El amplificador limitador es un miembro especializado de la familia de amplificadores. Cualquier amplificador, que sin intervención humana, cambie la amplificación de una manera prevista se conoce como un amplificador con control automático de ganancia (c.a.g.). Los amplificadores con c.a.g. están generalmente divididos en dos grandes grupos: aquellos que incrementan el rango dinámico de un programa de audio y aquellos que actúan para reducir el rango dinámico. A estos últimos se los conoce como amplificadores reductores de ganancia.

Algunos de estos últimos se encuentran diseñados para comprimir las fluctuaciones de amplitud de un programa de audio en un rango menor y se los llama amplificadores compresores. Estos tienen usualmente un tiempo de respuesta relativamente lento. Pero otros están diseñados para actuar en forma rápida y solamente cuando la señal de audio alcanza ciertas amplitudes bien definidas. Estos se llaman amplificadores limitadores.

Las definiciones de los dos últimos párrafos son difíciles de aplicar a muchas unidades comerciales, porque la ingeniosidad de los ingenieros diseñadores ha resultado en dispositivos combinados.

Los amplificadores limitadores se encuentran en el tipo que limita en el ataque o durante el decaimiento de la onda. El primero reduce la ganancia cuando la señal de entrada llega a cierto nivel, y el segundo actúa sobre la amplitud de la señal de salida. Este es el tipo que discutiremos.

La Fig.1a muestra el tipo de limitador en discusión. Es un circuito con realimentación en el que una porción de la salida se toma para corregir un error. El se define como el grado en el cual la señal de salida excede el límite deseado. Ningún sistema realimentado puede eliminar el error, solo puede reducirlo. Sin embargo, como un buen diseño puede reducir el exceso en un factor inteligible, no se lo considera un defecto inherente al sistema, sino como algo que debe ser reconocido y minimizado.

La Fig.1b muestra la característica entrada/salida del amplificador limitador de la Fig.1a. Está idealizada, mostrando una acción limitadora perfecta y un codo también perfectamente definido. El punto cero a la entrada puede considerarse como el ruido de base del sistema, y el punto A1 de salida se define como el límite superior deseado del sistema.

Veamos qué sucede cuando el tren de ondas de la Fig.1c se introduce en la entrada del limitador. Véase que la amplitud inicial llega hasta el límite de la salida y que en el tiempo To aumenta desde A1 hasta un valor mayor A2. El cambio de amplitud ocurre en la línea de base de las ondas. Suponemos que ambas son sinusoides perfectas, lo que facilita el análisis de la acción del limitador. Otras suposiciones que se aplican a nuestro limitador perfecto, son: (1) el tiempo de ataque es cero (tiempo requerido para una efectiva reducción de la ganancia), y (2) la generación de armónicas también es cero (excepto las asociadas con la acción limitadora en si misma).

La Fig.1d nos muestra a las ondas después del pasaje por el limitador. La amplitud A1 no varía, pero la A2 ha sido reducida al nivel de la A1, este cambio de ganancia ocurre en el punto X.

Nuestro interés inmediato en la forma del segmento que se extiende desde To hasta un punto 90(infinito)?más tarde. Es evidente que una señal transitoria se ha generado y agregado a la señal deseada.

Tengamos en mente que esto ha sido hecho por nuestro amplificador limitador “perfecto”. El dispositivo ha realizado exactamente aquello para lo que fue diseñado; mantener la salida a un nivel predeterminado. El cambio de ganancia no fue instantáneo, comenzó gradualmente en el punto X y se detuvo en la cresta de la onda A2. Supongamos por un momento, que la onda de salida de la Fig.1d fue, no el resultado de la acción de reducción automática de un amplificador, sino la resultante de la acción de un operador humano increíblemente ágil que bajó el atenuador en el momento preciso y a la velocidad correcta. Se habría generado el mismo transitorio.

En la Fig.2b tenemos a la Fig.1d aumentada. La porción de subida de la onda es sinusoidal, que es idéntica a la onda A2 de la Fig.1c. La porción descendente (después de la parte plana) también es sinusoidal. La Fig.2ª muestra la forma del transitorio generado. Está compuesto de dos funciones sinusoidales, para calcularla se resta media sinusoide de la onda de figura 2b.

La amplitud es:

Ax = A1[1-(A1/A2)]

El sobrepaso o sobretensión, que es el resultado de un tiempo de ataque largo se ve en la Fig.2c. Esto ocurre generalmente en frecuencia altas en los amplificadores limitadores. Sin embargo, a veces se diseñan a los amplificadores compresores con tiempos de ataque largos, entonces la sobretensión puede ocurrir a frecuencias arriba del rango medio. La sobre tensión no es particularmente objetable, suponiendo que el tiempo de ataque es por lo menos razonablemente corto. No obstante puede provocar sobre modulación en una estación de radio. Note también, que el transitorio del cambio de ganancia (Fig.2a) está bastante suprimido por la sobre tensión.

La figura 2d muestra una condición conocida como golpe. Es el resultado de la señal de control de la ganancia introduciéndose en la señal. Este efecto fue bastante común en la época de los amplificadores compresores a válvulas.

Los amplificadores compresores que sufren este efecto están generalmente equipados con controles de balance, de modo que el usuario puede ajustarlo para un efecto mínimo.

El golpe que se ve en la Fig.2d es realmente bastante moderado. En referencia a la Fig.1a, puede verse que cualquier amplificador del tipo reducción de ganancia que se ve afectado por un golpe, es realmente regenerativo para la señales de control y puede llegar realmente hasta el corte.