Amplificadores Alta Eficiencia

7/24/2019 Amplificadores Alta Eficiencia

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AMPLIFICADORES DE ALTA EFICIENCIA

Nelson Antonio Becerra [email protected]

Jaime Alberto Lpez [email protected]

Uniersi!a! !el "#in!$o%ro&rama !e 'n&enier$a (lectrnica

)ac#lta! !e 'n&enier$asArmenia* Colombia

2++5
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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Amplificadores de Alta Eficiencia

Los circ#itos ampli,ica!ores son clasi,ica!os !e ac#er!o a s# con,iracin y a losm-to!os !e operacin en clase A* B* AB* C* * (* )* /* 0 y 1. Los primeros A3C4 ehiben #na e,iciencia aceptable para alnas aplicaciones* mientras 6#e los7ltimos 314 presentan altas e,iciencias 6#e permiten aplicaciones en

ra!iocom#nicaciones !on!e j#e&a #n papel m#y importante la potencia !e sali!a enrelacin con la potencia !isipa!a por el ampli,ica!or. (n este trabajo se !escriben losampli,ica!ores clase (* )* /* 0 y 1* obseran!o s#s mo!os !e trabajo j#nto con s#scaracter$sticas m8s importantes.

Amplificador clase E:Un ampli,ica!or clase ( #tiliza #n solo transistor ener&iza!o para operar como #nconm#ta!or* conecta!o a #na re! !e car&a pasia. La re! !e car&a menos complica!aconsiste en #n circ#ito sintoniza!o en serie Lo 3 Co4 6#e conecta el colector a la car&ay #na capacitancia C 6#e !es$a a tierra al colector. La capacitancia C !e !eriacinest8 con,orma!a est8 ,orma!a por la capacitancia C9 inherente al transistor y la C2*6#e se a&re&a para hacer 6#e el ampli,ica!or opere en la ,orma !esea!a. Como el

ampli,ica!or clase ( p#e!e #tilizar la capacitancia en !eriacin con el conm#ta!or* lasp-r!i!as !e potencia 6#e oc#rrir$an en la operacin clase C* a ca#sa !e esacapacitancia* p#e!en eliminarse* mejoran!o as$ la e,iciencia &lobal !el ampli,ica!or. La)ira 9 m#estra #n ampli,ica!or clase (.

)ira 9. Ampli,ica!or clase (. a4 Circ#ito b4 Circ#ito (6#ialente

:peracin y an8lisisLa operacin !e #n ampli,ica!or clase ( p#e!e analizarse me!iante c#atro s#p#estosrespecto al circ#ito;


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9. La bobina R)C tiene #na reactancia lo s#,icientemente &ran!e para 6#e lacorriente '!c 6#e circ#le por ella sea constante.

2. (l " !el circ#ito !e sali!a serie sintoniza!o Lo 3 Co4 es lo s#,icientemente&ran!e como para 6#e la corriente !e sali!a y consec#entemente el oltaje seasin#soi!al4.


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!e apa&a!o a encen!i!o* la potencia !isipa!a en ese tr8nsito es !espreciable. Unbene,icio a!icional !e la operacin ptima es #na sensitii!a! re!#ci!a anteariaciones pe6#eEas en los elementos !e circ#ito* !e la ,rec#encia y !el ciclo !eoperacin.

)ira 2. )ormas !e on!a !e #n ampli,ica!or clase

%ara !eterminar los alores !e B y D para operacin ptima* es menester en primerl#&ar an#lar sim#lt8neamente y s# !eria!a respecto a > para > ? 2 y. (sto !e

? 3


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0.577Vcc R

y la corriente !e entra!a es '!c ? cc9.K


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LRFC3

M1L3

+vi-

Co Lo

-Vdd

Vdd

RL

)ira 4 es cero. (ntonces*

9

la corriente !e !c est8 !a!a por

Vom

I =Idm

= VDD8

G

la potencia !e !c se epresa

dc

P= V

Idm *

dc DD

a!em8s la corriente ,#n!amental esI =

Idm sin( )

om2

y la potencia m8ima ,#n!amental !e sali!a

entonces la e,iciencia m8ima es

Po max

=

Idm

4

Vom

Idc

9V

=P

o max .100 = 4 . 8 .100 = 88.36%

Pdc

Idc

VDD

Amplificador clase G

Una ampli,ica!or clase / es #na ersin m8s e,iciente 6#e #n ampli,ica!or clase AB* elc#al #sa conm#tacin para !ismin#ir el cons#mo !e potencia e incrementar lae,iciencia. (ste mo!o #sa !os o m8s j#e&os !e transistores !e ren!imiento conecta!osa !i,erentes s#ministro !e oltajes.(l ,#ncionamiento !el ampli,ica!or clase / inol#cra el cambio !e la ,#ente !e oltaje!es!e #n niel bajo a #n niel m8s alto c#an!o se re6#ieren la m8ima oscilacin !esali!a. (isten arias maneras !e hacer esto. (l camino m8s simple inol#cra #naetapa !e #n ampli,ica!or clase AB el c#al es conecta!o a !os ,#entes !e oltaje porme!io !e !io!os* o #na conm#tacin con transistores. :tro acercamiento #sa !osclase AB en la etapa !e sali!a* ca!a #no conecta!o a !i,erentes ,#entes !e oltaje*!on!e la ma&nit#! !e la seEal !e entra!a !etermina la trayectoria !e la seEal. Usan!o

D


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!os ,#entes se mejora la e,iciencia lo s#,iciente para permitir si&ni,icatiamente m8spotencia para #na !etermina!a car&a.

Amplificador clase (sta clase !e ampli,ica!or #sa #n banco simple o transistores !e sali!a conecta!os a#n s#ministro !e bajo oltaje* j#nto con alnos me!ios para conm#tar a #n

s#ministro !e s#perior oltaje c#an!o sea re6#eri!o. e este mo!o el ampli,ica!orpresenta #n ecelente ren!imiento. (ste m-to!o tiene los mismos bene,icios t-rmicoscomo el clase /* pero eita el sen!o banco !e transistores !e sali!a* re!#cien!o eltamaEo y costo !el ampli,ica!or. La operacin !el clase 0 toma el !iseEo !el clase /#n paso m8s all8 y mo!#la el s#ministro !e oltaje m8s alto por la seEal !e entra!a.(sto permite al s#ministro !e potencia rastrear la seEal !e entra!a y proporcionar eloltaje s#,iciente para #na operacin ptima !e los !ispositios !e sali!a esto seconoce como Orail3tracPerQ 4. La e,icacia !e clase 0 es comparable a los !iseEos !elclase /.

Amplificador clase S

La t-cnica clase 1 se inento en 9


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)ira =b. )ormas !e on!a !el ampli,ica!or clase 1.

La corriente !e sali!a Io(

)

se pro!#ce por la aplicacin !el oltaje !e sali!a Vo( ) a

la car&a RG la corriente Io(

)

se etrae me!iante el ,iltro pasabalas y* en #n tiempo

!a!o* por #no !e los transistores o !io!os !e conm#tacin. Un ampli,ica!or pro!#ce#na corriente !e sali!a 6#e p#e!e ser positia o ne&atia; se re6#iere entonces !ostransistores y !os !io!os* como se m#estra. Un mo!#la!or pro!#ce solo corriente !esali!a y* por lo tanto solo re6#iere !e #n transistor y #n !io!o como re6#iere #nrela!or !e conm#tacin4. (l capacitor !e blo6#eo Cb !e cc en el ampli,ica!or sep#e!e eliminar si se !ispone !e ,#entes !e po!er positia y ne&atia.


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Fig!" #"$ Mod%"do! &%"'( )$

)ira 5b. )ormas on!a !el mo!#la!or clase 1.

(l oltaje !e sali!a !el mo!#la!or p#e!e tener c#al6#ier alor entre 0 y Vcc* enconsec#encia* la sali!a pico !e #n mo!#la!or clase 1* es simplemente;

2

P (mod) Vcc

0

(n el ampli,ica!or mostra!o* Vom 1Vcc2

R

y para seEales sin#soi!ales

P (amp) =Vom

Vcc0 2R 8R(n c#al6#ier caso* los !ispositios actios no eperimentan oltajes ni corrientes n#lossim#lt8neamente* !e tal s#erte 6#e el ampli,ica!or y el mo!#la!or son en teor$a

1

e,icientes en #n 9++. %ara #n ampli,ica!or clase 1*

clase B4.

P max =

8ial 6#e para #n

2 2


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(,iciencia(l ampli,ica!or clase 1* como otros !e conm#tacin* tiene #na e,iciencia menor !el9++ a ca#sa !e los e,ectos !e oltaje y resistencia !e sat#racin* !e capacitancia !e!eriacin y !el tiempo n#lo !e transicin. Los e,ectos !e los tres primeros p#e!entratarse !e ial ,orma 6#e en el clase . (l oltaje !e sat#racin se maneja #san!o

Veff = Vcc Vsat

y la resistencia !e sat#racin es e6#ialente a #n resistor en serie

con la car&a.

Los e,ectos !e tiempo !e transicin sobre la e,iciencia p#e!en analizarseaproima!amente en ,orma semejante a como se hizo en el clase . 1in embar&o*como !i,ieren la ,orma !e on!a !e la corriente* las ,orm#las estableci!as para enampli,ica!or clase no se aplican al clase 1. (n &eneral* la corriente !e sali!a esesencialmente constante en el tiempo !e transicin.Como hay !os transiciones en ca!a ciclo !e la ,rec#encia !e conm#tacin* la potenciaprome!io !isipa!a sobre #n ciclo !e la seEal 6#e a hacer ampli,ica!a4 es;

2

P =

S

d 4 VccA

on!e A in!ica el prome!io !el alor absol#to !e la corriente !e sali!a y S es el

tiempo !e transicin conerti!o en ra!ianes a la ,rec#encia !e conm#tacin4. %ara #nampli,ica!or con #na corriente senoi!al*

A =Vcc

.R


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!i"lio#raf$aSra#ss* Bostain* y Ra. (sta!o 1li!o en 'n&enier$a !e Ra!iocom#nicaciones.

John Tiley 1ons* NeV orP* 9H+.

1aa! Al31hahrani. esi&n o, class3e ra!io ,re6#ency poVer ampli,ier.ir&inia %olytechnic 'nstit#te an! 1tate Uniersity. J#ly 2++9*BlacPsb#r&* ir&inia.

%atricP "#ilter. Ampli,ier Anatomy 3 %art 9. "1C A#!io %ro!#cts* 'nc.Article in 1o#n! i!eo Contractor )eb. 2+* 9

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