{{{sourceTextContent.title}}}

Cómo utilizar el amplificador de alto voltaje y sus consideraciones

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Especificación de la aplicación

{{{sourceTextContent.description}}}

Tipos y características de los amplificadores

Si busca "amplificador" en Internet, encontrará resultados en muchos sitios web sobre amplificadores de potencia de audio. Pero el "amplificador" en sí no es sólo para audio. Un dispositivo que amplifica algo se llama amplificador. Por supuesto, en los circuitos, incluidos los amplificadores de potencia de audio, se intercambian diversas señales en forma de señales eléctricas. Por lo tanto, el amplificador sirve para amplificar la señal que circula por el circuito, amplifica la corriente o tensión de entrada. Su función es amplificar las señales eléctricas emitidas por diversos sensores, facilitando la conversión analógico-digital.

El amplificador es un representante del circuito analógico, es muy importante, si se quita el amplificador del circuito analógico, no hay nada. Además, como el amplificador puede proporcionar cualquier corriente y tensión (o potencia), también puede utilizarse como simulador de potencia. De hecho, la fuente de alimentación también es un tipo de amplificador. Una fuente de alimentación de CC también se denomina unipolar (fuente de alimentación) porque sólo puede proporcionar una carga positiva.

Llamamos fuente de alimentación bipolar a la de dos cuadrantes que puede proporcionar una fuente de corriente de carga positiva y negativa, y bipolar a la de cuatro cuadrantes que también puede proporcionar un absorbedor de corriente. La fuente de alimentación bipolar de cuatro cuadrantes la veremos en detalle en el último capítulo.

Existen dos tipos principales de amplificadores, denominados "amplificadores lineales" y "amplificadores digitales". Un "amplificador lineal" tiene un dominio de frecuencia en el que la señal de salida se amplifica linealmente con respecto a la señal de entrada y un dominio en el que es no lineal debido a las características de los elementos amplificadores (como transistores y FET) que componen el circuito. En particular, la señal de salida se vuelve no lineal en la región cercana a cero, y la operación ON/OFF de la señal de entrada del componente provoca la distorsión de la forma de onda de salida. Por lo tanto, resulta importante en qué región se utiliza la señal de entrada, que se divide en tres categorías, Clase A, Clase B y Clase AB (incluidas las clases AB1 y AB2).

Amplificador de clase A

Este amplificador utiliza únicamente la región de amplificación lineal del componente. Por lo tanto, aunque la linealidad es alta, es necesario suministrar la corriente (o tensión) de polarización incluso cuando la señal de entrada es cercana a cero, y la desventaja es que la eficiencia se reduce y el calor es grande. Para garantizar que la señal de salida es correcta, siempre se mantiene una corriente de polarización constante incluso cuando la señal de entrada es cero.

Amplificador de clase B

El amplificador utiliza las regiones de amplificación no lineal y lineal del componente tal cual. Por lo tanto, cuando la señal de entrada es cercana a cero, la señal de salida también es cero, lo que produce distorsión. En cambio, no se requieren corrientes de polarización como las de los amplificadores de clase A, y se mejora la eficiencia.

Amplificador de clase AB

Es un amplificador con una alta reputación entre la Clase A y la Clase B. La distorsión se elimina añadiendo una corriente de polarización al amplificador de Clase B.

Otro tipo de amplificador es el "amplificador digital", también conocido como amplificador de conmutación, amplificador de Clase D. Al utilizar tecnologías de conmutación como PWM, es más eficiente y pequeño que los amplificadores lineales. Se utiliza principalmente en amplificadores de potencia de audio compactos, como las aplicaciones de automoción. Aunque se utilizan MOSFET e IGBT como dispositivos de conmutación, también existe el problema de que la banda de frecuencia de la señal de entrada correspondiente es estrecha.

La condición necesaria para el funcionamiento estable del amplificador

Hasta ahora, hemos explicado los tipos y características de los amplificadores. A partir de aquí, veremos qué hay que tener en cuenta a la hora de diseñar e implementar amplificadores.

Banda de frecuencias

Para que los valores de salida de corriente y tensión sean estables, es necesario comprender los factores que los inhiben. El primer factor es la banda de frecuencia. La banda de frecuencia corresponde a la velocidad de funcionamiento del amplificador. A altas frecuencias, el amplificador no puede seguir el ritmo de la señal de entrada y la amplitud de la señal disminuye. Este gráfico muestra la frecuencia antes de que la amplitud alcance -3 dB en la banda de frecuencias.

Por ejemplo, cuando un amplificador nominal de 120 V tiene una banda de frecuencia de 20 kHz, aunque intente emitir una onda sinusoidal de ± 20 V a 20 kHz, la amplitud de salida se convierte en un 70% a -3 dB, por lo que se convierte en una onda sinusoidal de ±14 V. Por lo tanto, es necesario elegir un amplificador con una banda de frecuencia que tenga un margen adecuado a la frecuencia que se desea utilizar. El tiempo de subida y el tiempo de bajada están relacionados con la banda de frecuencia. Velocidad de respuesta general (= banda) El tiempo de subida de un amplificador fc(Hz) se puede obtener por tr≑0,35/fc.

Velocidad de aleteo

El segundo factor es la tasa de aleteo, que representa la velocidad de respuesta del amplificador. Muestra la velocidad máxima de aumento de tensión del amplificador. Generalmente se expresa como el cambio de tensión por microsegundo. La velocidad de respuesta del amplificador puede estar limitada por la banda de frecuencia o por la tasa de oscilación de la tensión. Cuando la respuesta escalonada está limitada por la tasa de oscilación de la tensión, la forma de onda ascendente se convierte en una línea recta como se muestra en la figura.

Carga inductiva

Hasta ahora, esto se debe a la velocidad, pero ahora trataremos aspectos relacionados con la carga. El primer factor es la carga inductiva. En el caso de las cargas inductivas, la relación voltio-corriente es V = L × di/dt en relación con el valor de inductancia L, y la tensión generada al intentar funcionar a alta velocidad bajo control de corriente constante (CC) crea problemas.

Por ejemplo, al intentar emitir una onda cuadrada que aumente más rápidamente, es posible que no se obtenga la forma de onda deseada porque la tensión está limitada por la protección contra sobretensión. En este caso, es necesario ralentizar la velocidad de subida de la señal de entrada y seleccionar un modelo que soporte la tensión generada.

Además, el uso de una señal escalonada como un control digital en la señal de entrada también genera muchos pulsos de tensión. Dado que estos pulsos pueden ser problemáticos, se recomienda utilizar una señal de entrada de forma de onda continua siempre que sea posible.

Por otro lado, la protección contra sobretensiones también limita la señal de salida. Sin embargo, si la señal de salida se apaga repentinamente, la protección no funciona y la carga inductiva puede producir una gran tensión.

Capacidad de carga

El segundo factor es la carga capacitiva. Para una carga capacitiva, la relación tensión-corriente para el condensador C es I = C × dV/dt. A diferencia de las cargas inductivas, se requieren corrientes elevadas cuando se intenta un funcionamiento a alta velocidad con control de tensión constante (CV). Cuando se trate de grandes capacidades, comprenda las características de la carga y las características de salida de la fuente de alimentación antes de utilizarla.

Carga de diodo

El tercer factor es la carga de diodos. Bajo control de corriente constante (CC), incluso si la corriente se controla a cero en condiciones sin carga, la tensión de salida se elevará a un nivel de protección de sobretensión positivo o negativo bajo la influencia de un ligero desplazamiento. Esto significa que aunque el control de corriente sea cero, un diodo u otra carga que sólo permita corriente de avance puede emitir una señal de tensión demasiado grande en sentido inverso. Si esto supera la tensión soportada por la carga, puede provocar un fallo, por lo que se necesitan medidas como la inserción inversa de un diodo de protección.

Capacitancia e inductancia del cable

El último factor es el cable. Cuando el amplificador funciona a alta velocidad, no podemos ignorar el efecto del cable sobre la capacitancia y la inductancia de la señal de salida. En un amplificador de alta tensión, hay un condensador en el cable entre la línea de salida y la pantalla, por lo que el condensador afecta a la velocidad de subida de la forma de onda de tensión. Cuanto más largo sea el cable, mayor será la capacidad. Por eso, entre los melómanos se utilizan cables de baja resistencia y los sistemas se construyen para minimizar la longitud del cable.

Además, en el modelo de baja tensión y alta corriente, la inductancia del cable y la inductancia generada por el modo de cableado influyen mucho en la velocidad de subida de la forma de onda de la corriente. Esto se puede mitigar en cierta medida haciendo que el bucle de corriente sea más pequeño, por ejemplo retorciendo el cableado.

Fuente de alimentación bipolar de cuatro cuadrantes

Por último, se presenta una fuente de alimentación bipolar de cuatro cuadrantes, que es un amplificador de alto rendimiento y una evolución del amplificador. Un amplificador tiene básicamente un absorbedor de corriente de salida. Por lo tanto, incluso las cargas de capacidad, las cargas inductivas y sus cargas combinadas pueden funcionar a presión constante. Y, como la velocidad de respuesta es rápida, puede decirse que es la fuente de alimentación ideal. Una fuente de alimentación normal sólo puede emitir corriente en una dirección. Sin embargo, una fuente de alimentación bipolar de cuatro cuadrantes puede emitir tensión tanto en sentido positivo como negativo.

Además, también tiene la función de llenar corriente y tirar de corriente. Cuando se aplica una corriente alterna a una carga inductiva o a una carga de capacidad, la misma tensión puede tener corrientes positivas y negativas. Para alimentar una carga de este tipo se necesita una fuente de alimentación bipolar de cuatro cuadrantes.

Bajo control de tensión constante (CV), la tensión de salida de una fuente de alimentación bipolar de cuatro cuadrantes corresponde a la señal de entrada. En este caso, la corriente de salida puede valorarse libremente dentro del rango nominal. Por otra parte, bajo control de corriente constante (CC), la corriente de salida corresponde a la señal de entrada. En este punto, si la tensión de salida está dentro del valor nominal, puede ser libre positiva o negativa.

Sin embargo, como la protección de salida se realiza mediante protección contra sobretensión y protección contra sobreintensidad, es posible que no se obtenga la forma de onda deseada. Lo mejor es operar dentro del rango nominal de tensión y corriente, y comprender las características de la carga es importante para un uso estable de la fuente de alimentación.