Amplificadores de Potencia

INEL4202 - Agosto 10, 2010

-VCC

VCC

0.7V

vi RL

+

-vCE

IEE

IEE+VCC/RL

VCC+IEERL

load line

iC

vCE

QIEE

VCC

Q1

Clase A

iC = IEE +VCC − vCE

RL

Para poder tener amplitud de vO maxima, Q debe es-tar en el medio de la linea de carga.

2IEE = IEE +VCC

RL

IEE = VCC

RL

PDC = 2× VCC × IEE = 2V 2

CC

RL

PL,max =v2

o,max

2RL=

V 2CC

2RL

ηmax =PL,max

PDC× 100% = 25%

Eficiencia máxima del Clase A

PL,max requiere que la salida sea la mas grande posible (sin recorte). Si PL no es la máxima, η < 25% pues PDC sigue teniendo el mismo valor.

las 2 fuentes dc

Disipación de potencia en el transistorCaso general: vO = Vpicosin(ωt)

iC = IEE + iL = IEE +vO

RL

=VCC

RL

+Vpico

RL

sin ωt

vce = VCC − vO = VCC − Vpico sin ωt

P (t) = iCvce =V 2

CC

RL

−V 2

pico

RL

sin2 ωt

PD =1

T

�T

0iCvcedt =

V 2CC

RL

−V 2

pico

RL

1

T

�T

0sin2 ωtdt

PD = V 2CC

RL− V 2

pico

2RL

Peor caso:

vO = 0 vce = VCC iC = IEE =VCC

RL

PD =V 2

CC

RL

= 2× PL,max

Ejemplo

1. Diseñe un amplificador clase A capaz de entregar 10 watts a una carga de 100Ω. Especifique VCC, IEE, y la potencia que deben poder entregar las fuentes d.c.

2. Determine la potencia que debe poder disipar el transistor si la salida es (a) aleatoria, y (b) una senosoidal de amplitud constante igual a VCC/2.

3. Cual es la eficiencia del amplificador en este ultimo caso?

Clase B y clase AB

VCC

-VCC

vi vo

RL

Q1

Q2

VCC

-VCC

vi vo

RL

Q1

Q2

Class B Class AB

R1

R2

D1

D2

Corriente promedio: IC,ave = VCC

πRL

Potencia promedio provista por cada fuente dc:

PDC = VCCIC,ave =V 2

CC

πRL

Potencia maxima disipada en la carga:

PLmax =V 2

CC

2RL

Eficiencia maxima:

ηmax =PLmax

2× PDC=

π

4× 100% ≈ 79%

PD en los 2 transistores, general

corriente colector

(peor caso, cada transistor)

PL =V 2

pico

2RLiC,ave =

Vpico

πRL

PDC =2

π

VCCVpico

RL

PD2 = PDC − PL =2

π

VCCVpico

RL−

V 2pico

2RL

∂PD2∂Vpico

= 0 para el valor de Vpico que produce PD maxima

Vpico =2

πVCC

PD =1

π2

V 2CC

RL

potencia provista por las 2 fuentes dc

Ejemplo

1. Diseñe un amplificador clase B capaz de entregar 10 watts a una carga de 100Ω. Especifique VCC y la potencia que deben poder entregar las fuentes d.c.

2. Determine la potencia que debe poder disipar el transistor si la salida es (a) aleatoria, y (b) una senosoidal de amplitud constante igual a VCC/2.

3. Cual es la eficiencia del amplificador en este ultimo caso?

-VEE

+VCC

vI

vO

RL

Ibias

D1

D2

QN

QP

Class AB biasing using two diodes

-VEE

+VCC

vI

vO

RL

Ibias

QN

QP

Q1R1

R2

Class AB biasing using a VBE multiplier

Q19

Q18

R10

VCC

-VEE

180µA

Q14

Q20

40k

Biasing of the uA741 third stage

180µA = iC18 +iC18

201+

vBE18

R10

vBE18 = 25mV log (iC18

10−14A)

1.005iC18 = 180µA− (.625µA) log (iC18

10−8µA)

iC18 = 164.5µA iC19 = 15.5µA vBE18 = 0.588V vBE19 = 0.529V

Vtotal = 0.588V + .529V = 1.117V = VBQ14 − VBQ20

vBE14 = vEB20 = 558.5mV

iC14 = iC20 = 3× 10−8µA× exp558.525

= 151µA

Parameter npn pnpIS 10−14A 10−14Aβ 200 50VA 125 50