
Los amplificadores de audio han evolucionado de múltiples maneras desde que la electrónica se popularizó y se hizo accesible, en forma económica, para la mayoría de las personas. Se le denomina “Clase” a la topología que determina la construcción y el posterior funcionamiento de un amplificador. Los que se utilizan en forma habitual son los Clase A, B y AB; sin embargo, la irrupción digital en la electrónica moderna, ha permitido manipular las señales analógicas dentro de este ámbito de estados altos y bajos, optimizando la eficiencia energética, reduciendo los tamaños y abaratando los costos. El audio nunca estuvo exento de entrar en esta tendencia y así nacieron nuevos conceptos que hoy nos asombran por sus cualidades. Los Amplificadores de Audio “Clase D” son un fiel ejemplo de ello.
Los amplificadores de audio “Clase D” están ayudando a los diseñadores de la industria del sonido a crear dispositivos personales multimedia, o también grandes sistemas de audio y video profesional (o para el hogar), demostrando que un equipo compacto y pequeño también puede ofrecer sonido de alta calidad y potencia. La clave de este avance tecnológico está en la elevada eficiencia energética que se alcanza con este tipo de circuitos, que es típicamente cercana al 90%. De este modo, se reducen (en muchos casos desaparecen) los disipadores de calor, se utiliza un PCB más pequeño y además, todo a su alrededor se optimiza. Esto es, conectores, capacitores (o condensadores), inductores, fuentes de alimentación, gabinetes y todo lo que “da forma” a un amplificador de audio. Sin embargo, este tipo de equipos plantea un importante reto a los ingenieros de desarrollo especializados en audio, exigiéndoles importantes y sólidos conocimientos en electrónica de potencia, donde los circuitos tienen la tarea fundamental de trabajar en permanente conmutación a altas frecuencias y con elevados niveles de tensión de alimentación. Por supuesto, la disponibilidad de módulos integrados ayuda mucho a los ingenieros a superar estos desafíos, al tiempo que reduce el número de componentes, el tiempo de manufacturación y de su posterior comercialización. ¿Podrías imaginar que “esto” que te mostramos en imagen es un amplificador de audio Clase D, estéreo y de 100Watts (o Vatios) por canal?

En un amplificador de Clase D, la señal analógica (de audio) de entrada se compara con una forma de onda de diente de sierra, de muy alta frecuencia que se fija bien fuera del rango de las señales de audio (20Khz * 20), en la región de 400Khz o más, para producir una serie de pulsos modulados en su ancho, motivo por el cual también se los conoce como “Amplificadores PWM”, lo que equivaldría a una onda cuadrada que varía en función de la señal de entrada, ya sea en su nivel como en su frecuencia (no en su amplitud, a eso lo maneja la amplificación).
La topología de la etapa de salida en este tipo de amplificadores puede ser “medio puente” (half-bridge) requiriendo una alimentación positiva y otra negativa (fuente partida), mientras que también encontramos los denominados “puente completo” (full bridge) que operan con una sola polaridad de alimentación ofreciendo también, una elevada potencia de salida de audio. La señal conmutada y de ancho variable presente en los circuitos de salida formados por transistores MOSFET, atraviesan finalmente un filtro pasa-bajos pasivo que se encarga de eliminar todas las frecuencias que no pertenezcan a la gama audible, restaurando así una señal de audio puro, capaz de activar los altavoces.

La prestigiosa compañía International Rectifier (IR), está apostando fuerte por esta nueva tecnología de fabricación y ha lanzado al mercado la familia de circuitos integrados IR43XX (PowIRaudio). Estos dispositivos, son módulos cuyas dimensiones físicas abarcan un cuadrado de 7 milímetros por 7 milímetros e incorporan todo lo necesario para la construcción de un sistema completo de audio Clase D. Los circuitos de entrada, los controladores de PWM, los MOSFET de potencia y todos sus sub-sistemas rios, alcanzando una reducción notable en la cantidad de componentes externos y en consecuencia, en el espacio que ocupa el PCB final. Estos componentes tienen versiones que van desde 35W hasta 130W de potencia y alimentaciones en un amplio rango (32V a 62V). Estos sistemas forman parte de los amplificadores IRAUDAMP17 (como los que vimos en las imágenes iniciales y poseen protecciones contra sobre-corriente (O) sobre-tensión (OVP), sobre-temperatura (OTP) y por baja tensión (UVP), donde cada una se encarga de poner fuera de servicio al circuito integrado (Shut –Down) en caso de fallos o anomalías. Disponen además, de un sistema PWM auto-oscilante y una topología “medio puente” (alimentación simple).

Entre otras características dignas de mencionar, están preparados para operar impedancias de salida comprendidas entre 2 y 4 Ohms, trabajar con diferentes tensiones que determinarán la potencia de salida final y la necesidad del uso de disipadores térmicos. Según las hojas de datos, pasando los 40Volts de alimentación y los 50Watts (o Vatios) de potencia, entregados sobre una carga de 4 Ohms, los ensayos están basados en el uso de disipadores térmicos, tal como podrás apreciar en el amplificador que se describe en el enlace que te dejamos al final del artículo. A medida que los investigadores puedan alcanzar mejores desempeños en un único encapsulado, las potencias se incrementarán, los niveles de distorsión y de temperatura disminuirán y la eficiencia energética alcanzará su máximo nivel. Por ahora, los elevados precios y los lógicos temores del manejo de nuevas tecnologías por sobre las tradicionales, hacen que aún no se hayan masificado las ventas y que sólo algunos segmentos específicos del mercado de electrónica de consumo hayan adoptado esta tecnología de amplificación en Clase D. Lo cierto es que mes a mes, nuevos modelos salen al mercado y a menor costo.
Estos dispositivos son simplemente excelentes.
Que interesante!, podria intentarce , como es eso de la alta frecuencia para que funcione, y que aprovecha el 90% , y q casi no es necesario un disipador de calor.
Novedoso , Maravilloso.
Quiero uno jejej
No se si los comentarios de arriba estan siendo sarcasticos o si les gustó el articulo, ¬¬
Ese IRAUDAMP17 tira 100W reales por canal?
Creo que es probablemente un muy interesante articulo, pero recomendaría que aligeraran un poco en lenguaje técnico que dificulta la lectura del visitante corriente. Saludos!
Muchas gracias desconocía esta aplicación de la modulación PWM
interesante!!! en el audio de hoy en dia NO importa la eficiencia.
si tiene mejor calidad y/O menor distorcion que el Clase A se va a imponer, por lo menos en el mercado de los audiófilos.
Tranquilos amigos, este concepto no es nuevo, el amplificador de clase D es esencialmente una llave electrónica y un conversor de frecuencias, circuito desarrollado por primera vez por el Mayor Edwin H. Armstrong (1890 – 1954), quien introdujo este concepto alrededor de 1918 al inventar el superheterodino. Por ejemplo, el TDA8920B es un amplificador clase D (2x100W) que se creo por ahí del 2005 y muchos dispositivos móviles ya incorporan esta tecnología.
Exelente el tutorial exelente presentacion y el tema muy agradable hasia tiempo quria tener esta informacion
hola necesito adquierir uno de estos necesito saber si maneja a 20 wats
Los clase "D" los conozco hace más de 40 años y no fue cuando se inventaron. Para algunas personas son novedad. Hace 20 años, yo diseñé uno, con salida puente y conseguí con la misma fuente duplicar la tensión y por ende cuadruplicar la potencia. En esa época aún no se fabricaban MOSFET de potencia, que al tener coeficiente térmico positivo me permitieron (años después) conectar varios en paralelo en la etapa de salida, (ya que cada uno cuida de sí mismo). Hoy con integrados moduladores de ancho de pulso, puentes H híbridos, y Mosfet de potencia o mejor aún IGBTs ¡un lujo asiático, por poca plata!
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