Abstract. – In this test, try to interpret what
is a class B power amplifier, especially, learn about this will
start with basics and then interpret what is its principle of
operation and this process their different
configurations.
I
INTRODUCCION
Un amplificador recibe una señal de algún
transductor de capacitación o de cualquier otra fuente de
entrada y proporciona una versión más grande de la
señal a cierto dispositivo de salida o a otra etapa de
amplificación.
Un amplificador de voltaje amplificación de
voltaje principalmente para incrementar voltaje de la
señal de entrada, Por otro lado, los amplificadores de
gran señal o de potencia, proporcionan principalmente
potencia suficiente a una carga de salida para activar una bocina
o algún otro dispositivo.
Es decir un amplificador de potencia es aquel que,
aparte de suministrar una mayor tensión, suministran
también una mayor corriente (amplificación
de tensión y amplificación de corriente y, por
ende, amplificación de potencia).
En este tema únicamente vamos a entrar en los
amplificadores de potencia clase b, que son los que nos
interesan.
II DESARROLLO DE LOS
CONTENIDOS
A. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN
AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE B
Un amplificador de potencia funciona
en clase B cuando la polarización de dc deja al
transistor casi apagado de manera que el transistor se enciende
cuando a este se le aplica una señal en ac. Es decir que
le transistor conducirá corriente solamente para una mitad
de ciclo de la señal.
Ahora para obtener una señal de ciclo completo
será necesario utilizar dos transistores y lograr que cada
uno de ellos conduzca durante medios ciclos opuestos, y al tener
esta operación combinada se obtiene un ciclo completo de
señal de salida.
Dado que una parte del circuito "empuja" a la
señal de arriba durante una mitad del ciclo y la otra
parte "jala" la señal hacia abajo durante la otra mitad
del ciclo, el circuito por ende se denomina de contrafase
circuito push-pull.
FIGURA 1. Representación en bloques de la
operación en contrafase
Los transistores de potencia empleados en el circuito de
contrafase son capaces de entregar la potencia deseada a la
carga, y la operación clase B de estos transistores
proporciona una diferencia mayor que la que era posible mediante
un solo transistor en la operación clase A.
FIGURA 2. Conexión del amplificador en
contrafase con la carga mediante dos fuentes de
voltaje.
FIGURA 3. Conexión del
amplificador en contrafase con la carga mediante una fuente de
voltaje.
B. ANALISIS EN DC
FIGURA 4. Circuito completo
FIGURA 5. Circuito equivalente para
continua
Con el circuito expuesto en la figura 5 se comienza el
análisis en continua, el diseñador selecciona las
resistencias de polarización para definir el punto Q en el
corte. Esto polariza el diodo emisor de cada transistor entre 0,6
y 0,7 V de modo que estén al borde la conducción
idealmente 
Puesto que las resistencias de polarización son
iguales, cada diodo emisor se polariza con el mismo valor de
tensión, como resultado, la mitad de alimentación
cae en los terminales colector- emisor de cada transistor. Es
decir
B.1. RECTA DE CARGA EN CONTINUA
Debido a que no existe ninguna resistencia en los
circuitos de colector ni de emisor como se observa en la figura
5, la corriente continua de saturación es infinita. Esto
significa que la recta de carga continua es vertical .Lo mas
complicado en el diseño de los amplificadores clase B es
configurar un punto Q estable en la región de
corte.
B.2. RECTA DE CARGA EN ALTERNA
Cuando cualquiera de los transistores esta conduciendo,
su punto de operación se desplaza a lo largo de la recta
de carga en alterna. La amplitud de la tensión del
transistor que está en conducción puede variar
entre el corte y la saturación. En el otro semiciclo, el
otro transistor tendrá este mismo comportamiento. Esto
significa que la salida máxima pico a pico es:
FIGURA 6. Rectas de carga en continua y
alterna
C. ANALISIS EN AC
FIGURA 7. Circuito equivalente en
alterna
Como se muestra en la figura 7 el circuito equivalente
en alterna del transistor el mismo esta conduciendo. Ignorando re
la ganancia de tensión es:
Y la impedancia de entrada de la base es:
D. FUNCIONAMIENTO GLOBAL
En el semiciclo positivo de la tensión de
entrada, el transistor superior de la figura 4 conduce y el
inferior esta cortado. El transistor superior se comporta como un
seguidor a emisor normal, por lo que la tensión de salida
es aproximadamente igual a la tensión de
entrada.
En el semiciclo negativo de la tensión de
entrada, el transistor superior está cortado y el
transistor inferior conduce. El transistor inferior se comporta
como un seguidor de emisor normal y produce una tensión de
carga aproximadamente igual a la tensión de entrada. El
transistor superior maneja el semiciclo positivo de la
tensión de entrada y el transistor inferior se ocupa del
semiciclo negativo. Durante cada semiciclo, la fuente ve una alta
impedancia en cualquiera de las bases.
E. POTENCIA DE ENTRADA (dc)
La potencia proporcionada a la carga por un amplificador
se toma de la fuente de alimentación (o fuentes de
alimentación) que proporciona la potencia de entrada de
dc. La cantidad de esta potencia de entrada puede ser calculada
mediante
Donde:
Se consume
de las fuentes de alimentación. En la operación
clase B, el consumo de corriente de una sola fuente de
alimentación tiene la forma de una señal
rectificada de onda completa, mientras que la extraída de
dos fuentes de alimentación tiene la forma de una
señal rectificada demedia onda de cada fuente. Donde el
valor promedio de la corriente puede expresarse de la siguiente
manera.
Donde:
Al utilizar la ecuación [2] en la ecuación
de potencia de entrada [1] se obtiene:
F. POTENCIA DE SALIDA
(ac)
La potencia aplicada a la carga (referida
comúnmente como una resistencia 
se puede calcular mediante cualquiera de
distintas ecuaciones. Si se utiliza un medidor rms para medir el
voltaje a través de la carga, la potencia de salida se
puede calcular como:
G. EFICIENCIA
La eficiencia del amplificador clase B
puede calcularse mediante la ecuación
básica:
Eficiencia máxima = 
H. POTENCIA DISIPADA POR LOS TRANSISTORES DE
SALIDA
La potencia disipada en forma de calor por los
transistores de potencia de salida será la diferencia
entre la potencia de entrada aplicada por las fuentes y la
potencia de salida aplicada a la carga.
Donde:
I. CONSIDERACIONES DE POTENCIA
MAXIMA
Para la operación clase B, la potencia
máxima de salida se aplica a la carga cuando 
La corriente pico de ac correspondiente 
será
entonces:
Por lo que el valor máximo de la corriente
promedio de la fuente de alimentación
será
Mediante el empleo de esta corriente para calcular el
valor máximo de la potencia de entrada el resultado
es:
Cuando la señal de entrada ocasiona una
excursión menor a la señal de salida máxima,
la eficiencia de circuito será menor que 
Para la operación clase B, la potencia
máxima disipada por los transistores de salida no ocurre
en la condición de máxima potencia de entrada o de
salida. La máxima potencia disipada por los transistores
de salida ocurre cuando el voltaje de salida a través de
la carga es:
J. CIRCUITO AMPLIFICADOR CLASE
B
Es posible obtener la clase B mediante arreglos de
circuitos. Ahora se analizaran las ventajas y las desventajas de
algunos de los circuitos más comunes. Las señales
de entrada del amplificador pueden ser una sola señal, que
luego se proporciona a un circuito con dos etapas de salida
diferentes, de las cuales cada una opera durante una mitad del
ciclo. Si la entrada se encuentra en la forma de dos
señales de polaridad opuesta, pueden emplearse dos etapas
similares, de las cuales cada una ópera sobre el ciclo
alterno debido a la señal de entrada.
FIGURA 8. Forma de obtener una señal con
fase invertida
Una forma para obtener inversión de polaridad o
de fase es mediante el uso de transformadores, entre los que es
muy popular desde hace mucho tiempo el amplificador acoplado por
transformador. También es posible obtener una
operación con polaridad opuesta al utilizar una sola
entrada y transistores complementarios.
K. CIRCUITOS EN CONTRAFASE ACOPLADOS POR
TRANSFORMADOR
FIGURA 9. Circuito simétrico
en contrafase.
El circuito de la figura 4 emplea un transformador de
entrada con derivación central para producir
señales de polaridad opuesta a las dos entradas del
transistor y un transformador de salida para accionar la carga en
un modo de operación en contrafase que se describe de la
siguiente manera:
Durante la primera mitad del ciclo de operación,
El transistor Q1 se activa para conducir mientras que el
transistor Q2 se desactiva. La corriente I1 que pasa a
través del transformador da como resultado el primer medio
ciclo de la señal a la carga. Durante el segundo medio
ciclo de la señal de entrada Q2 conduce mientras Q1
permanece apagado. La corriente I2 a través del
transformador da como resultado el segundo medio ciclo a la
carga. La señal total generada a través de la carga
entonces variara durante el ciclo completo de la operación
de la señal.
L. CIRCUITOS SIMETRICOS
COMPLEMENTARIOS
Al utilizar transistores complementarios (npn y pnp) es
posible obtener una salida de ciclo completo a través de
una carga mediante medios ciclos de operación de cada
transistor.
FIGURA 10.Salida de ciclo completo a
través de una carga
Mientras se aplica una señal sencilla de entrada
a la base de ambos transistores, que son de tipo opuesto,
conducirán en medios ciclos opuestos de la entrada. El
transistor npn se polarizara para conducir por el medio ciclo
positivo de la señal, con un medio ciclo de señal
resultante a través de la carga. Durante el medio ciclo
negativo de la señal, el transistor pnp se polarizara para
conducir cuando la entrada se vuelva negativa.
Durante un ciclo completo de la entrada, se desarrollara
un ciclo completo de señal de entrada a través de
la carga. Una desventaja del circuito es la necesidad de dos
fuentes de alimentación de voltaje separadas. Otra
desventaja menos obvia, con el circuito complementario se observa
en la distorsión de cruce o transición resultante
en la señal de entrada.
La distorsión de cruce se refiere al hecho de que
durante la transición de la señal de positiva a
negativa (o viceversa) existe una cierta no linealidad en la
señal de salida.
FIGURA 11.Salida de ciclo completo a
través de una carga y la distorsión de
cruce.
FIGURA 12.Salida en contrafase
mediante transistores complementarios. (DARLINGTON)
En la figura anterior se observa que la carga se maneja
como la salida de un emisor -seguidor de forma que la resistencia
de carga de la carga es igualada por la baja resistencia de
salida de la fuente excitadora. El circuito usa transistores
complementarios conectados en Darlington para proporcionar una
corriente mayor de salida y una menor resistencia de
salida.
M. AMPLIFICADOR EN CONTRAFASE
CAUSICOMPLEMENTARIO
FIGURA 13. Amplificador de potencia en contrafase
causicomplementario sin transformador.
|En los amplificadores de potencia prácticos, es
preferible usar transistores npn para ambos dispositivos de lata
corriente de salida. Debido a que la conexión en
contrafase requiere dispositivos complementarios, se
deberá utilizar un transistor pnp de alta potencia. Un
medio practico de obtener una operación complementaria
mientras se utilizan los mismos transistores npn acoplados a la
salida, lo ofrece un circuito causicomplementario. Como se
muestra en la figura 13.
La operación en contrafase se logra mediante el
uso de transistores complementarios Q1 y Q2 antes de los
transistores npn de salida acoplados Q3 y Q4. Se observa que los
transistores Q1 y Q3 forman una conexión Darlington que
proporcionan la salida de un emisor seguidor de baja impedancia.
La conexión de los transistores Q2 y Q4 forma un par
retroalimentado, el cual, de forma similar, proporcionan un
manejo de baja impedancia para la carga .El resistor R2 se puede
ajustar para minimizar la distorsión de cruce mediante el
ajuste de la condición de polarización de dc. L a
señal única de de entrada aplicada a la etapa de
contrafase, entonces ocasiona una salida de ciclo completo para
la carga. El amplificador en contrafase causicomplementrario es
actualmente la forma mas popular de amplificador de
potencia.
III
CONCLUSION
El propósito de hacer este ensayo es conocer,
como su tema lo indica el amplificador de potencia clase B, se
piensa la principal conclusión que se puede aportar al
ensayo es que como no existe polarización en amplificador
clase B en contra fase cada transistor esta en corte cuando no
tiene señal de entrada, lo que resulta una ventaja pues no
hay consumo de corriente cuando la señal es
cero.
La máxima eficiencia en un amplificador clase B
en contrafase es de 78.5%, por lo que un amplificador clase B en
contrafase se utiliza mas comúnmente como etapa de salida
que un amplificador de potencia clase A.
REFERNCIAS
[1] Boylestad Nashelsky, Electronica
teoría de circuitos y dispositivos electrónicos,
editorial Perason, 8va edición , Pag 761-769
[2] Albert Malvino, Principios de
electrónica, editorial Mc Graw Hill ,6ta edición ,
Pag 395
[3]. Sitio web unicrom disponible
en:
http://www.unicrom.com/Tel_RF4.asp
Autor:
Andrés Orellana
Kevin Ríos
José Sarango
Universidad Politécnica
Salesiana