Amplificadores de audio de clase AB: diseño, eficiencia y aplicaciones

Amplificadores de audio de clase AB son un diseño híbrido de amplificadores de clase A y clase B. Al establecer un punto de funcionamiento inactivo para mantener los transistores ligeramente encendidos (sesgados por encima del punto de corte) durante todo el ciclo de la señal, abordan eficazmente el problema de distorsión cruzada de los amplificadores de clase B. Su característica principal es que dos transistores complementarios (NPN/PNP o NMOS/PMOS) alternan entre los semiciclos positivo y negativo de la señal de entrada, logrando una transición suave a través de la región de cruce por cero.

Los amplificadores de clase A mantienen un transistor de salida en estado encendido constante durante todo el ciclo de la señal. Esto da como resultado una excelente calidad de sonido porque la señal es ininterrumpida, pero la eficiencia es extremadamente baja y la mayor parte de la energía se disipa en forma de calor.

Los amplificadores de clase B, por otro lado, utilizan dos transistores: uno para la media onda positiva y otro para la media onda negativa. Cada transistor conduce sólo durante 180° del semiciclo de la señal. Esto mejora significativamente la eficiencia, pero la desventaja es que los dos transistores alternan entre encendido y apagado en el punto de cruce por cero de la señal, lo que puede causar fácilmente distorsión de cruce y afectar la calidad del sonido.

Los amplificadores de clase AB están diseñados para abordar el problema de distorsión cruzada de los amplificadores de clase B manteniendo al mismo tiempo una eficiencia relativamente alta.

Los principios básicos del diseño son:

Sesgo: Los amplificadores de clase AB aplican una pequeña corriente de polarización a los transistores de salida, lo que hace que conduzcan ligeramente incluso cuando no se ingresa ninguna señal. De esta manera, cuando la señal cruza cero, ambos transistores permanecen ligeramente encendidos, en lugar de completamente apagados. Esto evita eficazmente la distorsión cruzada.

Push-pull: un diseño push-pull normalmente utiliza un par de transistores complementarios (como un NPN y un PNP) para amplificar los semiciclos positivo y negativo de la señal, respectivamente. Cuando la señal es positiva, un transistor conduce y amplifica; cuando la señal es negativa, el otro transistor conduce y amplifica. Debido a la corriente de polarización, ambos transistores conducen durante un corto período de tiempo (normalmente más de 180° pero menos de 360°) cuando la señal se acerca a cero, lo que garantiza una transición suave.

Eficiencia del amplificador de audio de clase AB
Los amplificadores de clase AB tienen una eficiencia entre la clase A y la clase B.
Los amplificadores de clase AB son más eficientes que los amplificadores de clase A. Los amplificadores de clase A continúan consumiendo energía significativa incluso cuando no hay señal presente. Sin embargo, los amplificadores de clase AB, debido a la presencia de corriente de polarización, consumen mucha menos energía en modo inactivo que los amplificadores de clase A. Su eficiencia mejora aún más a medida que aumentan los niveles de señal.

En comparación con los amplificadores de clase B, los amplificadores de clase AB introducen corriente de polarización, lo que resulta en una cierta cantidad de consumo de energía en reposo, lo que los hace ligeramente menos eficientes que los amplificadores de clase B puros. Los amplificadores de clase AB suelen tener una eficiencia entre el 60% y el 70%. Si bien no son tan eficientes como los amplificadores de clase D (que normalmente alcanzan más del 90%), los amplificadores de clase AB ofrecen ventajas significativas en la calidad del sonido.

Aplicaciones de los amplificadores de audio de clase AB
Los amplificadores de clase AB son populares en una variedad de aplicaciones de audio debido a su excelente calidad de sonido y eficiencia relativamente razonable:

Sistemas de audio domésticos: incluyen amplificadores, receptores y sistemas de alta fidelidad. Los amplificadores de clase AB ofrecen una salida de audio clara y de baja distorsión, satisfaciendo las demandas de alta calidad de los audiófilos.

Audio del coche: El entorno automovilístico exige tanto calidad de sonido como potencia. Los amplificadores de clase AB se utilizan ampliamente en amplificadores de automóviles y ofrecen una experiencia de audio potente y clara.

Sistemas de televisión y multimedia: estos amplificadores están integrados en dispositivos electrónicos de consumo, como televisores y altavoces de computadora, para controlar los altavoces integrados o proporcionar salida de audio.

Amplificadores de auriculares: muchos amplificadores de auriculares de alto rendimiento utilizan un diseño de clase AB para garantizar la calidad de sonido y el rango dinámico necesarios para accionar los auriculares.

Equipo de audio profesional: Los amplificadores de clase AB también se utilizan comúnmente en monitores de estudio, amplificadores de instrumentos y sistemas PA por su confiabilidad y calidad de sonido.