no es posible), se modela la ganancia máxima como una resistencia parásita de valor habitualmente superior a 1MOhm, pero que produce que AV0 no pueda ser infinita..


En lazo abierto, la ganancia es RT/RINV.

MITOS Y REALIDAD.
Existen varios mitos que conviene desmentir primero, y algunas características que se deben puntualizar.

Menos distorsión.

Sobre los amplificadores operacionales integrados de realimentación en voltaje si es asi, pero no sobre la totalidad de los amplificadores de realimentación en voltaje. La diferencia reside en la topología. No es completamente cierto que una tenga menos distorsión que la otra.

Los amplificadores monolíticos de VFB no usan siempre topología supersimétrica ya que la patente de esta técnica (propiedad de Passlabs) no se lo permite. En los amplificadores de realimentación en corriente la topología es siempre simétrica, dado que no estaba protegido por patente y que la técnica supone una mejora en las cifras de distorsión al cancelar armónicos de orden par. Un VFB y un CFB pueden tener más o menos los mismos números de THD bajo circunstancias semejates.
Lo que si es cierto es que como el ancho de banda no depende de la ganancia, son mejores para mayores ganancias.

Más ruido.

No necesariamente, de hecho el ruido de voltaje es muy semejante a los de los amplificadores convencionales con realimentación en voltaje. Lo que si empeora es el ruido de corriente, puede superar los pA/rt(Hz). En todo caso esto se puede solucionar utilizando una fuente de baja impedancia de salida, y fuera del campo integrado existen amplificadores con buffer de entrada Jfet, que proporciona menores cifras de ruido de corriente, pero menos precisión DC y algo más de ruido de voltaje.

Menos precisión DC.

Esto si es completamente cierto. La imposbilidad de crear pares complementarios de transistores perfectamente iguales impide esta precisión DC. En todo caso, el error inducido no es alarmante, símplemente impide el uso de este tipo de amplificador en amplificadores de DC, instrumentación y medida. Para señal de audio, con añadir un servo de DC es más que suficiente, el offset de DC queda reducido a 1mV.

Más velocidad.
También es completamente cierto y salvo amplificadores de VFB que usen lazos internos (o incluso etapas enteras) de realimentación en corriente, no se puede llegar a igualar fácilmente. La realimentación en corriente permite una rápida carga de los condensadores parásitos, especialmente el de compensación basado en el efecto Miller, responsable de la limitación en slew-rate.

En los amplificadores VFB la corriente de la etapa está limitada por una fuente fija, en el momento que se le demande responderá entregando al condensador parásito todo lo que puede dar. Esto produce una carga con pendiente fija (a través de resistencia es exponencial). En un amplificador CFB, esto no ocurre, existe gran libertad para cargar y descargar ese condensador parásito principalmente porque el buffer proporciona toda la corriente necesaria sin entrar en ningún tipo de sobrecarga. Teóricamente no hay limitación en slew-rate, aunque si la hay en una situación real donde las capacidades e impedancias parásitas limitan esta velocidad. En todo caso, se cargan a través de impedancias muy bajas, de menos de 100 Ohm, lo que permite tasas de slew-rate de 2000V/µs en amplificadores de señal y 200V/µs en amplificadores de potencia.

El futuro.
Los amplificadores de CFB no son en absoluto un experimento. Los fabricantes de amplificadores integrados (Analog Devices y Burr-Brown principalmente) están recomendando la migración a amplficadores CFB para aplicaciones de alta velocidad como tratamiento de la señal de vídeo y otros usos AC, como el audio, filtrado,... Muchos de los fabricantes de etapas high-end también han migrado a esta topología.
El futuro de los amplificadores lineales de audio de potencia, a nivel de mercado, pasa obligatoriamente por esta topología. Todavía no está suficientemente extendida pero ha llegado para quedarse y muy posiblemente para suceder a los de voltaje.

Nombre Alexander Sayago
Electronica de Estado Solido
Seccion 1

AMPLIFICADORES DE REALIMENTACIÓN EN CORRIENTE


La principal ventaja de la topología de amplificador realimentación en corriente es la altísima velocidad que proporciona. Desde hace unos años, a pesar de que sólo llegamos a oir hasta 20kHz, muy en contra del diseño tradicional por parte de ingenieros y audiófilos, se ha comprobado que aumentar la velocidad (ancho de bada, slew-rate, tiempos de almacenamiento, retrasos de propagación...) tiene como consecuencia directa una mejora del sonido, de hecho cualquier amplificador de estado sólido de una cierta calidad supera los 10V/µs, aunque el máximo que impone el formato digital 44kHz, 16bit es de aproximadamente 1V/µS.
En los diseños que se basan o se apoyan en la realimentación negativa, la velocidad es una medida de gran importancia sobre cómo de rápido se podrán llegar a corregir los errores que ellos mismos crean. Normalmente los parámetros de un amplificador empeoran a medida que crece la frecuencia y también la capacidad de corregirlo, por dos motivos: el menor factor de realimentación (causado por la compensación en frecuencia) y el menor margen de velocidad del que dispone el amplificador sobre la señal.

TOPOLOGÍA.

Los amplificadores de realimentación en corriente (CFB-current feedback), son la alternativa en ciertas aplicaciones a los tradicionales amplificadores de realimentación en voltaje (VFB), más correctamente llamados amplificadores operacionales, a pesar de que éste término se use habitualmente para referirse a los IC amplificadores. Incluso a los amplificadores CFB integrados se les denomina comúnmente op-amp.
Sus aplicaciones son las mismas que las de un amplificador operacional, básicamente, amplificar. Pero sus características no lo son, y es esta la principal diferencia. Hacen lo mismo pero de distinta manera.
Poseen dos entradas, + y -, como los amplificadores operacionales, y poseen una salida que amplifica la diferencia de tensión entre + y -. La salida es una fuente de voltaje de baja impedancia, como en los op-amp. La diferencia es que la entrada - tiene una impedancia idealmente cero, en contraposición con la impedancia de entrada idealmente infinita de los op-amp convencionales.

Circuito equivalente de un amplificador CFB



Ganancia y ancho de banda.
Este diseño permite el uso de realimentación, si se compensa en frecuencia para la ganancia deseada. Como los op-amp. Pero la otra diferencia es que la ganancia en lazo cerrado de la etapa no determina en absoluto el ancho de banda, como en los op-amp. Las únicas limitaciones están causadas por la capacidad parásita de diversos componentes, en conjunto con la resistencia de realimentación.



El ancho de banda lo delimita únicamente una resistencia, por lo que podemos extender el ancho de banda idealmente hasta el infinito.
En el mundo real hay restricciones, y vienen dadas por que el valor de la impedancia de la entrada - no es cero, y su capacidad de absorver corriente no es infinita, está limitada, depende del buffer empleado pero no suele superar los 100 miliamperios. Por eso no se puede elegir una resistencia de realimentación tan baja como queramos y en algún punto habrá limitación de ganancia.



En un amplificador VFB, el ancho de banda depende de la ganancia. En un CFB, depende de una resistencia.
Entre la entrada - y un nodo interno de suma importancia existe una capacidad parásita (o no) que es la que compensa en frecuencia al amplificador.
El polo dominante está formado por la resistencia de realimentación y ese condensador. No interviene el efecto Miller, ni se corrige a base de realimentación. Esta es la causa de que la frecuencia "de corte" sea independiente de la ganancia.



Esquemas.
Ya en un nivel más electrónico, la topología básica empleada es la mostrada a la derecha.
Se pueden observar los condensadores de compensación (Cc), un buffer de entrada, dos espejos de corriente y un buffer de salida. Esos son los bloques básicos. La topología es simétrica, por lo que se cancelan los armónicos pares. Cada buffer es el conocido buffer de ganancia unidad con Zin infinita y Zout=0 (idealmente)
Ahora en un esquema simplificado con más elementos ideales veremos el funcionamiento (abajo):



La corriente causada por la diferencia de tensión entre el nodo N1 y la salida del amplificador saldría habitualmente de la tensión de alimentación. Pero en ese punto hay un espejo de corriente que replica la corriente causada por el error. Mediante una carga activa o pasiva, se transforma la corriente en voltaje.
Como una carga activa produciría una ganancia infinita (y eso sabemos que no es posible), se modela la ganancia máxima como una resistencia parásita de valor habitualmente superior a 1MOhm, pero que produce que AV0 no pueda ser infinita..


En lazo abierto, la ganancia es RT/RINV.

MITOS Y REALIDAD.
Existen varios mitos que conviene desmentir primero, y algunas características que se deben puntualizar.

Menos distorsión.

Sobre los amplificadores operacionales integrados de realimentación en voltaje si es asi, pero no sobre la totalidad de los amplificadores de realimentación en voltaje. La diferencia reside en la topología. No es completamente cierto que una tenga menos distorsión que la otra.

Los amplificadores monolíticos de VFB no usan siempre topología supersimétrica ya que la patente de esta técnica (propiedad de Passlabs) no se lo permite. En los amplificadores de realimentación en corriente la topología es siempre simétrica, dado que no estaba protegido por patente y que la técnica supone una mejora en las cifras de distorsión al cancelar armónicos de orden par. Un VFB y un CFB pueden tener más o menos los mismos números de THD bajo circunstancias semejates.
Lo que si es cierto es que como el ancho de banda no depende de la ganancia, son mejores para mayores ganancias.

Más ruido.

No necesariamente, de hecho el ruido de voltaje es muy semejante a los de los amplificadores convencionales con realimentación en voltaje. Lo que si empeora es el ruido de corriente, puede superar los pA/rt(Hz). En todo caso esto se puede solucionar utilizando una fuente de baja impedancia de salida, y fuera del campo integrado existen amplificadores con buffer de entrada Jfet, que proporciona menores cifras de ruido de corriente, pero menos precisión DC y algo más de ruido de voltaje.

Menos precisión DC.

Esto si es completamente cierto. La imposbilidad de crear pares complementarios de transistores perfectamente iguales impide esta precisión DC. En todo caso, el error inducido no es alarmante, símplemente impide el uso de este tipo de amplificador en amplificadores de DC, instrumentación y medida. Para señal de audio, con añadir un servo de DC es más que suficiente, el offset de DC queda reducido a 1mV.

Más velocidad.
También es completamente cierto y salvo amplificadores de VFB que usen lazos internos (o incluso etapas enteras) de realimentación en corriente, no se puede llegar a igualar fácilmente. La realimentación en corriente permite una rápida carga de los condensadores parásitos, especialmente el de compensación basado en el efecto Miller, responsable de la limitación en slew-rate.

En los amplificadores VFB la corriente de la etapa está limitada por una fuente fija, en el momento que se le demande responderá entregando al condensador parásito todo lo que puede dar. Esto produce una carga con pendiente fija (a través de resistencia es exponencial). En un amplificador CFB, esto no ocurre, existe gran libertad para cargar y descargar ese condensador parásito principalmente porque el buffer proporciona toda la corriente necesaria sin entrar en ningún tipo de sobrecarga. Teóricamente no hay limitación en slew-rate, aunque si la hay en una situación real donde las capacidades e impedancias parásitas limitan esta velocidad. En todo caso, se cargan a través de impedancias muy bajas, de menos de 100 Ohm, lo que permite tasas de slew-rate de 2000V/µs en amplificadores de señal y 200V/µs en amplificadores de potencia.

El futuro.
Los amplificadores de CFB no son en absoluto un experimento. Los fabricantes de amplificadores integrados (Analog Devices y Burr-Brown principalmente) están recomendando la migración a amplficadores CFB para aplicaciones de alta velocidad como tratamiento de la señal de vídeo y otros usos AC, como el audio, filtrado,... Muchos de los fabricantes de etapas high-end también han migrado a esta topología.
El futuro de los amplificadores lineales de audio de potencia, a nivel de mercado, pasa obligatoriamente por esta topología. Todavía no está suficientemente extendida pero ha llegado para quedarse y muy posiblemente para suceder a los de voltaje.

Amplificadores de potencia


• Proporciona la ganancia en potencia necesaria manteniendo un bajo nivel de
distorsión y un rendimiento lo más alto posible
• Último dispositivo activo de la cadena de audio, alimenta directamente los altavoces
– Impedancias habituales: 2, 4, 8, 16 ohm
• Acoplo en tensión
– Baja impedancia de salida
– Amplificador como generador de tensión ideal
• Elevada potencia
– 25W a 15000W
• Tensiones y corrientes en la carga (altavoz)
– Hasta 200-300V!
– Hasta 300A!
– Elevada disipación de calor (ventilación)



• Estructura



– Etapa de entrada
– Etapa intermedia excitadora (driver)
– Etapa de salida de potencia
– Red de realimentación negativa

• Etapa de entrada
– Proporciona una elevada impedancia de entrada (decenas de K􀀺) 􀂟 corriente
de entrada pequeña (acoplo en tensión)
– Garantiza la estabilidad y reduce la distorsión del amplificador (realimentación
negativa global)
• No es necesario que la etapa de potencia sea estabilizada
– Entrada balanceada/no balanceada
– Entradas balanceadas electrónicamente mediante un amplificador diferencial



• Etapa excitadora (driver)
– Elevada impedancia de entrada (acoplo en tensión)
– Proporciona la ganancia de voltaje necesaria
• Control de volumen por ajuste manual o electrónico
• Ganancias en voltaje entre 30 y 60dB
– Típicamente configuración en clase A con montaje simétrico para evitar
distorsión de armónicos impares

• Etapa de potencia o de salida
– Elevada impedancia de entrada
– Ataca directamente al sistema de altavoces
• Acoplo en tensión con los altavoces (fuente ideal de voltaje)
• Impedancia de los altavoces del orden de 8 ohm elevada corriente de salida
– Proporciona la ganancia de corriente necesaria (potencia)
– Elevada disipación de calor

Clases de amplificadores de potencia
• Clase A
– Punto de trabajo en el centro de la recta de carga (excursión de salida máxima)
– Transistor siempre en activa menor distorsión
– Máxima pérdida de potencia cuando no hay entrada
– Rendimiento máximo teórico del 50%
• 20-30% en la práctica para tonos puros
• 2-10% en programas reales
– Aplicaciones: amplificadores domésticos, preamplificadores, etapas
intermedias en amplificadores de potencia



• Ventajas de la clase A
– No presentan distorsión de cruce (transistor(es) siempre en conducción)
– Distorsión total armónica (THD) reducida
– Consumo de corriente constante
– Disipación de calor constante
– Mayor estabilidad con la temperatura
– Circuitería más sencilla

• Desventajas
– Reducida eficiencia
– Mayor consumo de corriente
– Fuentes de alimentación más compleja
– Mayor necesidad de disipación
– Equipos más grandes y pesados



• Clase B
– Transistor polarizado en corte
– Entra en activa durante el medio ciclo positivo de la señal
– En ausencia de señal no se consume potencia
– Mayor margen dinámico a la entrada
– Rendimiento máximo del 78.5% (50-65% en la práctica)
– Introduce mucha distorsión armónica no se utiliza en aplicaciones de audio



• Clase B con montaje simétrico complementario (push-pull)
– Utiliza dos transistores complementarios (NPN-PNP) trabajando en oposición
de fase, polarizados en corte
– Cada transistor entra en activa durante medio ciclo de la señal
– Se reduce la distorsión armónica (THD)
– Aparece una nueva distorsión: distorsión de cruce (crossover distortion) debido
al umbral de voltaje necesario para que entre en conducción el transistor
• Muy apreciable en señales de pequeño nivel



• Clase AB con montaje simétrico complementario
– Polarización de los transistores en el límite de la zona activa (menor eficiencia)
– Transistor en activa durante un poco más de un ciclo de la señal de entrada,
evitando la distorsión de cruce
– Disipación (temperatura) dependiente del programa sonoro
– Necesidad de compensación de la polarización por variación del umbral de
conducción con la temperatura (under-bias, over-biased)
La sobrepolarización también da lugar a distorsión de cruce
– La disminución de la distorsión de cruce pone de manifiesto una nueva distorsión
en HF por retardos en la conmutación a región activa (más notable con BJT's)







Nombre Alexander Sayago
Electronica de Estado Solido
seccion 1

Preamplificadores


• Primer dispositivo activo en la cadena de audio
• Eleva la salida nominal de micrófonos a niveles típicos de línea (adaptación niveles)



• Circuito de mayor ganancia en la cadena de audio
• Proporciona adaptación de impedancias de micrófonos y pick-up's de alta
impedancia (condensador)



– Compatibilidad con acoplo en tensión
– Posibilidad de alimentar tiradas largas de cable

• Su adecuada selección y utilización es fundamental para la calidad en todo el
sistema de sonido
– Distorsión
– Relación señal a ruido

Características fundamentales
• Factor de ruido (Noise Factor, F): relación entre el ruido total a la salida del
preamplificador y el ruido a la salida atribuido exclusivamente al ruido presente en
la entrada
– Se puede entender como una ganancia que sólo afecta al ruido
– Indica la degradación de la SNR entre la entrada y la salida
– Se obtiene a partir de la medida del ruido a la salida cuando la entrada está
cargada con una resistencia de 150 ohm o 200ohm (para generar el ruido térmico
TN equivalente al micrófono)



Características fundamentales
• Ruido equivalente a la entrada (Equivalent Input Noise, EIN)
– Nivel de ruido a la entrada del amplificador ideal que generaría el mismo ruido
a la salida que el generador real
– Se determina a partir de la ganancia y de la medida del ruido a la salida del
amplificador cuando su entrada está cargada con una resistencia de 150 ohm o
200 ohm (para generar el ruido térmico TN equivalente al micrófono)



Características fundamentales

• Nivel de saturación de entrada (maximum input level)
– Máximo nivel de señal a la entrada antes de que se sature la salida (entre
-20dBu y +10dBu en función de la ganancia)
– Junto con el EIN, determina el margen dinámico del preamplificador



• Factor de rechazo al modo común (common mode rejection ratio, CMRR)

– Mide la capacidad de evitar la amplificación de señales en modo común en los
amplificadores diferenciales con entrada balanceada
– Del orden de 100 dB en entradas balanceadas activas
– 60 dB en entradas balanceadas mediante transformador



Selección de preamplificadores
• Es necesario garantizar la compatibilidad entre micrófono y preamplificador
– Compatibilidad de impedancias de entrada/salida
– Compatibilidad de niveles de entrada/salida
– Niveles de ruido



• Compatibilidad de impedancias

– Micrófonos de baja impedancia (50-250 ohm) preamplificadores en torno a
1.5 ohm - 10K ohm de impedancia de entrada
– Micrófonos de alta impedancia (20-50K ohm) preamplificadores con
impedancia de entrada de 1-5Mohm (estándar antiguo, válvulas)
– Los micrófonos de condensador llevan un previo para pasar a baja impedancia
de salida (adaptador de impedancias) que suele preamplificar de 1 a 10 dB
• Niveles de salida mayores (mayor sensibilidad)
• Mayor nivel de ruido

• Compatibilidad de niveles
– Se obtiene el máximo nivel de salida que puede proporcionar el micrófono
– Se comprueba que no supera el nivel de saturación de entrada del
preamplificador

• Obtención del máximo nivel proporcionado por el micrófono
– Máximo nivel de presión sonora (maximum SPL, Max Acoustic Input, Sound
Pressure Level) en dB SPL
– Sensibilidad (Sensitivity, S) en mV/Pa
– A partir de estos dos parámetros se obtiene el máximo nivel de salida y se
expresa en dBu, para compararlo con el nivel de saturación del preamplificador










Nombre Alexander Sayago
Electronica de Estado Solido
Seccion 1

Amplificadores operacionales (AO)


• Amplificadores diferenciales integrados
• Desarrollados para aplicaciones de cálculo computacional analógico (suma, resta,
integración, derivada,…)
• Utilidad de los AO en audio
– Cualidades casi ideales para acoplo en tensión
– Permiten realizar circuitos analógicos complejos utilizando pocos componentes
– Baja sensibilidad frente a las tolerancias de los componentes analógicos
• Bloque fundamental en la realización de circuitos específicos de audio



Amplificadores operacionales (AO)





Etapas de entrada balanceadas-activas
• La irrupción de los amplificadores operacionales popularizó la utilización de
conexiones balanceadas activas (diferenciales) en audio
– Menor coste que las líneas balanceadas con transformadores
– Reducción de peso y tamaño
– Posibilidad de incluir conexiones balanceadas en las etapas de circuitería
interna de los equipos
– Excelente calidad de sonido

Etapas de entrada balanceadas-activas




Etapas de salida balanceadas-activas

• Existen varios diseños dependiendo de la aplicación y la inmunidad frente a ruido
• Son preferibles las configuraciones que permiten cortocircuitar una de las salidas
para conectar a equipos con entradas no balanceadas
• Para salidas de baja impedancia (~50ohm, corrientes elevadas) es necesario combinar
componentes discretos a la salida que proporcionen la ganancia en corriente
necesaria




Amplificadores de mezcla

• Amplificador de mezcla
– Pondera varias entradas en una salida
– Elevado aislamiento entrada/salida
– Elevado aislamiento entre entradas
– Muy utilizado en las consolas multicanal









Amplificadores de distribución

• Amplificador de distribución
– Distribución de una señal a diferentes cargas (canales)
– Ganancia de corriente suficiente (impedancia de salida baja)
– Elevado aislamiento entrada/salida
– Componente básico en consolas multicanal

• Amplificador de aislamiento (unity-gain buffer)
– Adaptación de impedancias (independiza entrada/salida)
– Impedancia de entrada elevada
– Impedancia de salida baja mediante componentes discretos





Nombre Alexander Sayago
Electronica de Estado Solido
Seccion 1

Amplificadores


• Los amplificadores son circuitos que elevan la potencia de una señal con una
distorsión mínima
• Proporcionan la ganancia acústica necesaria para un sistema de sonido
• Otras funciones importantes:
– Adaptación de niveles
– Adaptación de impedancias
– Ecualización, combinación, distribución o aislamiento de señales
• Los amplificadores forman parte de la mayoría de circuitos específicos de
audio (etapas de entrada/salida)




Clasificación

• En función de la naturaleza de los elementos activos
– Amplificadores con válvulas de vacío
– Amplificadores con transistores bipolares (BJT)
– Amplificadores con transistores de efecto de campo (FET, MOSFET)
– Amplificadores integrados (AO)

Clasificación
• En función de la magnitud objeto de amplificación





Clasificación
• Según la frecuencia de funcionamiento

– Amplificadores de continua
– de audiofrecuencia (< 20 KHz)
– de videofrecuencia (< 15 MHz)
– de radiogrecuencia (LF, VHF, UHF)
– de microondas (>1 GHz)

• En función de la situación dentro de la cadena de audio

– Preamplificadores
– Amplificadores de mezcla, distribución y aislamiento
– Filtros activos
– Amplificadores de potencia

Clasificación
• En función del tipo de conexión en los terminales de entrada y salida
– Entrada/salida no balanceada
– Entrada/salida balanceada (amplificadores diferenciales)
– Cualquier combinación de las dos anteriores

Impedancias de entrada/salida
• En el pasado se utilizaba adaptación de impedancias a 600 ohm
– Máxima eficiencia y SNR en telefonía a larga distancia en equipos de válvulas
utilizando transformadores de acoplo



• Limitaciones

– Coloración de la respuesta en frecuencia por variaciones de la impedancia de
carga con la frecuencia
– Derivas por calentamiento
– Imposibilidad de cargar una salida con varios equipos en paralelo (necesidad de
amplificadores de distribución para adaptar impedancias)

Impedancia de entrada y salida
• En la actualidad los equipos de audio utilizan acoplo en tensión (transmisión de
señal sin potencia) amplificadores de voltaje



• Las impedancias de fuente y de carga modifican la ganancia del amplificador



• Acoplo en tensión (matching voltage coupling, bridged voltage coupling)



Impedancia de entrada y salida
• Ventajas del acoplo en tensión (matching voltage coupling, bridged voltage
coupling)
– Se evita la coloración por variaciones en frecuencia de la carga y las derivas
por variaciones de temperatura
– Se facilita la conexión de equipos en paralelo sin amplificadores de
distribución, adaptación de impedancias o cambios de nivel
– Reducción del ruido térmico por reducción de las impedancias de fuente
(mejora de la SNR en 14dB)
– Mayor fiabilidad por reducción de la potencia disipada en los equipos
– Reducción del acoplo inductivo entre los cables (reducción de la diafonía)
– Reducción de la interferencia de tipo inductivo

• Se pueden utilizar tiradas de cable superiores a 300 m sin que se produzcan ondas
estacionarias

• A partir de estas distancias los cables se comportan como líneas de transmisión y es necesario adaptar impedancias

– Impedancia característica de las líneas de audio: 50-100 ohm

Impedancia de entrada y salida

• Impedancias típicas de equipos de audio



Nombre Alexander Sayago
Electronica de Estado Solido
Seccion 1