4.4: Impulso de corriente

Como se señaló anteriormente, los amplificadores operacionales de propósito general producen una corriente de salida máxima de alrededor de 20 mA. Esto es suficiente para una amplia variedad de usos. Si la carga es inferior a aproximadamente 1 k\(\Omega\), el amplificador operacional comenzará a acortarse en las señales de salida más altas. El amplificador operacional promedio no puede conducir cargas de baja impedancia. Algunos ejemplos de aplicaciones cuyas cargas son inapropiadas incluyen amplificadores de distribución, amplificadores de potencia de audio pequeños como un amplificador de auriculares y motores pequeños. Esto es muy lamentable, pues ya hemos visto lo útiles que pueden ser estos dispositivos. Sin embargo, hay una salida. Es posible incluir una etapa de ganancia de corriente justo después del amplificador operacional. Todo lo que se necesita es un seguidor push-pull simple de clase B o clase AB. Este seguidor podrá producir la mayor corriente requerida por cargas de baja impedancia. El amplificador operacional solo necesita impulsar la etapa de seguidor. Para aumentar la linealidad del sistema y reducir la distorsión, el seguidor se puede colocar dentro del bucle de retroalimentación del amplificador operacional. Debido a que el seguidor no está invirtiendo, no hay problema para mantener la retroalimentación correcta (esto supone que los dispositivos de potencia utilizados tienen un ancho de banda más amplio que el amplificador operacional). Un ejemplo de esto se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\).

Figura\(\PageIndex{1}\): Impulso de corriente.

Este circuito es típico de un amplificador electrónico de crossover o distribución (un ejemplo de diseño de crossover electrónico se da en el Capítulo Once). Este circuito de salida necesita conducir impedancias relativamente bajas a través de largos tramos de cable de quizás varios cientos de pies. La capacitancia excesiva resultante de largos tramos de cable aumenta la demanda de corriente por encima de la de una carga puramente resistiva.

Circuitos como el de la Figura\(\PageIndex{1}\) pueden producir corrientes de varios cientos de miliamperios o más. Muchas veces, se colocan pequeñas resistencias en el emisor o colector como un medio para limitar la corriente máxima o reducir la distorsión. La limitación máxima de corriente de salida es una función de los dispositivos de clase B. Algunos fabricantes ofrecen CI que aumentan la corriente para simplificar aún más el diseño. El amplificador de corriente es un reemplazo directo para el seguidor de clase B. Para demandas de corriente muy altas, se pueden requerir diseños Darlingtons o multietapa. Incluso es posible proporcionar etapas de ganancia de voltaje. De hecho, varios amplificadores de potencia de audio de consumo se han diseñado exactamente de esta manera. En esencia, los diseñadores producen un amplificador de potencia discreto y luego lo “envuelven” dentro de un bucle de retroalimentación de amplificador operacional.

Simulación por Computadora

Un amplificador básico de corriente se simula usando Multisim en la Figura\(\PageIndex{2}\). Para ver efectos secundarios, se ha elegido el modelo LF411 en lugar del modelo de dispositivo ideal.

Figura\(\PageIndex{2a}\): Esquema de simulación de refuerzo actual.

El circuito está configurado para una ganancia de voltaje de unidad, por lo que la señal de entrada de 5 voltios debería producir una salida de 5 voltios. Según su ficha de datos, la corriente de cortocircuito del LF411 es aproximadamente de 25 mA a temperatura ambiente. No es capaz de conducir una\(\Omega\) carga de 75 a 5 voltios por sí mismo. El Análisis Transitorio muestra una señal de salida completa de 5 voltios, lo que indica la efectividad de la etapa de refuerzo de corriente. Además, una inspección minuciosa de la forma de onda de salida no muestra formas obvias de distorsión, como la distorsión cruzada típica de etapas simples de clase B. Esto demuestra que mantener la etapa de clase B dentro del bucle de retroalimentación efectivamente minimiza la distorsión.

Figura\(\PageIndex{2b}\): Simulación de forma de onda de salida.