GRUPO 4

AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE B

Realizado por:Manuel Sagbay.

Patricio Parra.Sandra Chacha.

Jaime Huilca.

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AMPLIFICADOR DE POTENCIA

Se puede definir amplificador de potencia como la etapa, cuyo objetivo es entregar la máxima potencia a la carga, con la mínima distorsión y con el máximo rendimiento, sin sobrepasar ni en las condiciones más desfavorables de funcionamiento, los límites máximos permitidos de disipación de potencia de los elementos empleados.

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Señal

Entrada

Fuente auxiliarde potencia

Señal tratada

Salida

Potencia

Entrada

Señal de cebado

Potencia modificada

Salida

Electrónica de Señal Electrónica de Potencia

• Amplificación• Ganancia

• Conversión• Rendimiento

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AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE B

• CARACTERÍSTICAS GENERALES La señal de salida circula durante medio ciclo de la señal entrada El transistor se polariza en el límite de corte, por lo que en ausencia de señal de entrada, la distorsión es muy elevada El rendimiento teórico máximo es del 78.5%; en la práctica se obtiene entre el 50% y el 65%. Admiten señales de entrada de mayor amplitud que en clase A.

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RELACIÓN DE SALIDA DE LAS CLASES DE AMPLIFICADORES

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RECTAS DE CARGA DINÁMICAS Y ESTÁTICAS

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LA SEÑAL DEL AMPLIFICADOR DE CLASE B

AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE B EN CONTRAFASE Ó PUSHPULL

Utiliza dos transistores, uno NPN y otro PNP (simétricos complementarios), en contrafase que conducen alternativamente en función de si la señal de entrada es positiva o negativa (de ahí el nombre de push-pull)

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FORMAS DE ONDA PARA UN ÚNICO TRANSISTOR, POLARIZADO EN CLASE B

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RECTA DE CARGA COMPUESTA UTILIZADA PARA EL DISEÑO DE UN

AMPLIFICADOR CLASE B EN CONTRAFASE

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CARACTERÍSTICA DE TRANSFERENCIA EN LA ETAPA DE

SALIDA CLASE B

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La potencia entregada a la carga por un amplificador se extrae de la fuente de alimentación (o fuentes de alimentación) que proporciona la entrada o potencia de cd. La cantidad de esta potencia de entrada se calcula con

donde es la corriente de cd o promedio extraída de las fuentes de alimentación. En cualquiera de los dos casos, el valor de la corriente promedio extraída se expresa como

donde es el valor pico de la forma de onda de corriente de salida. Al utilizar la ecuación en la ecuación de entrada de potencia obtenemos

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POTENCIA DE ENTRADA (CD)

Podemos calcular la potencia entregada a la carga (normalmente conocida como resistencia RL) con cualquiera de varias ecuaciones. Si utilizamos un medidor rms para leer el voltaje a través de la carga, calculamos la potencia como

Si utilizamos un osciloscopio, podemos utilizar el voltaje de salida leído pico, o de pico a pico:

Cuanto mayor sea el voltaje rms o de salida pico, más grande será la potencia entregada a la carga.

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POTENCIA DE SALIDA (CA)

La eficiencia del amplificador clase B se calcula con la ecuación básica

Con las ecuaciones (3) y (5) en la ecuación de eficiencia se obtiene

[con ]. La ecuación (6) muestra que cuanto más grande es el voltaje pico, más alta es la eficiencia del circuito, hasta un valor máximo cuando , y esta eficiencia máxima es entonces

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EFICIENCIA

La potencia disipada (como calor) por los transistores de potencia de salida es la diferencia entre la potencia de entrada suministrada por las fuentes y la potencia de salida entregada a la carga,

donde es la potencia disipada por los dos transistores de potencia de salida. La potencia disipada manejada por cada transistor es entonces

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POTENCIA DISIPADA POR LOS TRANSISTORES DE SALIDA

Para operación clase B, la potencia de salida máxima se entrega a la carga cuando

La corriente de ca pico correspondiente es entonces

de modo que el valor máximo de la corriente de salida de la fuente de alimentación es

Con esta corriente para calcular el valor máximo de la potencia de entrada, el resultado es

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CONSIDERACIONES ACERCA DE LA POTENCIA MÁXIMA

La eficiencia máxima del circuito para operación clase B es entonces

Cuando la señal de entrada resulta menor que la excursión de la señal de salida máxima, la eficiencia del circuito es de menos de 78.5%.

Para la operación clase B, la potencia máxima disipada por los transistores de salida no ocurre en la condición de entrada o salida de potencia máxima. La potencia máxima disipada por los dos transistores de salida ocurre cuando el voltaje de salida a través de la carga es

Para una disipación de potencia del transistor máxima de

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FORMAS DE ONDA A SALIDA MÁXIMA PARA UN TRANSISTOR EN UNA ETAPA DE SALIDA CLASE B

a) Corriente de colectorb) Tensión colector-

emisorc) Disipación de potencia instantánea en el

transistor

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Amplificador de Potencia en contrafase, Clase B con simetría complementaria, utilizando una sola fuente de alimentación. El Condensador se carga durante la conducción de T1 y se descarga durante la conducción de T2.

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Al introducir el condensador, se hace al circuito dependiente de la frecuencia. Conforme disminuye la frecuencia de la señal, aumenta la tensión en el condensador y disminuye en la carga, reduciendo la ganancia del amplificador.

El punto de media potencia, o de 3 dB, especifica la frecuencia más baja de corte. Esta es la frecuencia que provoca una caída de 3 dB, Av = 0.707 en la amplitud de salida.

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DISTORSIÓN DE CRUCE En la figura se aprecia la evolución de la señal de

salida, conforme aumenta el nivel de la señal de entrada. La distorsión de cruce disminuye según aumenta la entrada, pero llega un momento en que la señal se recorta como consecuencia de trabajar en la zona de saturación de los transistores.

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EJEMPLO

Para un amplificador clase B que proporciona una señal pico de 20 V a una carga de (Bocina) y una fuente de alimentación de , determine la potencia de entrada, la potencia de salida y la eficiencia del circuito.

SOLUCIÓN:

Una señal pico de 20 V a través de una carga de produce una corriente de carga

El valor de cd de la corriente extraída de la fuente de corriente es entonces

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y la potencia de entrada suministrada por el voltaje de alimentación es

La potencia de salida entregada a la carga es

para una eficiencia resultante de

Para un amplificador clase B anterior, determine la potencia de entrada máxima y la disipación del transistor.

SOLUCIÓN:La potencia de salida máxima es

La potencia de entrada máxima extraida de la fuente de voltaje es

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La eficiencia del circuito por tanto

Como se esperaba. La potencia máxima disipada por cada transistor es

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AMPLIFICADOR DE POTENCIA CON TRANSISTOR NPN

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AMPLIFICADOR DE POTENCIA CON TRANSISTOR PNP

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AMPLIFICADOR DE POTENCIA CON TRANSISTOR EN CONEXIÓN PUSHPULL

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AMPLIFICADOR DE POTENCIA CON TRANSISTOR EN CONEXIÓN PUSHPULL

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BIBLIOGRAFÍA AGUILAR PEÑA, J. D.; DOMENECH MARTÍNEZ, A.;

GARRIDO SÁNCHEZ, J. Simulación Electrónica con PsPice. Ed. RA-MA. Madrid, 1995.

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RASHID, M. H. Circuitos microelectrónicos. Análisis y diseño. Thomson, 2000.

RUIZ, ROBREDO, G. A. Electrónica básica para ingenieros. Dpto. Electrónica y Computadores.Facultad de ciencias, Universidad de Cantabria.

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SAVANT, C. J. et al. Diseño electrónico. Addison Wesley iberoamericana, 1992. 30