amplificadores de potencia (1)
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-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
1/60
Electrnica de Comunicaciones
CONTENIDO RESUMIDO:
1- Introduccin
2- Osciladores
3- Mezcladores.
4- Lazos enganchados en fase (PLL).
5- Amplificadores de pequea seal para RF.6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoelctricos.
7- Amplificadores de potencia para RF.
8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).
9- Demoduladores de ngulo (FM, FSK y PM).
10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).
11- Moduladores de ngulo (PM, FM, FSK y PSK).
12- Tipos y estructuras de receptores de RF.
13- Tipos y estructuras de transmisores de RF.
14- Transceptores para radiocomunicaciones
ATE-UO EC piezo 00
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
2/60
7- Amplificadores de potencia para RF
ATE-UO EC amp pot 01
Idea fundamental:
Amplificar seales de RF hasta niveles suficientes para sutransmisin y hacerlo con buen rendimiento energtico.
PRFPeRF
Rg
Amplificador
de potencia
de RF
+
RL
PCC
VCC
Pperd
L = PRF/PCC
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
3/60
iC
T 2T0
t
iC
T 2T0
t
iC
T 2T0
t
Concepto de Clase de un transistor en un amplificador (I)
Clase A:
conduccin durante 2TClase B:
conduccin duranteT
Clase C:
conduccin < T
ATE-UO EC amp pot 02
iC
Amplificador depotencia de RF
RL
Rg
+
Q1
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
4/60
Concepto de Clase de un transistor en un amplificador (II)
Clase D: Q1 trabaja en conmutacin
Clase E: Q1 trabaja en conmutacin a
tensin cero
ATE-UO EC amp pot 03
iC
t
t
vCE
Control
iC
Amplificador depotencia de RF
RL
Rg
+
Q1
+
-vCE
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
5/60
ATE-UO EC amp pot 04
Tipos de amplificadores de potencia de RF
Rg
Amplificador
de potencia
de RF
+
RLVCC
vg+
-
vs
Amplificadores lineales: la forma de onda de la tensin de salidavs es proporcional a la de entrada vg.
Amplificadores no lineales:la forma de onda de la tensin desalida vs no es proporcional a la de entrada vg. Caso especialmente
interesante: tensin de salida vs proporcional a VCC.
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
6/60
Rg
+
Polarizacin
Q1
iCRL
VCC
+
-
vCE
ATE-UO EC amp pot 05
Amplificador Clase A con la carga
en el circuito de polarizacin (I)
Circuito bsico
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
7/60
Q1
iCRL
VCC
+
-v
CE
ATE-UO EC amp pot 06
Amplificador Clase A con la carga
en el circuito de polarizacin (II)
IB
iC
vCE
VCC/RL
VCC
t
vCE1
t
iC1
PRF = ic12RL/2 PCC = ic1VCC
L= PRF/PCC = ic1RL/(2VCC)
Elegimos unpunto de trabajo
Luego L crece con iC1. Pero el crecimiento de iC1 tiene un lmite
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
8/60
Q1
iCRL
VCC
+
-
vCE
ATE-UO EC amp pot 07
Amplificador Clase A con la carga
en el circuito de polarizacin (III)
IB
iC
vCE
VCC/RL
VCC
Mximo valor de iC1
Lmax = ic1RL/(2VCC) con iC1 = VCC/2RL
Por tanto: Lmax = 1/4 = 25%
El 25% es un rendimiento mximo muy bajo!
iC1 = VCC/2RL
t
vCE1 = VCC/2t
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
9/60
ATE-UO EC amp pot 08
Amplificador Clase A con polarizacin
por fuente de corriente (I)
Circuito bsico
Rg
+
Polarizacin
Q1
IC
RL
VCC
+
-
vCE
+ -
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
10/60
ATE-UO EC amp pot 09
Amplificador Clase A con polarizacin
por fuente de corriente (II)
Q1
IC
RL
VCC
+
-
vCE
iC iL
+ -
Q1
IC
RL
VCC
+
-vCE
iC iL
+ -
Realizacin fsica de la fuente de corriente
+
-
La tensin en la fuente de corriente debe ser la mostrada
+
-
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
11/60
ATE-UO EC amp pot 10
Amplificador Clase A con polarizacin
por fuente de corriente (III)
Q1
IC
RL
VCC
+
-v
CE
iC iL
+ -
+
- IB
iC
vCE
VCC/RL
VCC
Recta de
carga en
continua
Recta de carga en alterna
con pendiente 1/RL
Eleccin del punto de trabajo para un valor de IC
Esta es la recta de carga de alterna con mayores niveles
de tensin y corriente y compatible con tensin positiva
en la fuente de corriente
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
12/60
ATE-UO EC amp pot 11
Amplificador Clase A con polarizacin
por fuente de corriente (IV)
t
vCE1
tIC
VCC/RL
VCC
IB
iC
vCE
Recta de
carga en
continua
Recta de carga en alterna
PRF = Ic2RL/2 PCC = IcVCC L= IcRL/(2VCC)
Q1
IC
RL
VCC
+
-
vCE
iC iL
+-
+
-vCE1
Luego L crece con IC y tiene el lmite en IC = VCC/2RL.
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
13/60
ATE-UO EC amp pot 12
Amplificador Clase A con polarizacin
por fuente de corriente (V)
t
vCE1
PRF = Ic2RL/2 PCC = IcVCC L= IcRL/(2VCC)
Con IC = VCC/2RL, Lmax = 1/4 = 25%.
Sigue siendo muy bajo!
Q1
IC
RL
VCC
+
-vCE
iC iL
+ -
+
-vCE1
Q1
IC
RL
VCC
+
-vCE
iC iL
+ -
+
-
Q1
IC
RL
VCC
+
-vCE
iC iL
+ -
Q1
IC
RL
VCC
+
-vCE
iC iL
Q1
IC
RL
VCC
+
-vCE
+
-
+
-vCE
iC iL
+ -
+
-
+
-vCE1
t
IC
VCC/RL
VCC
IB
iC
vCE
Recta de carga
en continua
Recta de carga en alterna
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
14/60
ATE-UO EC amp pot 13
Amplificador Clase A con polarizacin
por resistencia de colector (I)
Circuito bsico
Rg
+
Polarizacin
Q1
RC
VCC
+
-
vCE RL
+ -iC
iL
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
15/60
ATE-UO EC amp pot 14
Amplificador Clase A con polarizacin
por resistencia de colector (II)
VCC
iC
IB
vCE
VCC/RL
Recta decarga en
continua
iC1
vCE1
Punto de trabajo
Recta de carga en alterna con
pendiente -(RC+R
L)/(R
LR
C)
Cmo debe elegirse RC para obtener rendimiento mximo?
Cul ser el rendimiento mximo?
No demostrado aqu: Condicin de rendimiento mximo es
RC = 2RL y Lmax = 1/(6 + 4 2) = 8,57
%. An mas bajo!
Q1
RC
VCC
+
-vCE RL
+ -iC
iL
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
16/60
ATE-UO EC amp pot 15
Resumen de los amplificador Clase A (hasta ahora)
Toda la componente
de alterna de iC circula
por la carga.
Pero en la carga se
disipa continua.
Q1
RCVCC
+
-vCE RL
+ -iC
iL
Q1
RCVCC
+
-vCE RL
+ -iC
iL
Q1
RCVCC
+
-vCE RL
+ -
RL
+ -iC
iL
Lmax = 8,57%Q1
IC
RL
VCC
+
- vCE
iC iL
+ -
+
-
Q1
IC
RL
VCC
+
- vCE
iC iL
+ -
Q1
IC
RL
VCC
+
- vCE
iC iL
Q1
IC
RL
VCC
+
- vCE
+
-
+
- vCE
iC iL
+ -
+
-
+
-
Lmax = 25%
Q1
iCRL
VCC
+
-vCE
Q1
iCRL
VCC
+
-vCE
Lmax = 25%
Toda la componente
de alterna de iC circula
por la carga. Pero en la fuente de
corriente se disipa
continua.
La componente de
alterna de iC circula por la
carga y por la resistencia
de polarizacin. En la resistencia de
polarizacin se disipa
continua (adems de
alterna).
Podemos conseguir que en elemento de
polarizacin no se disipe ni alterna ni continua?
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
17/60
ATE-UO EC amp pot 16
Amplificador Clase A con polarizacin
por bobina de choque en el colector (I)
Circuito bsico
Rg
+
Polarizacin
Q1
LCH
VCC
+
-vCE RL
+ -iCiRL
La bobina LCH debe presentar una impedancia
mucho mayor que RL a la frecuencia de trabajo
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
18/60
ATE-UO EC amp pot 17
Amplificador Clase A con polarizacin
por bobina de choque en el colector (II)
Circuito equivalente al bsico
Q1
LCH
VCC
+
-
vCE RL
+ -iCiRL
Q1
LCH
VCC
+
-
vCE
RL
iC
iRL
En ambos casos:
Toda la componente de alterna de iC circula por la carga.
En la bobina, obviamente, no se disipa potencia.
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
19/60
ATE-UO EC amp pot 18
Amplificador Clase A con polarizacin
por bobina de choque en el colector (III)
Otra posibilidad de realizacin fsica, pero con un grado de libertad ms
Q1
Lm
VCC
+
-vCE
RL
iC
iRL
Es como el caso anterior:
Toda la componente de alterna de iC circula por la carga
(modificada por la relacin de transformacin del transformador).
En el transformador, obviamente, no se disipa potencia.
Q1
VCC+
-
vCE
RL
iCiRL
1:n
RL = R
L/n2
iRL = iRLn
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
20/60
ATE-UO EC amp pot 19
Amplificador Clase A con polarizacin
por bobina de choque en el colector (IV)
Circuito de estudio
Q1
LCH
VCC
+
-vCE
RL
iCiRL
VCC
iC
IB
vCE
Recta de carga
en alterna con
pendiente -1/RL
Recta de carga
en continua
Punto de trabajo
Cmo debe elegirse el punto de trabajo para
obtener el mximo rendimiento posible?
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
21/60
ATE-UO EC amp pot 20
Amplificador Clase A con polarizacin
por bobina de choque en el colector (V)
t
vCE
VCC
iC
IB
Recta de carga
en continua
iC1
VCC+iC1RLPRF = (ic1RL)2/(2RL)
PCC = ic1VCC
L= PRF/PCC = ic1RL/(2VCC)
Q1
LCH
VCC
+
-vCE
RL
iC
iRL
Q1
LCH
VCC
+
-vCE
RL
iC
iRL
La componente de alterna
en el transistor es la
misma que en la carga
El mximo valor de ic1RL es ic1RL = VCC y por tanto Lmax = 1/2 = 50%.
Ha mejorado, pero sigue siendo bajo!
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
22/60
ATE-UO EC amp pot 21
Amplificador Clase A con polarizacin
por bobina de choque en el colector (VI)
VCC
Recta de carga
en continuaiC
IB
vCE
2VCC
t
Situacin con la mxima seal que se puede manejar
iC1=VCC/RL
2iC1
tQ1
LCH
VCC
+
-vCE
RL
iCiRL
Q1
LCH
VCC
+
-vCE
RL
iCiRL
Cul es el rendimiento cuando la
seal es no es la mxima posible?
Lmax = 50%.
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
23/60
ATE-UO EC amp pot 22
Amplificador Clase A con polarizacin
por bobina de choque en el colector (VII)
Situacin con seal menor que la mxima que se puede manejar
Q1
LCH
VCC
+
-vCE
RL
iC
iRL
Q1
LCH
VCC
+
-vCE
RL
iC
iRL
VCC
Recta de carga
en continuaiC
IB
vCE
2VCC
2VCC/RL
Pend. -1/RL
t
(vCE
t
(iC
PRF = ((vCE)2/(2RL)
PCC = VCC2/RL
L= PRF/PCC = 0,5((vCE/VCC)2
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
24/60
t
vCE satVCC-vCE sat
(VCC-vCE sat)/RL
VCC
Recta de cargaen continuaiC IB
vCE
2VCC
2VCC/RL
Pend. -1/RL
Amplificador Clase A con polarizacin
por bobina de choque en el colector (VIII)
Con transistores reales
(no idealizados)
PRF = (VCC-vCE sat)2/(2RL)
PCC = VCC(VCC-vCE sat)/RL
L= 0,5(VCC-vCE sat)/ VCC
ATE-UO EC amp pot 23
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
25/60
ATE-UO EC amp pot 24
Amplificador Clase A con polarizacin
por bobina de choque en el colector (IX)
Seal modulada en amplitud
VCC
Recta de carga
en continuaiC
IB
vCE
2VCC
2VCC/RL
Pend. -1/RL
t
vpvm
vce([mt, [pt)
vce([mt, [pt) = (vCE([mt)sen([pt)
(vCE([mt) = vp[1 + msen([mt)]
m = vm/vp
L([mt) = 0,5[(vCE ([mt)/VCC]2
L([mt) = 0,5(vp/VCC)2[1 + msen([mt)]
2
Lmed = 0,5(vp/VCC)2[1 + m2/2]
Lmed max vp = VCC/2, m = 1
Lmed max = 0,125[1 + 1/2] = 18,75% Vuelve a ser muy bajo!
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
26/60
Circuito resonante a lafrecuencia de la seal de RF
ATE-UO EC amp pot 25
Amplificador Clase B con un nico transistor (I)
Circuito bsico
Rg
+
Polarizacin
iC
180
Q1
L
VCC
+
-
vCERL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-
vRL
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
27/60
ATE-UO EC amp pot 26
Amplificador Clase B con un nico transistor (II)
Equivalente
Equivalente (salvo
para la tensin
sobre la fuente)
iC
180
Q1
L
VCC+
-vCE
RLiC
iRL
C
+
-
vRL
iC
180
iC L
RLC
iRL +
-
vRL
iC
180
Q1
L
VCC
+
-vCE RL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-vRL
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
28/60
iC L RL
C +
-
vRL
ATE-UO EC amp pot 27
Amplificador Clase B con un nico transistor (III)
IC iCpico/TIC
180
iCcaiCpico(1-1/T)
iCca
Circuitos equivalentes (I)
No genera tensin en la carga
iC
L RL
CiC
180
iCpico
+
-vRL
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
29/60
ATE-UO EC amp pot 28
Amplificador Clase B con un nico transistor (IV)
L RL
C +
-vRL
iCca([t) iRL([t)
Circuitos equivalentes (II)
180
iCca
iCpico(1-1/T)
iCca1iCpico/2
=iCca1
+Armnicos
Arm.
Los armnicos secortocircuitan por el
condensador
iCca1 ([t ) = (iCpico/2)sen([t)
vRL([t) = RLiRL([t) = -RLiCca1([t)
vRL([t) = -RL(iCpico/2)sen([t)iCca1
iCpico/2
iCca1
RL
+
-vRL
iRL
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
30/60
vCE
iC
IB
ATE-UO EC amp pot 29
Amplificador Clase B con un nico transistor (V)
Rectas de carga, punto de
trabajo (esttico) y excursin
del punto de trabajo
iC
180
Q1
L
VCC
+
-vCE
RL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-
vRL
VCC
Recta de carga
en continua
Pendiente 0
Pendiente-2/RL
2VCC/RL
t (vCE
180t
iCpicoPunto de trabajo
Llamamos vce a la componente de alterna
de vCE. Entonces:
vce([t) = vRL([t) = -RL(iCpico/2)sen([t) vce([t) = -(RL/2)iCpicosen([t) = -(RL/2)iCPor tanto:
(vCE = iCpicoRL/2
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
31/60
ATE-UO EC amp pot 30
Amplificador Clase B con un nico transistor (VI)
Clculo del rendimiento mximo posible
(vCE =
iCpicoRL/2
vCE
iCIB
VCC
Recta de carga
en continua
Pendiente 0
Pendiente-2/RL
2VCC/RL
t(vCE
180t
iCpico
Punto de trabajo
Q1
L
VCC
+
-vCE RL
+ -iCiRL
C
VCC
+
-v
RL
Q1
L
VCC
+
-
+
-vCE RL
+ -iCiRL
C
VCC
+
-
+
-v
RL
PRF = ((vCE)2/(2RL) = (iCpicoRL)
2/(8RL)
PCC = VCCiCpico/T
L= PRF/PCC = iCpicoRLT/(8VCC)
El mximo valor de iCpico es iCpico max = 2VCC/RL y por tanto:
Lmax = T/4 =7
8,5% Ha mejorado notablemente!
iCpico/T
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
32/60
ATE-UO EC amp pot 31
Amplificador Clase B con un nico transistor (VII)
180t
Q1
L
VCC
+
-vCE RL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-vRL
Q1
L
VCC
+
-
+
-vCE RL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-
+
-vRL
Lmax = T/4 = 78,5%
Situacin con la mxima seal que se puede manejar
2VCC/RL
vCE
iC
IB
VCC
Recta de carga
en continua
2VCC
t
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
33/60
ATE-UO EC amp pot 32
Amplificador Clase B con un nico transistor (VIII)
Clculo de la potencia mxima disipada en el transistor,PTr
PRF = (iCpicoRL)2/(8RL)PCC = VCCiCpico/T
PTr= PCC - PRF
PTr= VCCiCpico/T - (iCpicoRL)2/(8RL)
PTr
tiene un mximo en:
iCpico PTmax = 4VCC/(TRL)
Ntese que:
iCpico PTmax < iCpico max = 2VCC/RL
PTrmax = 2VCC2/(T2RL)
La potencia mxima de RF es:
PRF max = (iCpico maxRL)2/(8RL)
PRF max = VCC2/(2RL)
Por tanto:
PTrmax = 4PRF max/T2 = 0,405PRF max
iCpico/T
vCE
iC
IB
VCC
Recta de carga en
continua2VCC/RL
t (vCE
180t
iCpico
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
34/60
Con transistores reales (no idealizados)
PRF = (VCC-vCE sat)2/(2RL)
PCC = VCC2(VCC-vCE sat)/(TRL)
L = T(VCC-vCE sat)/(4VCC)
L = 0,785(VCC-vCE sat)/VCCATE-UO EC amp pot 33
Amplificador Clase B con un nico transistor (IX)
VCC
Recta de cargaen continuaiC IB
vCE
2VCC
2VCC/RLPendiente
-2/RL
tvCE sat
VCC-vCE sat
2(VCC-vCE sat)/RL
180t
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
35/60
ATE-UO EC amp pot 34
Amplificador Clase B con un nico transistor (X)
Seal modulada en amplitud
vCE
iC
IB
VCC
Recta de carga
en continua
Pendiente 0
Pendiente-2/RL
2VCC/RL
Punto de trabajo
(vCE([mt) = vp[1 + msen([mt)]
m = vm/vp
PRF = [(vCE([mt)]2/(2RL)
PCC = VCCiCpico([mt)/T
(vCE([mt) = iCpico([mt)RL/2
PCC
= VCC
2(vCE
([m
t)/(TRL
)
L = PRF/PCC = T(vCE([mt4VCC)
L = 0,785vp[1 + msen([mt)]/VCC
Lmed = 0,785vp/VCC
Lmed max vp = VCC/2 Lmed max = 39,26%
t
(vCE([mt)
iCpico([mt)
vpvm
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
36/60
ATE-UO EC amp pot 35
Amplificador Clase B con dos transistores (I)
Circuito bsico: Montaje en contrafase o Push-Pull(I)
RL = RL/n2
Rg
+
Q1
VCC
+
-
vRL
RL
iC1
iRL
1:1:niC2
+
-vCE1
+
-
vCE2
+ -
Q2
Polarizacin
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
37/60
ATE-UO EC amp pot 36
Amplificador Clase B con dos transistores (II)
Circuito bsico: Montaje en contrafase o Push-Pull(II)
iB1
180Q1
VCC
iC1
iC2
+
-vCE1
+
-
vCE2
Q2
+
-vRL
RL
iRL
1:1:n
iB1
iB2
iB2
180
iC1
180
iC2
180
iRL
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
38/60
IB1
iC2
vCE2
VCC/RL
VCC
vCE1
iC1
IB1
VCC/RL
ATE-UO EC amp pot 37
Amplificador Clase B con dos transistores (III)
Circuito bsico: Montaje en contrafase o Push-Pull(III)
iC1
180
iC2
180
+VCC
iC1
iC2
+
-vRL
RL
iRL
1:1:n
iRL
RL = RL/n2
iC1
180
iC1
180
iC2
180
iC2
180
+VCC
iC1
iC2
+
-vRL
+
-
+
-vRL
RL
iRL
1:1:n
iRLiRL
RL = RL/n2
Recta de carga en
continua
Pendiente
-1/RL
t
iCpico
t
iCpico
Punto de trabajo
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
39/60
ATE-UO EC amp pot 38
Amplificador Clase B con dos transistores (IV)
Clculo del rendimiento mximo posible
PRF = iCpico2RL/2
PCC = 2VCCiCpico/T
L= iCpicoRLT/(4VCC)
L= 0,785iCpicoRL/VCC
Como:
iCpico max = VCC/RL, entonces:
Lmax = T/4 = 78,5%
Como en el caso de un transistor
IB1
iC2
vCE2
VCC/RL
VCC
vCE1
iC1
IB1
VCC/RL
Recta de carga encontinua
Pendiente
1/RL
t
iCpico
t
iCpico
Punto de trabajo
IB1
iC2
vCE2
VCC/RL
IB1
iC2
vCE2
IB1
iC2
IB1IB1
iC2
vCE2
VCC/RL
VCC
vCE1
iC1
IB1
VCC/RL
VCC
vCE1
iC1
IB1
VCC/RL
vCE1
iC1
IB1
vCE1
iC1
IB1
iC1
IB1IB1
VCC/RL
Recta de carga encontinua
Recta de carga encontinua
Pendiente
1/RL
Pendiente
1/RL
t
iCpico
t
iCpico
t
iCpico
t
iCpico
t
iCpico
t
iCpico
t
iCpico
t
iCpico
Punto de trabajoPunto de trabajoPunto de trabajo
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
40/60
ATE-UO EC amp pot 39
Lmax = 78,5%
Situacin con la mxima seal que se puede manejar
Amplificador Clase B con dos transistores (V)
Q1
VCC
iC1
iC2
+
-
vCE1
+
-
vCE2
Q2
+
-vRL
RL
iRL
1:1:n
Q1
VCC
iC1
iC2
+
-
vCE1
+
-
+
-
vCE1
+
-
vCE2+
-
+
-
vCE2
Q2
+
-vRL
RL
iRL
1:1:n
+
-vRL
+
-
+
-vRL
RL
iRL
1:1:n
VCC
vCE1
iC1
IB1
Recta de carga en
continua
IB1
iC2
vCE2
Punto de trabajo
VCC/RL
t
VCC/RL
t
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
41/60
ATE-UO EC amp pot 40
Ganancia de los amplificadores Clase A con bobina,
Clase B con un transistor y Clase B con dos transistores
Por comodidad, calculamos la
Transresistencia(vRL/(iB
En todos los casos:
(vRL= VCC, (iB = (iC/F
2VCC/RL
vCE
iC
IB
VCC 2VCC
(iC
2VCC/RL
vCE
iC
IB
vCE
iC
IB
vCE
iC
IB
vCE
iC
IB
vCE
iC
IB
iC
IBIB
VCC 2VCC
(iC
Clase B,
1 Trans.
VCC
vCE1
iC1
IB1
IB1
iC2
vCE2
VCC/RL
VCC/RL
(iC
(iC
VCC
vCE1
iC1
IB1
IB1
iC2
vCE2
VCC/RL
VCC/RL
VCC
vCE1
iC1
IB1
vCE1
iC1
IB1
iC1
IB1IB1
IB1
iC2
vCE2
IB1
iC2
IB1IB1
iC2
vCE2
VCC/RL
VCC/RL
(iC
(iC
Clase B,2 Trans.
(vRL/(iB = RLF
(vRL/(iB = RLF/2 (vRL/(iB = RLnF
Clase AVCC
iC
IB
vCE
2VCC
2VCC/RL
1/RL(iC
VCC
iC
IB
vCE
2VCC
2VCC/RL
1/RL(iC
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
42/60
ATE-UO EC amp pot 41
Comparacin entre amplificadores Clase A, Clase B
con un transistor y Clase B con dos transistores
AmplificadorRendimiento
mximo
Ganancia de
tensin
Impedancia de
entrada iCmax Banda
Clase A 50% RLF/rBE Lineal 2VCC/RL Ancha
Clase B,1 transistor
78,5% RLF/(2rBE) No lineal 2VCC/RL Estrecha
Clase B,
2 transistores78,5% RLnF/rBE
LinealVCC/RL Ancha
rBE = resistencia dinmica de la unin base-emisorRL = RL/n
2
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
43/60
Circuitos de polarizacin en clases A y B
A la base del
transistor
+VCC
Polarizacin
D
R
LCH
C
P
A la base del
transistor
+VCC
ATE-UO EC amp pot 42
0
iB
VBE
Clase B
ClaseA
Sobra en el casodel Push-Pull
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
44/60
Circuito
resonante
ATE-UO EC amp pot 43
Amplificadores Clase C
Circuito bsico
Rg
+
Polarizacin
Q1
L
VCC
+
-v
CE
RL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-
vRL
Se puede el rendimiento mximo terico mayor que el 78,5%?
Qu hay que sacrificar?
iC
< 180
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
45/60
ATE-UO EC amp pot 44
Amplificadores Clase C lineales (I)
Cmo conseguir un ngulo de conduccin menor de 180 ?
VB+vKBE
t
tJC
Rg
+
+
-vCE
iC
vg
VB
+
-vBE
iB
iB
vg
Cmo conseguir proporcionalidad entre iB y vg?
vKBErBE
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
46/60
Amplificadores Clase C lineales (II)
iB = 0 Si [t < (T-JC)/2 o [t > (T+JC)/2,
iB =Rg+rBE
Vg picosen([t) (VB + vKBE) Si (T-JC)/2 < [t < (T+JC)/2,
Para conseguir proporcionalidad
entre iB y vg debe cumplirse:
- Que VB+vKBE vare
proporcionalmente a Vg pico.- Que JC no vare.
Relaciones entre variables:
vg = Vg picosen([t)
JC = 2arcos[(VB + vKBE)/Vg pico]
ATE-UO EC amp pot 45
VB+vKBE
t
t
vg
JC
iB
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
47/60
ATE-UO EC amp pot 46
Amplificadores Clase C
lineales (III)
Rg
+
+
-vCE
iC
vg
VB
+
-vBE
iB
+ -
RB
CB
VB = (Vg pico vKBE)RB/(RB + Rg + rBE)
VB + vKBE = Vg picoRB/(RB + Rg + rBE) + vKBE(Rg + rBE)/(RB + Rg + rBE)
Si Vg picoRB >> vKBE(Rg + rBE), entonces:
VB + vKBE } Vg picoRB/(RB + Rg + rBE) es decir, proporcionalidad.
Ojo! como: vg = VB + vKBE + (Rg + rBE)iB vg >> vBE
Pequea ganancia.
Realizacin fsica
vBE = vKBE + iBrBE
vKBErBE
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
48/60
ATE-UO EC amp pot 47
Amplificadores Clase C lineales (IV)
JC = 2arcos[(VB + vKBE)/Vg pico]
Entonces:
iB = [sen([t) cos(JC/2)] Vg pico/(Rg+rBE)
y, por tanto:
iC = [sen([t) cos(JC/2)]FVg pico/(Rg+rBE)
El valor de pico vale:
iCpico = [1 cos(JC/2)]FVg pico/(Rg+rBE)
Es decir:
iB =Rg+rBE
Vg picosen([t) (VB + vKBE)
Como:
iC = iCpico1 cos(JC/2)
sen([t) cos(JC/2)
F
L
VCC
+
-
vCERL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-vRL
F
L
VCC
+
-
+
-
vCERL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-
+
-vRL
iC
Jc
ICpico
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
49/60
ATE-UO EC amp pot 48
Amplificadores Clase C lineales (V)
IC iCca1iC
L RL
C+
-vRL
Arm.
iC = iCpico1 cos(J
C/2)
sen([t) cos(JC/2)
IC = 1 cos(JC/2)
sen(JC/2) (JC/2)cos(JC/2)iCpico
T Componente de continua:
JC senJCiCpicoiCca1([t) = sen([t)
1 cos(JC/2)2T Primer armnico:
Resto de armnicos
El resto de
armnicos se
cortocircuitan por el
condensador
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
50/60
ATE-UO EC amp pot 49
Circuito equivalente de alterna
Por tanto:
vRL([t) = -RLiCca1([t)
vce([t) = vRL([t) = -RLiCca1([t)
iCca1
([t)
RL
+
-vRL
Amplificadores Clase C lineales (VI)
iCca1([t)
t
vce = -RL sen([t)1 cos(JC/2)
JC senJCiCpico
2T
Es decir:
F
L
VCC
+
-
vCERL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-
vRL
F
L
VCC
+
-
+
-
vCERL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-
+
-
vRL
JC senJCiCpicoiCca1([t) = sen([t)
1 cos(JC/2)2T
vce = - iCpicosen([t)1 cos(JC/2)
JC senJCRL
2T
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
51/60
Pend.-1/RL
vCE
iC
IB
ATE-UO EC amp pot 50
Rectas de carga, punto de
trabajo (esttico) y excursin
del punto de trabajo
Recta decarga
t
(vCE
VCC
Recta de carga
en continua
Amplificadores Clase C lineales (VII)
Como:
vce = - iCpicosen([t)1 cos(J
C
/2)
JC senJCRL
2T
Entonces:
(vCE = iCpico1 cos(JC/2)
JC senJCRL
2T
Es decir:(vCE = RLiCpico
RL = 1 cos(JC/2)
JC senJCRL
2T
siendo:
JCt
iCpico
T-JC2
vCE0
Clculo de vCE0:
vCE0 = VCC (vCEcos(JC/2)
Valor de la pendiente de la
recta de carga:
-1/[RL(1 cos(JC/2)]
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
52/60
ATE-UO EC amp pot 51
Clculo del rendimiento mximo posible (I)
PRF = ((vCE)2/(2RL) = (iCpicoRL)
2/(2RL)
iCpico max = vCE0 min/[RL(1 cos(JC/2)] = [VCC(1 cos(JC/2))]/[RL(1 cos(JC/2)]
iCpico max
= VCC
/RL
IC
Amplificadores Clase C lineales (VIII)
iC
vCE
IBPendiente-1/[RL(1 cos(JC/2)]
t
(vCE
VCC
JCt
iCpico
T-JC2
vCE0
PCC = VCCIC
RL = 1 cos(JC/2)
JC senJCRL
2T
L= PRF/PCC
IC =T[1 cos(JC/2)]
sen(JC/2) (JC/2)cos(JC/2) iCpico
4VCC[sen(JC/2) (JC/2)cos(JC/2)]
iCpicoRL[JC senJC]
L= PRF/PCC =
Luego L crece con iCpico. Calculamos el valor mximo:
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
53/60
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
54/60
ATE-UO EC amp pot 53
Linealidad:Difcil, sacrificando ganancia.
Rendimiento mximo:Alto, 80-90 %.
Ganancia:Baja.
Impedancia de entrada:Muy no lineal.
Corriente de colector:Picos altos y estrechos.
Ancho de banda:Pequeo.
Amplificadores Clase C lineales (X)
Resumen de caractersticas:
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
55/60
Amplificadores Clase C muy no lineales (I)
Circuitoresonante
ATE-UO EC amp pot 54
L
VCC
+
-vCE
RL
+ -iC
iRL
C
VCC
+
-vRL
El transistor trabaja casi en conmutacin
iC
El circuito resonante resuena
libremente y repone la energa que
transfiere a la carga en los periodos
de conduccin del transistor.
El valor de pico de la tensin desalida es aproximadamente el valor
de la tensin de alimentacin:
vRL = VCCsen([t)
El rendimiento es bastante alto.
iC
L RL
C +
-vRL
VCC
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
56/60
Amplificadores Clase C muy no lineales (II)
ATE-UO EC amp pot 55
Modulador de amplitud
Q1
L
VCC
+
-vCE
RL
+ -iC
CVCC
+
-vRL
+
-
Amplificadorde potencia
de BF
VCC
+
-
vtr
iC
vRL
vtr
VCC = VCC+vtr
vCC
vCC
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
57/60
Amplificadores Clase D (I)
+
-
vRL
D1
RL
L
C
+VCC
iC2
D2
Q1
Q2
iC1
iD2
iD1
A
+
-vA
iL
+ -
VCC/2
iL
vRL
ATE-UO EC amp pot 56
Circuito bsico
vA VCC/2
-
VCC/2
A lifi d Cl D (II)
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
58/60
Amplificadores Clase D (II)
L +
-vRL
D1
RLC
+VCC
iC2
D2
Q1
Q2
iC1
iD2
iD1
A
+
-vA
iL
+ -
VCC/2
ATE-UO EC amp pot 57
vA VCC/2
-
VCC/2
= + Armnicos
vRL
(vRL
(vRL = (VCC/2)4/T= 2VCC/T
Luego la tensin de salida es proporcional
a la alimentacin Puede usarse como
modulador de amplitud.
Anlisis
Menor frecuencia de
operacin debido a
que los transistores
trabajan en
conmutacin.
A lifi d Cl D lifi d Cl E (I)
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
59/60
L +
-
vRL
D1
RLC
+VCC
iC2
D2
Q1
Q2
iC1
iD2
iD1
A
+
-
vA
iL
+ -
VCC/2
L +
-
vRL
D1
RLC
+VCC
iC2
D2
Q1
Q2
iC1
iD2
iD1
A
+
-
vA
iL
+ -
VCC/2
+
-
vRL
+
-
+
-
vRL
D1
RLC
+VCC
iC2
D2
Q1
Q2
iC1
iD2
iD1
A
+
-
vA
iL
+ -
VCC/2
D1
RLC
+VCC
iC2
D2
Q1
Q2
iC1
iD2
iD1
A
+
-
vA
+
-
+
-
vA
iL
+ -
VCC/2
Amplificadores Clase D y amplificadores Clase E (I)
ATE-UO EC amp pot 58
iC1
iC2
vAiL
Clase D Clase E
vAiL
iC1
iC2
iD2
iD1
vA
iL
Conmutacin forzada en losdiodos: salen de conduccin
cuando entran los transistores
en conduccin.
Conmutacin natural en losdiodos: salen de conduccin
cuando se invierte la corriente
por resonancia.
Ej l d l d lifi d d t i
-
8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)
60/60
Ejemplo de esquema real de amplificador de potencia(obtenidos del ARRL Handbook 2001)
Amplificador lineal Clase B en Push-Pull
Polarizacin
Push-Pull
Filtro pasa-
bajos
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