Amplificadores Clase B y AB 19616

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Amplificadores de Clase B


En la operacin en clase B la red de polarizacin mantiene al transistor en corte y ste entraen conduccin cuando se presenta la seal de CA.En clase B un transistor conduce corriente solo durante medio ciclo de la seal de entrada(180 si la seal de entrada es senoidal), es por eso que para tener el ciclo completo de laseal de entrada es necesario utilizar dos transistores y lograr que cada uno de ellosconduzca en cada medio ciclo. Amplificadores de Clase B

La operacin en clase B tambin es conocida como operacin en contrafase.Como se ver mas adelante, los amplificadores en clase B alcanzan una eficiencia mximade 78.5%. La figura 1 muestra el diagrama en bloques de la operacin en contrafase, una seal de CA es aplicada a la entrada del amplificador y cada uno de los bloques se encarga detransferir a la carga la potencia de CA requerida para cada semi-ciclo de la seal de entrada.


Figura 1. Representacin en bloques de la operacin en clase B Amplificadores de Clase B

Amplificador clase B acoplado por transformadorLa figura 2 muestra el esquema circuital bsico de un amplificador clase B acoplado portransformador. En la figura aparecen dos transformadores, el primero de la izquierda conderivacin central para obtener dos seales desfasadas 180 y el segundo, para acoplar lacarga. Examinemos el comportamiento de este circuito considerando transistoresideales(V BE = 0 V ). Amplificadores de Clase B

Figura 2 Diagrama circuital para el amplificador clase B acoplado por transformador Amplificadores de Clase B

En el semi-ciclo positivo de la seal de entrada i B 1 =0 y por ende i C 1 =0 y el transistor T1esta en corte. Por su parte, iB 2 >0 por lo que el transistor T2 entra en conduccin y sepresenta la corriente de colector i C2 .En el semi-ciclo negativo los papeles se invierten, esto es i B 2 = 0, i C 2 = 0 y el transistor T2esta en corte. i B 1 >0, el transistor T1 entra en conduccin y se produce la corriente decolector C1 i . Amplificadores de Clase B

La corriente en la carga va a estar dada por

Las grficas de la corriente en todo el ciclo de la seal de entrada se muestran en la figura 3.En la prctica, sabemos que los transistores no son ideales y por lo tanto solo empezarn aconducir cuando la seal de entrada supere el voltaje de umbral de la juntura base-emisor( 0.7V ), entonces, en la forma de onda de la corriente en la carga sera como la mostradaen la figura 4.


Como puede apreciarse, la onda se ve un poco distorsionada en los valores cercanos a cero, por esta razn, a este tipo de distorsin se le denomina distorsinde cruce por cero.


Figura 3. Formas de onda de corriente en el amplificador clase B acoplado por transformador.


Figura 4. Forma de onda de iL por efectos del voltaje de umbral Amplificadores de Clase B

ANALISIS DEL CIRCUITOPara analizar el comportamiento de este amplificador basta con estudiar solo una mitad del circuito, dado que mientras una mitad esta activa, la otra no. El circuito equivalente se muestra en la figura 5. Amplificadores de Clase B

Figura 5 Mitad del circuito amplificador clase B Acoplado por transformador Amplificadores de Clase B


Figura 6. Rectas de carga para el amplificador clase B Acoplado por transformador Amplificadores de Clase B

POTENCIA CD DE ENTRADA:La potencia que se suministra por parte de la fuente o fuentes de alimentacin, puedecalcularse haciendo uso de la ecuacin:


Donde Icd es la corriente promedio consumida de las fuentes de alimentacin. El valor de esta corriente promedio puede expresarse como:


Donde i LP es el valor pico de la corriente a la salida del amplificador. La potencia de entrada se puede calcular entonces como:


POTENCIA CA DE SALIDALa potencia que se suministra a la carga puede calcularse usando cualquiera de lasecuaciones vistas anteriormente, ya sea utilizando valores rms, pico o pico a pico, porejemplo:


Cuanto mayor sea el voltaje de salida, mayor ser la potencia entregada a la carga.EFICIENCIALa eficiencia del amplificador clase B puede calcularse haciendo uso de la ecuacin bsica:



POTENCIA DISIPADA POR LOS TRANSISTORES DE SALIDALa potencia disipada como calor en los transistores de potencia de salida es la diferencia entre la potencia de entrada y la potencia de salida suministrada a la carga.

Donde P2c es la potencia disipada por los dos transistores de potencia de salida.


La potencia de salida disipada por cada transistor es:

Amplificador clase B directamente acopladoLa figura 7 muestra el esquema circuital de un amplificador clase B en el que se utilizan dos fuentes de alimentacin y la carga esta directamente conectada a los transistores depotencia. Amplificadores de Clase B

Figura 7 Diagrama circuital para el amplificador clase Bdirectamente acoplado


El funcionamiento del circuito se puede explicar observando que cuando i(t)es positiva eltransistor T1 conduce mientras el transistor T2 permanece en corte. En este caso, la corriente de colector iC1 circula por la carga RL e iL= iC1. Cuando i(t) es negativa, el transistor T2 esta en conduccin mientras el transistor T1 permanece en corte. En este caso la corriente que circula por la carga es iL=-C2. Amplificadores de Clase B

Estos resultados se representan grficamente en la figura 8. Ntese que se presenta distorsin de cruce por cero en la seal de salida.


Figura 8. Formas de onda para el amplificador clase B directamente acoplado

Amplificadores de Clase AB

Amplificador clase ABHasta ahora se ha visto que los amplificadores en clase B proporcionan una mayoreficiencia que los amplificadores clase A, sin embargo, en los amplificadores clase A laseal no presenta distorsin de cruce por cero debido a que el transistor trabaja siempre enla regin activa. Amplificadores de Clase AB

Para tener un amplificador que no presente distorsin y siga teniendo una buena eficiencia, se presenta el funcionamiento en clase AB, en el cual, la juntura base emisorde los transistores de potencia se polariza a un nivel de voltaje cercano a los 0.7voltios, de de tal forma que una pequea variacin de la seal de entrada lleve al transistor a la regin activa.


La operacin en clase AB disminuye e incluso puede eliminar por completo la distorsin de cruce por cero.Los diagramas circuitales de los amplificadores en clase AB son bsicamente los mismos que los de los amplificadores clase B, solo que se adicionan redes de polarizacin, tambin llamadas redes de disparo. Las consideraciones de potencia de entrada, potencia de salida yeficiencia son las mismas que para los amplificadores en clase B. Amplificadores de Clase AB

Amplificador directamente acoplado en clase ABLa figura 9 muestra el diagrama circuital de un amplificador clase B al que se le ha adicionado una red de polarizacin resistiva para lograr un funcionamiento en clase AB. Los valores de los resistores deben ser tales que el voltaje base-emisor de cada transistor sea cercano a los 0.7 Voltios. Amplificadores de Clase AB

Figura 9. Amplificador clase AB directamente acoplado Amplificadores de Clase AB

El funcionamiento del circuito es exactamente igual al circuito mostrado en la figura 7,y las formas de onda son las mismas que las mostradas en la figura 8, con la diferenciaque en la corriente de salida no se presenta distorsin de cruce por cero. Amplificadores de Clase AB

Amplificador clase AB en simetra complementariaUna de las configuraciones mas utilizadas para los amplificadores de potencia es la del amplificador clase AB en simetra complementaria, ya que elimina la necesidad de tener transformadores a la entrada del amplificador para acoplar la seal a la base de los transistores. Amplificadores de Clase AB

En su lugar, utiliza un par de transistores complementarios es decir, transistores de iguales caractersticas pero uno PNP y otro NPN. Este amplificador puede tambin funcionar en clase B, sin embargo, es ms deseable su comportamiento en clase AB para eliminar los efectos de la distorsin en la seal de salida.


La figura 10 muestra un amplificador clase AB en simetra complementaria, con una redde disparo compuesta por resistores y con dos fuentes de polarizacin. El funcionamientode este amplificador es el siguiente:Cuando el voltaje de entrada es positivo, el transistor T1 entra en conduccin mientras eltransistor T2 permanece en corte. La corriente de base de T1 origina la corriente de emisorie1 y la corriente que va por la carga es iL= ie1. . Amplificadores de Clase AB

Cuando el voltaje de entrada es negativo, el transistor T2 entra en conduccin mientras eltransistor T1 permanece en corte. La corriente de base de T2 origina la corriente de emisorie2 y la corriente que va por la carga es iL= -ie2.Las formas de onda son las mismas mostradas en la figura 8 con la diferencia que en lacorriente de salida no se presenta distorsin de cruce por cero.


Las consideraciones de potencia para este amplificador son las mismas que para elamplificador clase B acoplado por transformador.


Figura 10. Amplificador clase AB en simetra complementariacon red de disparo resistiva Amplificadores de Clase AB

La figura 11 muestra un amplificador clase AB en simetra complementaria en donde lared de disparo esta compuesta por diodos y solo se hace uso de una fuente de alimentacin.Por sus caractersticas, vale la pena hacer el anlisis de AC y DC.


Figura 11 Amplificador clase AB en simetra complementaria con red de disparo compuesta por diodos Amplificadores de Clase AB

En condiciones de DC, los transistores estn en corte, por lo que idealmente se tendracircuito abierto en los terminales Colector-Emisor de cada uno, sin embargo, en la prcticalo que se tiene es una impedancia Colector-Emisor de varios Megaohms, con esto, la mallade salida queda de la forma mostrada en la figura 12:


Figura 12. Malla de salida en DC para el amplificador de la figura 13 Amplificadores de Clase AB



Figura 13. Rectas de carga para el amplificador de la figura 13. Amplificadores de Clase AB

Las consideraciones de potencia son exactamente iguales a las de los amplificadores claseB ya vistos, sin embargo, hay que tener en cuenta una situacin sumamente importante:La fuente de polarizacin solo entrega corriente durante medio ciclo de la seal de entraday durante el otro medio ciclo lo hace el condensador de salida que se ha cargado a Vcc/2, Amplificadores de Clase AB

Por esto la corriente promedio que se consume de la fuente de alimentacin es

Recuerde que iLP es el valor pico de la corriente a la salida del amplificador.Con esta consideracin para la corriente consumida por la fuente, compruebe que laeficiencia mxima de este amplificador sigue siendo = 78.5%.


Fin

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