Amplificadores de Potencia INDICE Amplificadores de Potencia 1

Amplificadores de Potencia

INDICE: Amplificadores de Potencia 1. 2. 3. 4. 5. Introducción: Definición Rendimiento Características Clasificación Disipación de Potencia en Transistores Amplificador de clase A Amplificador en clase B Amplificador en clase AB

Introducción: Circuito integrado Vi Amplificador Operacional Rangos de tensión y corrientes pequeños. Etapa de Potencia Vout Rangos de tensión y corrientes mas grandes. Alta ganancia para reducir la no linealidad y Transfiere mas potencia hacia a la carga con niveles aceptables de la distorsión. Puede introducir ganancia extra. Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 4

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

Introducción: Eficiencia 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) = potencia en los componentes disipación de

Introducción: Características ØEtapa de salida ØProporcionan grandes señales de potencia a sus cargas (altavoz público). ØCuanto menor es , mayor es la disipación y por tanto el calentamiento. ØOtro problema es la distorsión de no linealidad que se producen en las señales de potencia (grandes) ØLos modelos de pequeña señal NO VALEN Ø Proporcionan grandes señales de potencia a sus cargas (altavoz público).

Introducción: Clasificación de los amplificadores de potencia: • Clase AB • Clase C • otros … La clasificación esta dada según: • 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. Aplicaciones: • Clase A • Clase B • Clase AB Amplificadores de Potencia Audio frecuencias • Clase C Radio frecuencias Electrónica II

Introducción: 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 %)

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 ambiente TJ es la temperatura de la unión TA es la temperatura del ambiente

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 PD 1 PD 2 SOA VCE Cualquier punto por debajo de la hipérbola es un pto. de trabajo seguro.

10, 0 límite de la unión 5, 0 2, 0 1, 0 0, 5 límite de disipación de potencia Área de funcionamiento seguro Límite de avalancha secundaria límite de tensión Figura 10. 7. Área de operación segura para un transistor bipolar de potencia 10 A, 100 V, y 50 W. .

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 … Eficiencia del Amplificador ( ) donde: = Potencia en la carga. = Potencia entregada por la fuente Amplificadores de Potencia Electrónica II

Amplificador de Potencia Clase A • Se polariza en la zona de respuesta lineal. Ventaja • Capacidad de responder a señales de cualquier polaridad. 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. Por su elevada ganancia se utilizan como excitadores de la etapa de salida en CI. A ideal = 25% Desventaja • Disipa potencia con Vi=0 Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 10

Amplificador de Potencia Clase A Acoplado con transformador: Máxima transferencia de potencia a RL. Vo A ideal = 50% Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 11

AMPLIFICADOR CLASE A

FUNCION TRANSFERENCIA

AMPLIFICADOR CLASE A IDEAL

AMPLIFICADOR CLASE A REAL (a) Diagrama de circuito que muestra los detalles del generador de corriente

FUNCION DE TRANSFERENCIA DEL AMPLIFICADOR CLASE A

Amplificador de Potencia Clase B Con simetría complementaria: Sí: Vi>0 Sí: Vi<0 Amplificadores de Potencia Q 1 en ON Q 2 en OFF Q 1 en OFF Q 2 en ON Electrónica Analógica II 13

Amplificador de Potencia Clase B • Se polariza en el extremo de la zona de respuesta lineal. • Capacidad de responder a señales de determinada polaridad. • No hay disipación de potencia con Vi = 0. • Necesita de etapa complementaria para dar una salida bipolar. Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II 12

FUNCION DE TRANSFERENCIA DEL AMPLIFICADOR CLASE B

SEÑAL DE SALIDA DISTORSIONADA DEL AMPLIFICADOR CLASE B

AMPLIFICADOR CLASE AB IDEAL AL AÑADIR LAS FUENTES DE TENSION DE POLARIZACION, SE REDUCE LA DISTORSION DE CRUCE POR CERO

AMPLIFICADOR CLASE AB REAL

POLARIZACION AMPLIFICADOR CLASE AB 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.

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