Para quienes todavía no hayan comparado los dos videos del post 81 y percibido las diferencias, les cuento que el amplificador en Clase A de este mismo thread es el que se ensaya en el segundo video. Asimismo, las diferencias no son sutiles, a pesar de la muy baja calidad del transductor empleado para la comparativa. Recordar que no hubo ni ecualización electrónica ni acondicionamiento de sala, lo que podría enmascarar adicionalmente alguna otra diferencia.
Como resumen del porqué elijo amplificadores operando en clase A frente a otras modalidades, les detallo una serie de muchas razones, entre las que se agrupan en obvias y evidentes por un lado, y las más sutiles y menos evidentes por otro lado. En la mayoría de las bibliografías (por no decir todas) siempre encuentro las más evidentes, que se centran en realzar la inexistencia de la distorsión de cruce por cero, como característica obvia, dejándome una sensación de que no se cuenta muchas de las otras cualidades que son tan o más importantes que esa cualidad, como para justificar el modo de operación a pesar de su evidente ineficiencia energética.
Voy a comparar un amplificador en Clase A frente a uno en Clase AB (débilmente polarizado), para denotar algunas de las posibles diferencias:
Un amplificador en Clase A puede ser más dinámico que un Clase AB débilmente polarizado, a pesar de que este último habitualmente disponga de una mayor potencia máxima de salida.
La dinámica real no es solamente la capacidad de sonar fuerte (macro-dinámica), sino la velocidad, la precisión y el contraste entre el sonido más tenue y el más intenso (micro-dinámica). Un Clase A supera al Clase AB débilmente polarizado en este aspecto por tres razones fundamentales:
1. Resolución micro-dinámica
En los pasajes musicales donde se pasa de un silencio a un sonido muy tenue, el Clase AB débilmente polarizado destruye la señal debido a la distorsión por cruce. Al carecer de suficiente corriente de reposo, los transistores tardan en conmutar, lo que sepulta los micro-detalles en un lecho de ruido y distorsión. El Clase A, al estar siempre "abierto" y conduciendo al máximo, reproduce instantáneamente cualquier cambio mínimo de energía, ofreciendo un contraste dinámico mayor en niveles bajos y medios de volumen.
2. Velocidad de respuesta y transitorios
La corriente de reposo constante del Clase A significa que los transistores operan permanentemente en su zona más lineal y rápida. Cuando la música exige un ataque repentino, el amplificador Clase A responde de forma inmediata y sin retrasos de conmutación. En cambio, el Clase AB débilmente polarizado sufre de retrasos térmicos y eléctricos al salir del estado de corte, lo que "ablanda" o emborrona los transitorios rápidos, restándole pegada y dinamismo percibido a la música.
3. Estabilidad de la fuente de alimentación
Un amplificador Clase A demanda una corriente continua y masiva a su fuente de alimentación, por lo que esta se diseña para ser extremadamente robusta, sobredimensionada y con una impedancia de salida muy baja. Cuando llega un pico musical, la fuente ya está entregando el máximo de energía, evitando caídas de voltaje. Por el contrario, un Clase AB débilmente polarizado pasa bruscamente de consumir casi nada de corriente a demandar picos masivos. Si su fuente de alimentación no es perfecta, sufrirá fluctuaciones de voltaje (sag) que comprimen la señal y limitan severamente el impacto dinámico del amplificador.
La siguiente diferencia es referida a la modulación del ruido de fondo que provoca la misma señal de audio (de la que creo algo analicé en este mismo foro en alguna parte que buscaré luego para anexar aquí y complementar esta reseña):
Se puede distinguir auditivamente de forma clara, aunque no siempre se manifiesta como un "siseo" tradicional, sino a través de la textura y la pureza del sonido.
La diferencia no radica en cuál de los dos es más silencioso en ausencia de música, sino en cómo se ensucia el silencio en el momento exacto en que la señal de audio comienza a sonar y a decaer.
En un amplificador Clase A, el ruido es estático y de naturaleza lineal.
- El vacío continuo: cuando la música pasa de un acorde fuerte a un silencio repentino, el fondo se percibe como un fondo negro y plano.
- Percepción acústica: el cerebro humano descarta fácilmente los ruidos constantes (como el siseo térmico basal). Por ello, los decaimientos de las notas se desvanecen de forma natural y matemática hasta desaparecer por completo, sin asperezas.
En un amplificador Clase AB débilmente polarizado, ocurre el fenómeno de la modulación de ruido y distorsión, audible en tres efectos específicos:
- Grano y aspereza en pasajes suaves: cuando la música es muy sutil, la señal pasa constantemente por la zona de cruce donde los transistores apenas se encienden y apagan. Esto genera un ruido intermitente y armónicos de alta frecuencia que el oído percibe como un sonido "sucio", "frío" o "granulado".
- Ruido fantasma pegado a la señal: el ruido de fondo no es una línea recta; sube y baja montado sobre la propia música. En los momentos de silencio el equipo parece callado, pero al entrar una nota, el ruido se dispara junto con ella, opacando las micro informaciones y los detalles más finos de la grabación.
- Corte abrupto del decaimiento: las notas musicales no mueren de forma fluida. A medida que el sonido pierde fuerza y se acerca al silencio, entra bruscamente en la zona de no-linealidad del push-pull defectuoso, haciendo que la cola del sonido se perciba truncada o distorsionada, en lugar de disolverse en un silencio absoluto. Este efecto creo haberlo simulado y verificado por aquí en el foro.
Como otra de las características:
- Menor fatiga auditiva: la distorsión por cruce genera armónicos impares de alto orden muy molestos para el oído. La Clase A produce armónicos pares de bajo orden, resultando en un sonido natural.
- Escena sonora tridimensional: al no existir micro cortes ni alinealidades a bajo volumen, los detalles de ambiente y la focalización de los instrumentos se mantienen intactos y estables.
- Textura y timbre: las frecuencias altas carecen de la aspereza o carácter "metálico" típico de los diseños AB débilmente polarizados.
- Impedancia de salida: la impedancia interna del amplificador no fluctúa en exceso con el ciclo de la señal, manteniendo más estable el factor de amortiguamiento durante el desarrollo de toda la señal.
- Respuesta instantánea a transitorios: no existe el retraso físico asociado al tiempo de encendido y apagado (turn-on/turn-off time) de los semiconductores al salir del estado de corte.
- Estabilidad térmica operativa: aunque disipa calor, el consumo de corriente es constante. Esto evita las fluctuaciones dinámicas de temperatura en las uniones de los transistores que modulan el bias en tiempo real.
- Invariabilidad de la distorsión respecto al nivel: la distorsión armónica total en Clase A disminuye a medida que baja el volumen, a diferencia del AB débil donde la distorsión aumenta críticamente con señales débiles.
- Comportamiento frente a cargas reactivas: la Clase A pura maneja las fluctuaciones drásticas de impedancia y los retornos de fuerza electromotriz (EMF) de los altavoces sin inducir inestabilidad en la etapa de potencia.
- Simplificación del circuito: requiere menos componentes en la ruta de señal al no necesitar circuitos complejos de corrección de cruce ni diodos de compensación térmica crítica.
- Menor distorsión por intermodulación transitoria (TIM): al no depender de la conmutación de transistores, no genera picos de alta frecuencia que obliguen a usar una retroalimentación negativa excesivamente agresiva.
- Linealidad en baja potencia: ofrece una resolución idéntica a fracciones de milivatio.
- Menor ruido de conmutación en RF: menor producción de armónicos de radiofrecuencia (EMI/RFI) que genera el corte abrupto de corriente en los transistores de un Clase AB débilmente polarizado.
Estas otras cualidades son menos evidentes y sutiles (y aplicarán donde corresponda), aunque igualmente importantes:
- Mayor longevidad por estabilidad mecánica: los ciclos térmicos constantes fatigan menos las soldaduras que las contracciones y expansiones bruscas producidas por los picos de potencia en Clase AB.
- Inexistencia de distorsión por almacenamiento de carga: en Clase AB, al apagarse un transistor, los portadores de carga atrapados tardan nanosegundos en disiparse, creando un transitorio de corriente residual. La Clase A elimina este fenómeno por completo al mantener la conducción activa.
- Menor dependencia de la simetría de ganancia: al no dividir la onda en semiciclos, no le afecta el desajuste de ganancia (beta mismatch) entre transistores complementarios NPN y PNP (o canal N y P).
- Menor modulación de la impedancia de entrada: la etapa de entrada y de ganancia de voltaje ven una carga más constante y lineal desde la base/compuerta de los transistores de salida, estabilizando todo el lazo previo.
- Inmunidad al efecto Early dinámico: las variaciones térmicas extremas y rápidas de la Clase AB modulan el voltaje colector-emisor; la Clase A estabiliza térmicamente el chip, mitigando esta modulación de ganancia.
- Facilidad para prescindir de condensadores en la ruta de señal: su estabilidad de polarización facilita diseños acoplados en corriente continua (DC-coupled) puros de alta estabilidad, mejorando la respuesta en fase a frecuencias ultra bajas.
- Aislamiento del ruido de masa por corriente constante: la demanda de corriente a la fuente es continua y no replica la forma de la onda musical, evitando que las corrientes de retorno contaminen la masa (ground) del chasis.
- Ausencia de distorsión por tiempo de almacenamiento (storage time delay): en transistores bipolares (BJT) Clase AB, la base acumula portadores que retrasan el apagado cuando la señal cruza por cero. La Clase A no apaga nunca el transistor, eliminando este desfase temporal.
- Corriente de retorno de los altavoces absorbida directamente: la fuerza contraelectromotriz (inducida por el movimiento del woofer) es disipada de forma lineal por la corriente de polarización constante de la etapa de salida, sin forzar a los transistores a entrar en zonas de conducción no lineales.
- Reducción del ruido por rectificación en la fuente: al consumir una corriente constante, la fuente de alimentación no sufre caídas dinámicas (sag), evitando que los diodos rectificadores generen picos de conmutación que se filtran a la señal de audio.
- Mayor estabilidad frente a cargas puramente capacitivas: al no conmutar, el amplificador presenta menos tendencia a la oscilación de alta frecuencia cuando se conecta a cables de altavoz de alta capacitancia o pantallas acústicas electrostáticas.
- Mejor rendimiento de los transistores al operar en su zona óptima: Los semiconductores trabajan en la región más lineal de sus curvas de transferencia, lejos de las zonas de corte o rodilla donde la ganancia de corriente se desploma de forma abrupta.
- Inexistencia de distorsión por modulación del lazo de masa: en Clase AB, las corrientes de los semiciclos positivos y negativos regresan alternativamente por la masa, creando micro voltajes no lineales. En Clase A, la corriente de retorno a la fuente es continua y simétrica.
- Eliminación del fenómeno de "Current Hogging" dinámico: en configuraciones de transistores en paralelo Clase AB, el transistor que se calienta más rápido conduce más corriente, desequilibrando el circuito. En Clase A, al estar todos los transistores térmicamente estabilizados en su punto máximo, la distribución de la corriente es idéntica y constante.
- Cancelación intrínseca de distorsión de segundo orden (en diseños Push-Pull Clase A): al operar ambos lados en conducción completa y constante, las alinealidades simétricas se cancelan perfectamente en la carga sin depender de la retroalimentación, algo imposible en Clase AB donde un lado se apaga.
- Menor distorsión por modulación del voltaje de aislamiento de los sustratos: en circuitos integrados o transistores monolíticos, las variaciones bruscas de corriente de la Clase AB modulan las capacitancias parásitas del sustrato. La corriente constante de la Clase A mantiene estas capacitancias estáticas.
- Comportamiento predictivo frente al recorte (clipping): cuando un Clase A satura por exceso de señal, la recuperación del circuito es simétrica e instantánea. Un Clase AB débilmente polarizado sufre de clipping asimétrico y un bloqueo temporal (latch-up o adherencia a los rieles) debido a la saturación de los lazos de control de ganancia.
- Optimización del ruido térmico (Ruido Johnson-Nyquist): al mantener una temperatura interna elevada pero estrictamente constante, la densidad espectral del ruido térmico en los componentes pasivos periféricos no fluctúa con la dinámica de la música, evitando la modulación del piso de ruido en micro voltajes. Esto lo había planteado en el amplificador DLH.
- Inmunidad a la modulación de la inductancia parásita de los cables internos: las altas tasas de cambio de corriente al conmutar en Clase AB inducen voltajes parásitos en el cableado interno del chasis. El flujo de corriente suave y continuo de la Clase A reduce esta inducción magnética espuria.
- Anulación del efecto térmico "Memory Effect" en el silicio: en transistores Clase AB, la temperatura del semiconductor cambia milisegundo a milisegundo según los picos de la música, modificando su ganancia dinámicamente y distorsionando las colas de las notas musicales. La Clase A elimina este efecto de memoria al mantener el chip a una temperatura interna constante.
- Inexistencia de picos de conmutación en inductancias parásitas de empaquetado: los terminales internos de los transistores (cables de unión o bond wires) tienen una pequeña inductancia. El apagado abrupto en un Clase AB mal polarizado induce un voltaje espurio que ensucia las frecuencias altas. La Clase A no presenta estos cambios violentos de corriente.
- Mayor inmunidad a la diafonía dinámica (Crosstalk): en amplificadores estéreo que comparten fuente de alimentación, las demandas de corriente abruptas de un canal en Clase AB se filtran al otro. Al exigir un consumo constante, la Clase A reduce drásticamente esta modulación cruzada entre canales a través de las líneas de voltaje.
- Atenuación del ruido de histéresis en el chasis: las corrientes variables y de alta frecuencia de la Clase AB pueden inducir corrientes parásitas (corrientes de Foucault) en los chasis de acero o aluminio, afectando el sonido. El flujo de corriente continuo de la Clase A mantiene los campos magnéticos internos estables y sin variaciones dinámicas.
Continuará...
