Nivel de saturación del amplificador
Calcula el voltaje, la potencia y el nivel en dBV de saturación del amplificador a partir de la tensión de alimentación y la impedancia de carga.
Fórmula
V_peak ≈ 0.9 × V_cc, P_clip = V_peak² / (2 × Z_L)
Cómo Funciona
El recorte del amplificador se produce cuando la señal de entrada exige una tensión o corriente de salida que supera la capacidad del riel de alimentación del amplificador. Como regla general, la tensión máxima de salida máxima sin distorsiones es de aproximadamente 0,85 a 0,92 veces la tensión del raíl de alimentación (el resto se pierde en la fase de salida, la tensión de saturación del transistor y las pérdidas del controlador). En una salida sinusoidal, la potencia de corte es P_clip = V_peak²/(2 × Z_L), donde Z_L es la impedancia de carga. La tensión RMS en el momento del corte es V_rms = V_peak/√2. El nivel del clip en dBv = 20·log( v_RMS). Comprender el umbral de recorte es fundamental para el diseño del sistema: las señales de audio son material de programa con un factor de cresta (relación pico/RMS) de 10 a 20 dB. Un amplificador con una potencia nominal de 100 W de forma continua captará los picos transitorios de una señal con un nivel de programa ajustado solo 3 dB por debajo de la potencia nominal.
Ejemplo Resuelto
Amplificador: alimentación doble de ±18 V (36 V de riel a riel). Carga: 8 Ω. Tensión de salida máxima (con 0.9 × V_supply): V_peak = 0.9 × 18 = 16.2 V de pico Tensión RMS en el momento del corte: V_rms = 16,2/√2 = 11,46 V RMS Potencia de corte: P_clip = (16,2) ²/ (2 × 8) = 262,4/16 = 16,4 W Nivel de recorte en dBV: dBv = 20·log( 11,46) = 21,2 dBV Con una reserva de espacio libre del 100% (sin reducción): salida limpia máxima = 16,4 W a 8 Ω. Al reducir la reserva de margen al 70%, se reduce la potencia máxima de salida limpia en 20·log( 0,7) ≈ −3,1 dB de voltaje, y la potencia en 16,4 × 0,7² ≈ 8 W, lo que proporciona un margen adicional antes de que se produzca un recorte.
Consejos Prácticos
- ✓Añada 10 dB de margen por encima del nivel de escucha habitual para evitar que los transitorios se limiten. Si el nivel de escucha típico del altavoz es de 90 dB, el amplificador debería soportar picos de 100 dB sin cortes, lo que requeriría aproximadamente 10 veces más potencia máxima que la potencia media.
- ✓El recorte suave (saturación suave antes de un recorte duro) es menos fuerte desde el punto de vista auditivo que el recorte duro. Algunos diseños de amplificadores incluyen circuitos de clip suave o limitadores antes de la fase de salida para gestionar una sobrecarga adecuada.
- ✓Controle los indicadores de clip de los amplificadores y mezcladores durante la instalación y la configuración. Un recorte constante a niveles de señal moderados indica que la ganancia es demasiado alta (se reduce el ajuste de entrada) o que el amplificador no es lo suficientemente grande para la combinación de altavoces y sala.
Errores Comunes
- ✗Confundiendo la potencia de corte con la potencia nominal continua: un amplificador con una potencia nominal de «100 W RMS» se prueba con una onda sinusoidal en el umbral de recorte. Cuando se utiliza con material de programación, el amplificador se interrumpe de forma transitoria en los picos cuando el nivel medio del programa es de tan solo 10 a 20 W (debido al elevado factor de cresta de la música).
- ✗Suponiendo que ambos canales nunca se graben simultáneamente, los amplificadores estéreo comparten una fuente de alimentación. En los transitorios de graves altos, ambos canales consumen la corriente máxima simultáneamente, lo que provoca una caída del suministro y reduce la tensión de recorte efectiva por debajo del valor de inactividad.
- ✗Sin tener en cuenta las caídas de impedancia de los altavoces: la impedancia de los altavoces varía con la frecuencia. Un altavoz nominal de 8 Ω puede bajar de 3 a 4 Ω en determinadas frecuencias, lo que duplica la corriente demandada y reduce la potencia de recorte efectiva.
Preguntas Frecuentes
¿Por qué el recorte del amplificador es tan perjudicial para los tweeters?
Una forma de onda recortada es rica en armónicos de alto orden: una onda sinusoidal recortada a 100 Hz produce componentes potentes a 300 Hz, 500 Hz y más en todo el rango de frecuencias del tweeter. Estos armónicos de alta frecuencia transportan una cantidad significativa de energía al tweeter, que no fue diseñado para ese nivel de potencia, lo que provoca daños térmicos en la bobina de voz. La causa más común de que los altavoces de agudos se estropeen con fuerza.
¿Cómo puedo saber si un amplificador está interrumpiendo?
El método más confiable es la medición con osciloscopio de la forma de onda de salida: busque si la parte superior de las ondas sinusoidales se vuelve plana. Los signos audibles incluyen la aspereza o el «zumbido» en los picos, especialmente en las notas sostenidas. Muchos amplificadores incluyen LED de clip que se activan cuando la salida se acerca al raíl de alimentación. Los limitadores de los sistemas de audio profesionales evitan los cortes al reducir la ganancia antes de que la salida llegue al riel.
¿El porcentaje de reserva de margen cambia la salida máxima sin distorsiones?
Sí La reserva de margen (0-100%) escala la tensión de salida máxima operativa de forma lineal en relación con el máximo teórico. Al 100%, el amplificador está al borde del corte. Al 70%, dispondrá de aproximadamente 3 dB de margen de maniobra antes del recorte. Esto resulta útil a la hora de diseñar sistemas para garantizar que los picos transitorios no se acorten: defina el nivel de funcionamiento entre el 50 y el 70% del umbral de clips para el material típico de un programa.
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