Post on 25-Oct-2015
74
ETAPA DE POTENCIA
Los sistemas eléctricos lineales destinados al accionamiento de algún elemento de control
(válvulas hidráulicas, motores, bobinas de deflexión, parlantes, antenas, líneas telefónicas,
etc.) utilizan en su etapa final, un amplificador capaz de entregar al actuador la potencia
requerida.
En los casos en que la potencia a entregar es de apenas unos mw (señales débiles), los
circuitos no difieren mucho de los ya estudiados.
Cuando la potencia de salida supera los 100 mw (señales fuertes), las técnicas de diseño son
totalmente diferentes, ya que las impedancias que se manejan son relativas e influyen en los
parámetros de los dispositivos activos (transistores).
Clasificación de etapas de potencia
Según como se polaricen se pueden clasificar en:
1 . AMPLIFICADOR CLASE A
2 . AMPLIFICADOR CLASE B
3 . AMPLIFICADOR CLASE A-B
5 . AMPLIFICADOR CLASE D
4 . AMPLIFICADOR CLASE C
6 . AMPLIFICADOR CLASE E
7 . AMPLIFICADOR CLASE G
8 AMPLIFICADOR CLASE H
75
Amplificador de Clase A Amplificador clase B Amplificador Clase AB
La corriente de salida circula La corriente de salida sólo La corriente de salida circula durante todo el ciclo de la circula, durante medio ciclo durante algo más de medio señal de entrada (360°). de la señal de entrada. ciclo.
Son fundamentalmente Se utiliza cuando las potencias Se polarizan los transistores como lineales y se utilizan para de salida son del orden del watt. para que aunque no haya señal en Potencias muy pequeñas. El punto de trabajo (Q) esta la entrada, haya una pequeña
Las alinealidades de los situado, en el corte, por lo caída de tensión (Vbe), para circuitos, originan distorsión tanto un transistor conducirá vencer la inercia del tiempo que por 2º armónica y cuando solamente 180° (medio ciclo) tardan los transistores en llegar al son del orden del 1%, ya caso por el cual, para amplificar valor de tensión de polarización se percibe. Un circuito típico los 360°, se necesitan dos (0,7 V) para compensar la es un C-C o un D`arlington. transistores. distorsión por cruce. Ic vi Ic
Ic Ic
ic ic
I VCC Ic
ICQ=----------- Q Q
ic RL RCE RCE Q Icq
t Vce t Icq Vceq = Vcc vce t Vceq Vcc
VCEQ VCC Vce
Vce ic = I sen 2 Π f t
VCE El punto Q está en el centro de la RCE y no se producirá ninguna distorsión en la salida Vc t t t
76
Rendimiento del 25% Rendimiento del 78,5% Rendimiento del 60% o 70% a) Con señal en la entrada: a)Cuando no hay señal en la Se utiliza para armar habrá consumo de potencia entrada no hay consumo de audioamplificadores. de fuente, debido a la energía de fuente. polarización y disipación b)Cuando los transistores están del transistor. apareados se eliminan los errores
b) Sin señal en la entrada: armónicas pares.
También habrá consumo de c)En clase B se trabaja con Potencia de fuente, debido a transistores de potencia de un la polarización del transistor. valor, cinco veces menor que los que se deberían utilizar para Esto y su bajo rendimiento, son trabajar en clase A. las limitaciones del amplificador d)La desventaja de esta clase es de potencia “CLASE A”. la distorsión por cruce.
77
Simetría Complementaria:
Básicamente está compuesta por un par de transistores opuesto (PNP y NPN) y se utiliza
para pequeñas potencias (menores del W). Para todas las clases de etapas de potencia,
cuando se quiere trabajar con fuente simple, se debe incluir en el circuito de salida un C2.
Este se cargará en el primer semiciclo (cuando funciona el T1) y actúa de fuente para el T2
en el segundo semiciclo.
CLASE B CLASE A-B +Vcc
+ Vcc
R1
T1
T1
A D1 C2
Vi T2 RL D2
T2
RL
-Vcc R2
Cuando el semiciclo de la señal Cuando se construyen circuitos integrados es más fácil
de audio ingresa al punto A, el T1 fabricar muchos transistores, que formar un diodo, se polariza en directa y amplifica, por lo tanto, se hace trabajar al transistor como diodo
mientras el T2 (por ser PNP), está uniendo base con colector. al corte (no conduce);en el
siguiente semiciclo (-), el T2 se polariza en directa y amplifica, mientras que el T1 se va al corte.
78
Circuito práctico: Circuito practico: +Vcc
. +Vcc R4
T1
RV
R1 R4 T1 R C3 C3 D1
C1 V0 A
T3 R
T2 RL D2
R1 T2 RL
Vi R2 R3 C2 C1
-Vcc T3
Vi R2 C2
Etapa Excitadora potencia R3
En la práctica, hay generalmente una etapa excitadora y luego la simetría complementaria. En los dos casos el T3 actúa como excitador. En la clase A-B, la RV es para que cuando no hay señal, el nodo A, tenga un potencial de 0 Volt (condición que R3 = R4 ).
79
SIMETRÍA “ CUASI – COMPLEMENTARIA”
Se utiliza para manejar potencias más altas. En esta configuración se substituye cada transistor de salida (del sistema complementario), por un par de transistores. Se puede implementar para dos tipos de exigencias:
a)“D`arlington”: Maneja potencias medias, utilizando la configuración Darlington (NPN y PNP).
b) Cuasi-D´arlington: Para potencias más altas, fue muy difícil obtener pares complementarios
Dárlington, por lo que hubo que crear los pares Cuasi- Dárlington (NPN y PNP).
a)Simetría cuasi - complementaria “ Dárlington”:
Par D´arlington NPN Par D´arlington PNP
+ Vcc T2
T1
RL
T1
T2
- Vcc
RL
80
CLASE B CLASE A-B
Circuito Básico Circuito practico
+Vcc +Vcc
R5
T1 T3
T3 T1 R3 Vo C2
T4
Vi T2 R4
RL
R1 T2
-Vcc C1 T4
RL
T5
R2
81
b)Simetría Cuasi – Complementaria “Cuasi – D`arlington”:
Par Cuasi D`alington NPN: Par Cuasi D`arlington PNP:
+VCC
RL
T2
T1 T1
T2
RL
- Vcc
82
Clase B: Clase A-B
+Vcc
R5 T1
T3
+Vcc
C2
T3
T1 C
R1
T2 T4 RL
Vi T4 RL C1 T2
T5
R2
-Vcc
83
Un problema muy frecuente en este tipo de conexiones, es que la resistencia (R5) de salida del excitador T5 no se adapte con la resistencia de la etapa de potencia (que generalmente es menor); para solucionar esto, se substituye la R5 por una carga activa (fuente de corriente constante tipo espejo) para obtener una corriente Icq5 constante, y una resistencia mas alta.
84
En la práctica, las etapas excitadoras se diseñan con muy alta ganancia, se realimenta negativamente y se incluyen protecciones contra corto circuito (para RL = 0); por ejemplo para una etapa de potencia con simetría complementaria tenemos:
La Re1, se proyecta para que cuando por ella circule la corriente nominal del T1, produzca una caída de tensión menor que 0,7 V para que el T4 no conduzca. Si accidentalmente, cuando conduce (T1) se pone en corto la resistencia de carga (parlante) (RL = 0), la corriente que circulaba por T1 aumenta abruptamente por lo que también aumentará la caída de tensión en Re1 (> 0, 7 V) y (T4) comienza a conducir de tal forma que toda la corriente no pasa a través de T1, sino a través de T1 y T2 y no se
produce el embalamiento del T1. Para proteger al T2 lo que se limita, es la corriente en la base del excitador T3 para que el T2 no se embale.
85
Amplificador de clase C La corriente de salida circula durante menos de medio ciclo.
Amplificadores de Potencia de audio
Monoaurales tiene un solo canal (una sola salida)
Estereo, tienen 2 canales (2 de Salidas). Puenteado o Bridge, (una sola salida).
Amplificador Bridge, puenteado o monobloque
Es el que al puentear sus dos canales, adquiere mayor potencia; esto supone conectar cada
pin del parlante a la salida de cada canal y configurarlos para que den la misma señal de
salida, pero desfasadas 180º. Los más simples, tienen uno de los dos canales, invertido y
llevan la salida de uno, en la entrada del otro.
Al puentearlo, en el altavoz se duplican la tensión y corriente y por ejemplo; una carga de
8Ω se comportará como si fuera de 4Ω; una de 4Ω como de 2Ω, etc.
En este modo, el factor de damping (de amortiguamiento) baja a la mitad.
86
Conexión para lograr un amplificador Bridge