Tutorial de amplificador Clase D

Los diseños de amplificadores electrónicos caen en un conjunto de clases generales, llamadas Clase A, Clase AB, Clase B, etc. Un amplificador Clase D básico tiene mejor eficiencia energética que la común Clase AB encontrada en estéreos, aunque tiene distorsión severa. Mejoras recientes en el circuito Clase D han sorteado el problema de distorsión, creando un amplificador con alta eficiencia y buena fidelidad.

Circuito Clase D

Un circuito Clase D tiene una entrada para aceptar una señal, una salida para mover un altavoz u otra carga, y un par de transistores MOSFET u otros. A diferencia de circuitos Clase A y AB, que usan corriente de polarización para mantener transistores encendidos a través del ciclo de una señal, un diseño Clase D no usa corriente de polarización. Durante la mitad positiva del ciclo de la señal de entrada, un transistor se enciende y el otro está apagado. En la mitad negativa del ciclo, los transistores invierten roles. La salida del amplificador es una onda de pulso con la frecuencia de la señal de entrada. Por sí solo, el Clase D sirve para amplificar pulsos pero no música u otro material de audio; la distorsión hace la música irreconocible.

Amplificación no lineal y eficiencia

A diferencia de otras clases de amplificadores, los transistores en un amplificador Clase D están o completamente encendidos o apagados; la señal de salida no es una imagen espejo de la entrada. La Clase D es, entonces, un ejemplo de amplificación no lineal, ya que la salida no es proporcional a la entrada. Teóricamente, la Clase D permite 100% de eficiencia, entregando toda su potencia a los altavoces. En la práctica, los transistores disipan el 10% o más de la potencia de entrada del amplificador, produciendo eficiencias que van del 78 al 90%. Los amplificadores Clase A y AB manejan alrededor del 20% y 50%, respectivamente.

Oscilador de alta frecuencia

Sorprendentemente, encuentras amplificadores Clase D en muchos sistemas de entretenimiento doméstico y de auto. Un diseño innovador usa la señal de entrada para modular la frecuencia de un oscilador cuya frecuencia nominal es 200 kHz o mayor. El circuito Clase D amplifica esta señal mixta, luego elimina el componente de alta frecuencia con un filtro paso bajo. Hecho cuidadosamente, la fidelidad de audio del amplificador rivaliza con la de diseños Clase AB.

Complejidad y coste

Con la adición del oscilador, filtro y otros circuitos, el amplificador Clase D se vuelve mucho más complejo que una Clase A o AB, que usan un puñado de componentes. Si implementaras una Clase D con componentes discretos, sería un amplificador caro y complicado. Afortunadamente, los circuitos integrados reducen la complejidad a unas pocas partes más un par de transistores de potencia, y el amplificador no necesita ser más caro que un diseño más convencional.