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Amplificadores de Amplificadores de PotenciaPotencia

INDICE: Amplificadores de Potencia

1. Introducción: Definición RendimientoCaracterísticasClasificación

2. Disipación de Potencia en Transistores3. Amplificador de clase A4. Amplificador en clase B5. Amplificador en clase AB

Amplificador Operacional

Etapa de Potencia

Vi Vout

Rangos de tensión y corrientes masgrandes.Transfiere mas potencia hacia a la carga con niveles aceptables dedistorsión.

Rangos de tensión y corrientes pequeños.

Alta ganancia para reducir la no linealidad y la distorsión.

Puede introducir ganancia extra.

Circuito integrado

Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 4

Introducción:

Introducción: DefiniciónAmplificador de Potencia

Etapa de salida de un amplificador, cuyo objetivoobjetivo es entregar laentregar la máxima potencia a la carga, con la mínima distorsión y con máxima potencia a la carga, con la mínima distorsión y con rendimiento máximorendimiento máximo, sin sobrepasar ni en las condiciones más desfavorables de funcionamiento, los límites máximos permitidos de disipación de potencia de los elementos empleados.

Rendimiento= Pcarga/Pin= potencia en la carga/potencia de entrada de la fuente

El rendimiento en los sistemas de potencia afecta a la vida de las baterías y al coste. Toda la potencia que no se entrega a la carga se disipa en forma de calor (se pierde)

Pi-Pcarga=Pcarga/ –Pcarga = Pcarga (1/-1) = disipación de potencia en los componentes

Introducción: Eficiencia Rendimiento

Introducción: Características

Etapa de salidaProporcionan grandes señales de potencia a sus cargas (altavoz público).Cuanto menor es , mayor es la disipación y por tanto el calentamiento.Otro problema es la distorsión de no linealidad que se producen en las señales de potencia (grandes)Los modelos de pequeña señal NO VALEN Proporcionan grandes señales de potencia a sus cargas (altavoz público).

Clasificación de los amplificadores de potencia:

• Clase A

• Clase B • Clase C

• Clase AB

La clasificación esta dada según:

Aplicaciones:

• Clase C

• Clase A

• Clase AB

• Clase B

• otros …

Radio frecuencias

Audio frecuencias

• la zona de trabajo de los dispositivos de salida.

• forma de onda de la corriente del colector producida por la entrada de una señal sinusoidal .

Amplificadores de Potencia Electrónica II

Introducción: Clasificación

Clasificación de los Amplificadores de Potencia

Se clasifican atendiendo a la fracción de tiempo que están en ON los transistores del circuito:

o Clase A. Todo el tiempo en ON.o Clase B. Mitad del tiempo en ON (mayor )o Clase AB. Más de la mitad del tiempo en ON (menor distorsión).o Clase C. Pequeña fracción de tiempo (gran , sin distorsión)o Clase D. Rendimiento muy alto ( 100 %)

Introducción: Clasificación

Disipación de Potencia en Transistores

Para el FET PD = IDVDS

Para el BJT PD = ICVCE+IBVBE ICVCE

[PD] = Julios/seg = Watios

La potencia disipada se convierte en calor que puede degradar los componentes. Se produce un aumento de la temperatura de acuerdo a la ley:

JA es la resistencia térmica entre unión y ambienteTJ es la temperatura de la

uniónTA es la temperatura del

ambiente

)(1AJ

JAD TTP

Disipación de Potencia en Transistores

Para una Temperatura ambiente dada y un material fijo, tendremos una temperatura máxima que puede alcanzar la unión sin detrimento de su funcionamiento, lo que implica una potencia máxima que puede aguantar el componente.

IC

PD1 PD2

SOA

VCECualquier punto por debajo de la hipérbola es un pto. de trabajo seguro.

Figura 10.7. Área de operación segura para un transistor bipolar de potencia 10 A, 100 V, y 50 W..

límite de la unión

límite de disipación de potencia

Área de funcionamiento

seguro

Límite de avalancha secundaria

límite de tensión

10,0

5,0

2,0

1,0

0,5

Disipación de Potencia en Transistores

Con un ventilador o un sistema de aire acondicionado se puede reducir TA, con lo que la potencia máxima PD, max puede aumentar

PD

JA

TJ, max

TA

Esta es la curva de degradación

Generalidades …

100%L

CC

P xP

Eficiencia del Amplificador ( )

donde:

= Potencia en la carga.LP

= Potencia entregada por la fuenteCCP

Amplificadores de Potencia Electrónica II

Amplificador de Potencia Clase A

• Se polariza en la zona de respuesta lineal.

• Capacidad de responder a señales de cualquier polaridad.

Ventaja

C CQ mi I I sen t m xC á CEQ CQP V ICQ mI I 360

Ci

CQI

t

mI

2 3 4

C máxI

C mínI

Ci

CEV

bI

CE máxV CE mínV CEQV

CQI

Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 9

Amplificador de Potencia Clase A

Emisor común: La transferencia de potencia a la carga es baja y circula IDC por RL.

A ideal = 25%

Por su elevada ganancia seutilizan como excitadoresde la etapa de salida en CI.

• Disipa potencia con Vi=0Desventaja

Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 10

Amplificador de Potencia Clase A

Acoplado con transformador:

Máxima transferencia depotencia a RL.

A ideal = 50%

Vo

Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 11

AMPLIFICADOR CLASE A

FUNCION TRANSFERENCIA

AMPLIFICADOR CLASE AIDEAL

Figura 10.11 (a) Etapa de salida en seguidor de emisor.

(b) Diagrama simplificado

(a) Diagrama de circuito que muestra los detalles del generador de corriente

AMPLIFICADOR CLASE AREAL

FUNCION DE TRANSFERENCIA DEL AMPLIFICADOR CLASE A

Amplificador de Potencia Clase B

Con simetría complementaria:

Sí: Vi>0Q1 en ON

Q2 en OFF

Sí: Vi<0Q1 en OFF

Q2 en ON

Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 13

Amplificador de Potencia Clase B

Ci

tmI

2 3 4

C mi I sen t

• Se polariza en el extremo de la zona de respuesta lineal.

• Capacidad de responder a señales de determinada polaridad.

• Necesita de etapa complementaria para dar una salida bipolar.

• No hay disipación de potencia con Vi = 0.

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Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 12

FUNCION DE TRANSFERENCIA DEL AMPLIFICADOR CLASE B

SEÑAL DE SALIDA DISTORSIONADA DEL AMPLIFICADOR CLASE B

AL AÑADIR LAS FUENTES DE TENSION DE POLARIZACION, SE REDUCE LA DISTORSION DE CRUCE POR CERO

AMPLIFICADOR CLASE ABIDEAL

AMPLIFICADOR CLASE AB REAL

Al ser la misma la corriente inversa de las uniones de los diodos y de los transistores, tendremos que:

las corriente de emisor de los transistores son la mismas que las corrientes de los diodos.

POLARIZACION AMPLIFICADOR CLASE AB

PARA QUE LA TENSION VO SEA NULA, LA TENSION DE BASE DE LOS TRANSISTORES HA DE SER:

LAS RESISTENCIAS HAN DE SER IGUALES

AMPLIFICADOR COMPLEMENTARIO DE CLASE B QUE UTILIZA TRANSISTORES EN CONFIGURACION

DARLINGTON

ETAPA DE SIMETRIA SEMICOMPLEMENTARIA DE CLASE B, QUE UTILIZA TRANSISTORES NPN PARA AMBOS DISPOSITIVOS PRINCIPALES DE SALIDA

FIN