Amplificador electrònic
Amplificador elèctric pot significar tant un tipo de circuit electrònic o etapa d'este la funció del qual és incrementar l'intensitat de corrent, la tensió o la potència de la senyal que se li aplica a la seua entrada; obtenint-se la senyal aumentada a l'eixida. Per a amplificar la potència és necessari obtindre l'energia d'una font d'alimentació externa.
Característiques
[editar | editar còdic]
L'amplificador pot realisar la seua funció de manera passiva, variant la relació entre la corrent i el voltage, mantenint constant la potència (de manera similar a un transformador), o de forma activa, prenent potència d'una font d'alimentació i aumentant la potència de la senyal a la seua eixida de l'amplificador, habitualment mantenint la forma de la senyal, pero dotant-la de major amplitut.
La relació entre l'entrada i l'eixida de l'amplificador pot expressar-se en funció de la freqüència de la senyal d'entrada, la qual cosa es denomina funció de transferència, que indica el guany de la mateixa per a cada freqüència. És habitual mantindre un amplificador treballant dins d'un determinat ranc de freqüències en el que es comporta de forma llineal, la qual cosa implica que el seu guany és constant per a qualsevol amplitut d'entrada.
El component principal d'estos amplificadors, denominat element actiu, pot ser un tubo de buit o un transistor. Les vàlvules de buit encara solen utilisar-se en alguns amplificadors especialment dissenyats para àudio, preferida en alguns estils musicals per la seua resposta en freqüència, o en amplificadors d'alta potència en radiofrecuencia. Els transistors suponen la base de l'electrònica moderna. En ells es dissenyen circuits més complexos, com els amplificadors operacionals, que a la seua volta s'usen en uns atres com els amplificadors d'instrumentació.
Classes de funcionament
[editar | editar còdic]Classe A
[editar | editar còdic]
Són amplificadors que consumixen corrents contínues altes de la seua font d'alimentació, independentment de l'existència de senyal en l'entrada. Este amplificament presenta l'inconvenient de generar una forta i constant cantitat de calor, que ha de ser dissipada. Açò provoca un rendiment molt reduït, en perdre-se una part important de l'energia que entra en ell. És freqüent en circuits d'àudio i en equips domèstics de gama alta, ya que proporcionen gran calitat de sò, en ser molt llineal, en poca distorsió.Són amplificadors que treballen en l'ona completa.
Subclasse ampl. en vàlvula termoiònica A1, A2.
Té una corrent de polarisació igual a aproximadament la mitat de la corrent d'eixida màxima que poden entregar. Els amplificadors de classe A a sovint consistix en tres transistors d'eixida, conectat directament un terminal a la font d'alimentació i l'atre a la càrrega. Quan no hi ha senyal d'entrada la corrent fluïx directament del negatiu al positiu de la font d'alimentació, consumint-se potència sense resultar útil.
Classe B
[editar | editar còdic]
Els amplificadors de classe B es caracterisen per tindre intensitat casi nula a través dels seus transistors quan no hi ha senyal en l'entrada del circuit. Esta és la que polarisa els transistors per a que entren en zona de conducció, per lo que el consum és menor que en la classe A, encara que la calitat és alguna cosa menor per la forma en que es transmet l'ona. S'usa en sistemes telefònics, transmissors de seguritat portàtils, i sistemes d'avís, encara que no en àudio.
Els amplificadors de classe B tenen etapes d'eixida en corrent de polarisació infinita. Tenen una distorsió notable en senyals menudes, denominada distorsió de creuament per zero, perque succeïx en el punt que la senyal d'eixida creua pel seu nivell de 0 V en corrent alterna i es deu justament a la falta de polarisació, ya que en absència d'esta, mentres la senyal no supere el nivell de llindar de conducció dels transistors estos no conduïxen.
Classe C
[editar | editar còdic]
Els amplificadors de classe C són conceptualment similars als de classe B en que l'etapa d'eixida ubica el seu punt de treball en un extrem de la seua recta de càrrega en corrent de polarisació zero. No obstant, el seu estat de repòs (sense senyal) se situa en la zona de saturació en alta corrent, o siga l'atre extrem de la recta de càrrega.
L'amplificador classe «C» és exclusiu de «RF». Utilisa com a «càrrega» un circuit tanc. La característica principal d'este amplificador és que l'element actiu conduïx menys de 180°, d'una senyal senoidal aplicada a la seua entrada. És dir, que amplifica solament una porció de la senyal. La seua atra característica, no menys important és la del seu alt rendiment en potència.
Classe AB
[editar | editar còdic]Els amplificadors de classe AB (subclasse ampl. en vàlvula termoiònica AB1, AB2) reben una chicoteta polarisació constant en la seua entrada, independent de l'existència de senyal. És la classe més comuna en àudio, en tindre alt rendiment i calitat. En senyals grans es comporten com un classe B, pero en senyals chicotetes no presenten la distorsió de creuament per zero de la classe B.
Tenen dos transistors d'eixida, com els de classe B, pero a diferència d'estos, tenen una gran corrent de polarisació fluint entre els terminals de base i la font d'alimentació, que no obstant no és tan elevada com en els de classe A. Esta corrent lliure es llimita al màxim valor necessari per a corregir la falta de linealidad associada en la distorsió de creuament, en a penes el nivell just per a situar als transistors a la vora de la conducció. Este recurs obliga a ubicar el punt Q en el llímit entre la zona de tall i de conducció.
Classe D
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Amplificador Classe D.
Els amplificadors de classe D tenen un elevat rendiment energètic, superior en alguns casos al 95% (teòricament entre el 90% i el 100%), lo que reduïx la superfície necessària dels disipadores de calor, i per tant el tamany i pes general del circuit.
Encara que en anterioritat es llimitaven a dispositius portàtils o subwoofers, en els que la distorsió o l'ample de banda no són factors determinants, en tecnologia més moderna existixen amplificadors de classe D per a tota la banda de freqüències, en nivells de distorsió similars als de la classe AB.
Els amplificadors de classe D es basen en la conmutación entre dos estats, en lo que els dispositius d'eixida sempre es troben en zones de tall o de saturació, casos en els que la potència dissipada en els mateixos és pràcticament nula, llevat en els estats de transició, la duració de la qual deu ser minimisada a fi d'maximizar el rendiment.
Esta senyal commutada pot generar-se de diverses formes, encara que la més comuna és la modulació per ample de pols. Esta deu ser filtrada posteriorment per a recuperar l'informació de la senyal, per a lo que la freqüència de conmutación deu ser a lo manco 10 voltes superior al ample de banda de la senyal.
Els amplificadors de classe D requerixen un minuciós disseny per a minimisar la radiació electromagnètica que emeten i evitar, aixina, que interferixquen en equips propencs, típicament en la banda de FM.
Atres classes
[editar | editar còdic]Les classes I, G i H no estan estandardisades com les A i B. Es tracta de variacions dels circuits clàssics, que depenen de la variació de la tensió d'alimentació per a minimisar el malbarat d'energia en els transistors de potència en cada moment, depenent de la senyal d'entrada.
Història
[editar | editar còdic]Tubos de buit
[editar | editar còdic]El primer dispositiu pràctic destacat que podia amplificar va ser el tubo de buit de triodo, inventat en 1906 per Llig De Forest, que va conduir als primers amplificadors al voltant de 1912. Els tubos de buit s'usaven en casi tots amplificadors fins a les décades de 1960 i 1970 quan els transistors els varen reemplaçar. Hui en dia, la majoria dels amplificadors usen transistors, pero els tubos de buit continuen usant-se en algunes aplicacions.
El desenroll de la tecnologia de comunicació d'àudio en forma de teléfon, patentat per primera volta en 1876, va crear la necessitat d'aumentar l'amplitut de les senyals elèctriques per a estendre la transmissió de senyals a distàncies cada volta més llargues. En telegrafia, este problema havia segut resolt en dispositius intermijos en les estacions que reponien l'energia dissipada fent funcionar un registrador de senyals i un transmissor de respal, formant un relé, de modo que una font d'energia local en cada estació intermija alimentava el següent tram de transmissió. Per a la transmissió dúplex, és dir, enviar i rebre en abdós direccions, es varen desenrollar repetidors de retransmissió bidireccionals a partir del treball de C. F. Varley per a transmissió telegràfica. La transmissió dúplex era essencial per a la telefonia i el problema no es va resoldre satisfactòriament fins a 1904, quan H. E. Shreeve de l'American Telephone and Telegraph Company va millorar els intents existents de construir un repetidor de teléfon que constava de transmissor de grànuls de carbono i parells de receptors electrodinàmics.[1] El repetidor de Shreeve es va provar per primera volta en una llínea entre Boston i Amesbury, MA, i els dispositius més refinats varen permanéixer en servici durant algun temps. Despuix del canvi de sigle, es va descobrir que les llànties de mercuri de resistència negativa podien amplificar, i també es varen provar en repetidors, en poc èxit.
El desenroll de vàlvules termoiòniques a partir de 1904 va proporcionar un método completament electrònic per a amplificar senyals. La primera versió pràctica de tals dispositius va ser l'Audion de triodo, inventat en 1906 per Llig De Forest,[2] lo que va conduir als primers amplificadors al voltant de 1912. Ya que l'únic dispositiu anterior que s'usava àmpliament per a enfortir una senyal era el relé utilisat en els sistemes de telégraf, el tubo de buit amplificador es va cridar originalment relé d'electrons.[3] Els térmens amplificador i amplificament, derivats del llatí amplificara, (engrandir o expandir),[4] es varen utilisar per primera volta per a esta nova capacitat al voltant de 1915, quan els triodos es varen generalisar.[4]
El tubo de buit amplificador va revolucionar la tecnologia elèctrica, creant el nou camp de l'electrònica, la tecnologia activa de dispositius elèctrics. Va fer possibles llínees telefòniques de llarga distància, sistema de megafonia, transmissió de radi, el cine sonor, pràctica de gravació d'àudio, radar, televisió, i els primers ordenadorés. Durant 50 anys, pràcticament tots els dispositius electrònics de consum varen utilisar tubos de buit. Els primers amplificadors de vàlvules a sovint tenien retroalimentación positiva (regeneració), lo que podia aumentar el guany pero també fer que l'amplificador fora inestable i propens a l'oscilació. Gran part de la teoria matemàtica dels amplificadors es va desenrollar en els Bell Telephone Laboratories durant les décades de 1920 a 1940. Els nivells de distorsió en els primers amplificadors eren alts, generalment al voltant del 5%, fins a 1934, quan Harold Black va desenrollar l'amplificador de retroalimentación negativa; açò va permetre que els nivells de distorsió es reduïren considerablement, a costa d'un menor guany. L'amplificador Williamson és un disseny històric d'amplificador de vàlvules d'alta fidelitat, publicat per primera volta en 1947 en la revista Wireless World per l'ingenier britànic D.T.N. Williamson. Este circuit va establir l'estàndart de referència per a la reproducció d'àudio d'alta calitat durant la década de 1950, caracterisat per la seua baixa distorsió harmònica (<0.1%) i la seua resposta de freqüència plana. Atres alvanços en la teoria de l'amplificament varen ser realisats per Harry Nyquist i Hendrik Wade Bode.
El tubo de buit va ser pràcticament l'únic dispositiu amplificador, ademés dels dispositius de potència especialisats com l'amplificador magnètic i l'amplidyne, durant 40 anys. Els circuits de control de potència varen utilisar amplificadors magnètics fins a la segona mitat de el XX, quan els dispositius semiconductors de potència es varen tornar més econòmics, en velocitats d'operació més altes. Els vells repetidors electroacústicos de carbó de Shreeve s'usaven en amplificadors ajustables en equips d'abonats telefònics per a persones en discapacitat auditiva fins que el transistor va proporcionar amplificadors més menuts i de major calitat en la década de 1950.[5]
Transistors
[editar | editar còdic]El primer transistor en funcionament va ser un transistor de contacte puntual inventat per John Bardeen i Walter Brattain en 1947 en Bell Labs, a on William Shockley més vesprada varen inventar el transistor d'unió bipolar (BJT) en 1948. Els va seguir l'invenció del transistor d'efecte de camp semiconductor d'òxit de metal (MOSFET) per Mohamed M. Atalla i Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. Per l'escala MOSFET, la capacitat de reduir l'escala a tamanys cada volta més menuts, el MOSFET s'ha convertit des de llavors en l'amplificador més utilisat.[6]
La tongada de voluminosos tubos d'electrons en transistors durant les décades de 1960 i 1970 va crear una revolució en l'electrònica, fent possible una gran classe de dispositius electrònics portàtils, com la ràdio de transistors desenrollada en 1954. Hui en dia, l'us de tubos de buit és llimitat per a algunes aplicacions d'alta potència, com els transmissors de ràdio.
A partir de la década de 1970, es varen conectar més i més transistors en un sol chip, creant aixina escales més altes d'integració (com l'integració a menuda, mijana i gran escala) en els circuits integrats. Molts amplificadors disponibles comercialment en l'actualitat es basen en circuits integrats.
Per a fins especials s'han utilisat atres elements actius. Per eixemple, en els primers dies de la comunicació per satèlit, es varen utilisar amplificadors paramètrics. El circuit central era un diodo que la seua capacitancia canviava per mig d'una senyal de RF creada localment. Baixe certes condicions, esta senyal de RF va proporcionar energia que va ser modulada per la senyal de satèlit extremadament dèbil rebuda en l'estació terrestre.
Els alvanços en electrònica digital des de finals de el XX varen proporcionar noves alternatives als amplificadors de guany llineal tradicionals per mig de l'us de conmutación digital per a variar la forma de pols de les senyals d'amplitut fixa, lo que va resultar en dispositius com l'amplificador de classe D.
Vore també
[editar | editar còdic]Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Gherardi B., Jewett F.B., Telephone Repeaters, Transactions of the AIEE 38(11), 1 Oct 1919, p.1298
- ↑ L'enllaç és a una reimpressió de l'artícul en el Scientific American Supplement, Nº. 1665 i 1666, 30 de novembre de 1907 i 7 de decembre de 1907, p.348-350 i 354-356.
- ↑ (2001) Hong 2001, Wireless: From Marconi's Black-Box to the Audion, p. 177. ISBN 9780262082983.
- ↑ 4,0 4,1 Harper, Douglas (2001). «Amplify». Online Etymology Dictionary. Etymonline.com.
- ↑ AT&T, Bell System Practices Section C65.114, Telephone Sets for Subscribers with Impaired Hearing — 334 Type
- ↑ «Timeline &#; the Silicon Engine &#; Computer History Museum».
Enllaços externs
[editar | editar còdic]- [enllaç trencat] - Tutorial sobre amplificadors Classe-D (en anglés).
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Amplificador electrónico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.