Comprensión de las especificaciones: distorsión cruzada del amplificador de audio para automóvil Clase AB

Estamos en el penúltimo artículo de nuestra serie sobre especificaciones de amplificadores de audio para coche y esta vez hablaremos sobre la distorsión cruzada (crossover distortion) en amplificadores Clase AB. Esta distorsión no tiene nada que ver con los filtros pasa-alto o pasa-bajo integrados en tu amplificador; es un problema del propio concepto de la topología de amplificador Clase B. No te preocupes: explicaremos qué la causa y cómo se minimiza a un nivel de casi inaudibilidad.

¿Cómo funcionan los amplificadores Clase AB?

Antes de explicar qué es la distorsión cruzada, necesitas una comprensión básica de cómo funciona la salida de un amplificador Clase AB. En un amplificador Clase A, un solo transistor (o banco de transistores) se encarga de controlar el voltaje que va al altavoz. Cuando no se produce señal, el transistor se establece en un nivel de salida del 50 % (y se pone MUY caliente). A medida que la corriente alterna (CA) de la fuente de señal pasa por el amplificador, el voltaje de salida sube y baja hasta alcanzar el nivel máximo o mínimo posible asociado con el transistor apagado o en su nivel máximo de salida.

En un amplificador Clase B, usamos un transistor para manejar la mitad positiva de la forma de onda y un segundo transistor para la mitad negativa. La ventaja principal es que cuando no hay señal presente, ambos dispositivos están casi completamente apagados y consumen muy poca potencia.

La topología Clase B es donde surge nuestro problema de distorsión cruzada. A medida que la señal de audio oscila de positiva a negativa, necesita cambiar de un dispositivo al otro sin problemas. Es en este punto donde la señal cruza de un dispositivo al otro donde pueden ocurrir problemas, de ahí el nombre, distorsión cruzada.

Los diseñadores de amplificadores que realmente se preocupan por las cualidades sónicas de sus productos saben cómo manejar esta transición y pueden eliminar efectivamente la distorsión cruzada polarizando (biasing) los dispositivos de salida positivos y negativos en sus regiones activas. Aunque esto crea un poco más de calor, reduce la distorsión dramáticamente. Aquí es de donde viene la parte Clase A de un amplificador AB: los dispositivos están encendidos un poco (como un amplificador Clase A), pero para señales de alto nivel, actúan en configuración Clase B.

¿Por qué importa la distorsión cruzada?

A niveles de salida bajos, incluso en amplificadores Clase AB de calidad moderada, la distorsión cruzada es más prevalente que cuando un amplificador produce cantidades muy bajas de potencia. Más precisamente, el efecto de la distorsión cruzada disminuye a medida que aumenta el nivel de salida.

Veamos las características de distorsión de tres topologías de amplificador diferentes para entender mejor esa afirmación. Primero, nuestro amplificador de cuatro canales de calidad realmente baja. Este caballo de batalla de la mediocridad nos ha servido bien en esta serie para explicar el tipo de distorsión armónica versus su nivel de salida.

Para un contraste marcado y dramático, cambiemos a nuestro amplificador de gama alta. Este amplificador es único en que usa un diseño de alto sesgo (high-bias) destinado específicamente a reducir la distorsión cruzada en la transición entre los dispositivos de salida positivos y negativos. El gráfico siguiente muestra la distorsión del 0,09 % versus el nivel de salida.

Elegir el amplificador adecuado para tu sistema de audio

Si los objetivos para tu sistema de audio son rendimiento de clase mundial y pretendes usar amplificadores Clase AB, puedes reducir los efectos de la distorsión cruzada igualando los requisitos de potencia de tus altavoces con amplificadores que operen más arriba en su rango de salida. Por ejemplo, si quieres un amplificador de 150 vatios por canal para tus medios-graves, puede que solo necesites un amplificador de 50 vatios para tus medios y uno de 10 vatios para tus tweeters para lograr el mismo nivel de salida acústica. BestCarAudio.com publicó un artículo sobre manejo de potencia de altavoces que explica por qué.

Aunque no siempre puedes elegir amplificadores de alta calidad con niveles de potencia extremadamente bajos, puedes minimizar el efecto de la distorsión cruzada no usando un amplificador monstruo en tus tweeters. Tu especialista local en mejora móvil estaría encantado de diseñar e instalar una increíble actualización de sistema de audio para coche — ¡pasa y habla con uno de sus Especialistas de Producto hoy!