14.1: Introducción

Mucho se ha escrito en este texto con respecto a la eficiencia de diversas topologías de amplificadores de potencia. Si bien la clase A es conocida por su simplicidad de diseño de circuitos, también es conocida por su muy baja eficiencia. La clase B y la clase AB, si bien son más complejas que la clase A, presentan serias mejoras en la eficiencia. A pesar de estas mejoras, la familia de amplificadores de clase B difícilmente puede considerarse como exhibiendo alta eficiencia. Aunque no se trata explícitamente en este texto, las topologías de clase G y H son variaciones en la clase B e intentan aumentar la eficiencia mediante el uso de múltiples conjuntos de rieles de suministro de energía o dispositivos de salida, y en el proceso, marcar la complejidad hasta otro nivel.

El amplificador de clase D es quizás la última palabra en eficiencia del amplificador. Teóricamente con dispositivos ideales, la eficiencia de la etapa de salida se acerca al 100%. A diferencia de las otras formas de amplificador, los transistores utilizados en los amplificadores de clase D nunca operan en la región lineal; los dispositivos de salida solo operan como un interruptor, ya sea en saturación o corte. La alta velocidad de conmutación resulta ser una gran ventaja, ya que juega un papel importante en la eficiencia.

El aumento en la eficiencia viene con un aumento considerable en la complejidad del circuito, sin embargo, para algunas aplicaciones esto resulta ser una muy buena compensación. Por extraño que parezca al principio, las dos áreas donde las topologías de clase D han echado raíces están en los extremos opuestos del espectro de potencia de salida. La primera área es quizás la más obvia, principalmente, amplificadores de potencia de salida muy alta. Un ejemplo podría ser un amplificador utilizado como parte de un gran sistema de megafonía y capaz de entregar más de 1000 vatios en un altavoz. La alta eficiencia hace dos cosas aquí: Primero, reduce el calor residual en el amplificador en sí, y segundo, reduce el consumo de corriente de la red de CA. Ambos son problemas serios en un sistema de megafonía utilizado para llenar un estadio o una gran sala de conciertos ya que puede haber docenas de tales amplificadores que comprenden el sistema. Como beneficio adicional, la mejora de la eficiencia también conduce a un gabinete más ligero y pequeño porque se reducirá la necesidad de área y masa del disipador de calor, al igual que el tamaño del transformador de fuente de alimentación de CA. Estas características también reducirán los costos de producción y ayudarán a compensar el costo de complejidad del diseño. Las ventajas se han vuelto tan grandes que, en los últimos años, los diseños de clase D dominan el mercado de amplificadores de potencia de audio profesional de gama alta así como el mercado de audio automotriz de muy alta potencia (aquí hay otra limitación del sistema que trabaja a favor de la clase D, y esa es la limitada capacidad actual del alternador del vehículo para entregar corriente).

La segunda área donde la clase D ha encontrado aceptación es para los dispositivos portátiles de baja potencia. Los ejemplos incluyen dispositivos personales de música, teléfonos celulares y audífonos. Las potencias de salida para estas aplicaciones pueden variar desde decenas de milivatios hasta unos pocos vatios, por lo que el exceso de calor generalmente no es un gran problema, excepto en los gabinetes más compactos. Lo que es un problema, sin embargo, es el presupuesto energético. A diferencia de un amplificador de PA grande que podría bombear más de dos caballos de fuerza, estos dispositivos portátiles no tienen el lujo de funcionar fuera de la red de CA con decenas o incluso cientos de amperios de capacidad de corriente. En cambio, estos dispositivos están restringidos a la energía de la batería y las baterías sólo pueden almacenar tanta energía. Para una capacidad de batería dada, una mayor eficiencia se traduce directamente en una mayor duración de la batería. Otra forma de pensar sobre esto es que, dada una mayor eficiencia, se puede utilizar una batería más pequeña para lograr la misma duración de la batería, y esto significa que la unidad puede ser tanto más pequeña como menos costosa. Por supuesto, nada dice que no podamos optar por un poco de cada uno.