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AMPLIFICADORES DE POTENCIA exixte clase A,B,AB,C

CLASE A:cuando Ic conduce en todo el periodo de señal es decir 360 grados de conduccion

la eficiencia es del 25% por el voltaje de saturacion no es cero

IcQ=Vcc/2*RL RL=Rc VcEQ=1/2*Vcc

exprecion ic en el domino del tiempo ic=IcQ+IcQ(sen wt) VcE=(1/2)*Vcc-(1/2)*Vcc*senwt

potencia instantanea disipada por el transistor Pt=0.5*IcQ*Vcc-0.5*IcQ*Vcc*sen^2(wt)

potencia promedio disipada en el transistor Pt(avg)=(1/4)*IcQ*Vcc

potencia instantanea en la carga PL=IcQ^2*RL*sen^2(wt)

potencia promedio en la carga PL=0.5*IcQ^2*RL

potencia maxima en la carga PLmax=(1/4)*Vcc*IcQ

---

seguidor de emisor con transformador: Np/Ns=Vp/Vs=I2/I1=a I1:corriente en el primario I2:coriente en el secundario

IcQ=Vcc/a^2*RL si hay una señal de entrada senoidal ic=IcQ+IcQ*senwt VcE=Vcc-Vcc*senwt

potencia instantanea disipada en el transistor Pt=Vcc*IcQ-Vcc*IcQ*sen^2(wt)

eficiencia es del 50%

transistor maxima potencia en ausencia de señal Ptmax=Vcc^2/a^2*RL

potencia promedio en el transistor Pt=Vcc^2/2*a^2*RL

potencia en la carga PL=0.5*Vcc^2/a^2*RL

CLASE B:cuando el punto Q se selecciona de tal modo q q la Ic existe solo en medio periodo positivo conuce

solo 180 grados cuando se utiliza esta clase aparece el crossover-el transistor esta polarisado en corte

CLASE AB:el punto Q se selecciona por encima de la region de corte en esta configuracion la Ic permanecera

por mas de 180 de este modo se evita la distorcion de cruce

CLASE C:se usa en la radiofrecuencia donde se usan los cktos lc , se selecciona de tal modo

q la Ic existe por menos dela mitad del ciclo positivoq la señal de entrada

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Puede definirse un filtro como cualquier dispositivo que modifica de un modo determinado una señal que pasa

a través de él. Algunos autores reservan la denominación de filtros para los dispositivos selectores de

frecuencia, es decir, aquellos que “dejan pasar” las señales presentes en ciertas bandas de frecuencia

y “bloquean” las señalesde otras bandas.

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Respuesta en frecuencia. Diagrama de Bode

El diagrama de fase de Bode representa la fase de la función de transferencia en función de la frecuencia

(o frecuencia angular) en escala logarítmica. Se puede dar en grados o en radianes

consta de dos gráficas separadas, una que corresponde con la magnitud de dicha función y otra que

corresponde con la fase

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El decibelio

Decibelio es la unidad relativa empleada en acústica y telecomunicaciones para expresar la relación entre

dos magnitudes, acústicas o eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia.

El decibelio, cuyo símbolo es dB, es una unidad logarítmica. Es un submúltiplo del belio, de símbolo B,

que es el logaritmo de la relación entre la magnitud de interés y la de referencia, pero no se utiliza

por ser demasiado grande en la práctica, y por eso se utiliza el decibelio, la décima parte de un belio.

El belio recibió este nombre en honor de Alexander Graham Bell.

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Los filtros eléctricos pasivos se implementan en general con inductores y capacitores. Dado que los inductores

son elementos, voluminosos, pesados y costosos, el empleo de filtros pasivos es poco conveniente excepto en

frecuencias bastante altas.

Los inductores pueden eliminarse mediante el uso de amplificadores y técnicas de realimentación en todo instante

o en instantes discretos

Decibelio es la unidad relativa empleada en acústica y telecomunicaciones para expresar la relación entre dos

magnitudes, acústicas o eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia.

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El decibelio, cuyo símbolo es dB, es una unidad logarítmica. Es un submúltiplo del belio, de símbolo B, que es

el logaritmo de la relación entre la magnitud de interés y la de referencia, pero no se utiliza por ser

demasiado grande en la práctica, y por eso se utiliza el decibelio, la décima parte de un belio. El belio

recibió este nombre en honor de Alexander Graham Bell.

La pérdida o ganancia de potencia de un dispositivo, expresada en decibelios viene dada por la fórmula:

dB=10*log(Ps/pe) donde PE es la potencia de la señal en la entrada del dispositivo, y PS la potencia

a la salida del mismo

Si hay ganancia de señal (amplificación) la cifra en decibelios será positiva, mientras que si hay pérdida

(atenuación) será negativa

Cuando se usa el decibel la ganancia global se obtiene por simple adición de las ganancias de los pasos

individuales

De igual forma la ganancia de tensión e intensidad en decibelios se expresa:

Gv=20*log(Vout/Vin)

Gi=20*log(Iout/Iin)

Una referencia comúnmente usada es la de un milivatio mW y en este caso la unidad se expresa abreviadamente

por dBm así para un nivel de potencia en decibeles con respecto a un milivatio tenemos:

Gp=10*(log(P2/10^-3)=10log(P2*10^3) [dBm] P2 en vatios

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FILTROS selectores de frecuencias

Un filtro es un circuito electrónico que posee una entrada y una salida. Deja pasar una banda de frecuencias y rechaza

otras. En la entrada se introducen señales alternas de diferentes frecuencias y en la salida se extraen esas señales

atenuadas en mayor o menor medida según la frecuencia de la señal. Si el circuito del filtro está formado por resistencias

, condensadores y/o bobinas (componentes pasivos) el filtro se dirá que es un filtro pasivo. Los filtros pasivos se construyen

con resistencias bobinas y condensadores.

-----grAFICA-- RESPUESTA IDEAL---La respuesta en frecuencia de un filtro es la gráfica de su ganancia de

tensión en función de su frecuencia.

Según su respuesta en frecuencia, los filtros se pueden clasificar básicamente en 4 categorías diferentes

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Filtro pasa bajos

Este tipo de filtro deja pasar todas las frecuencias desde cero hasta la frecuencia de corte y bloquea todas las frecuencias

que hay por encima de ésta

La frecuencia entre cero y la frecuencia de corte se le denomina banda pasante. Las frecuencias que están por encima de

la frecuencia de corte se le denominan banda eliminada. La zona entre la banda pasante y la banda eliminada se le denomina

zona de transición

Un filtro paso bajo ideal es aquel que presenta una atenuación cero en la banda pasante, atenuación infinito en la banda

eliminada y zona de transición vertical.

----grafica2---

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Filtro pasa altos:

Este tipo de filtro elimina todas las frecuencias desde cero hasta la frecuencia de corte y deja todas las frecuencias

que hay por encima de ésta

Un filtro paso alto ideal es aquel que presenta una atenuación infinito en la banda eliminada, atenuación cero en la banda pasante

y zona de transición vertical.

-----grafica3---------

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Filtro paso banda:

Este tipo de filtro elimina todas las frecuencias desde cero hasta la frecuencia de corte inferior, deja pasar todas las que hay por encima de

la frecuencia de corte inferior hasta la frecuencia de corte superior y elimina todas las frecuencias por encima de la de corte superior.

En este filtro existen dos frecuencias de corte, una inferior y otra superior.

-----grafica4----

----La banda eliminada comprende la frecuencia desde cero hasta la de corte inferior f1, y por encima de la frecuencia de corte superior.

La banda pasante comprende desde la frecuencia de corte inferior hasta la frecuencia de corte superior y dos zonas verticales

denominadas de transición. Un filtro ideal será el que presenta una banda eliminada con atenuación infinito desde cero Hz hasta la

frecuencia de corte inferior, banda pasante con atenuación cero zona comprendida f1- f2 y banda eliminada infinito por encima de la

frecuencia de corte superior, con dos zona de transición.

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Filtro elimina banda:

Este filtro elimina en su salida todas las señales que tengan una frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte inferior y otra de

corte superior.

Por tanto, estos filtros eliminan una banda completa de frecuencias de las introducidas en su entrada.

Las frecuencias por debajo de f1 y por encima de f2 son banda pasante con una atenuación cero y las comprendidas entre ambas

banda eliminada con atenuación infinito y dos zonas de transición verticales.

-----------figura5----

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Algunas definiciones más:

--Octava: Dos frecuencias están separadas una octava si una de ellas es de valor doble que la otra.

--Década: Dos frecuencias están separadas una década si una de ellas es de valor diez veces mayor que la otra.

-- Frecuencia de corte: Es la frecuencia para la que la ganancia en tensión del filtro cae de 1 a 0.707 (esto expresado

en decibelios, dB, se diría como que la ganancia del filtro se reduce en 3dB de la máxima, que se considera como nivel de 0dB).

En los filtros pasa banda y elimina banda existirán dos frecuencias de corte diferentes, la inferior y la superior..

--Ancho de banda: (BW:bandwidth). El ancho de banda de un filtro es la diferencia entre las de frecuencias de corte superior y de

corte inferior

BW = f2-f1

--Frecuencia central: La frecuencia central fc o fo se define como la media geométrica de las frecuencias de corte.

fo= ƒf1*f2 raiz

--Factor Q. El factor Q de un filtro se define como

Q = fo/BW

--Si Q > 10 La frecuencia central es la media de la s frecuencias de corte.

Fo=(f1+f2)/2

--Si Q < 1, El filtro se llama filtro de banda estrecha

--Si Q > 1, El filtro se llama de banda ancha

--Banda atenuada: Es el rango de frecuencias que el filtro atenúa más de 3dB

--Orden del filtro: Se diferencia entre orden de un filtro pasivo y orden de un filtro activo.

Se denomina orden de un filtro pasivo (representado por n) al número de autoinducciones y condensadores en el filtro. Si un filtro

tiene dos conden

sadores y dos autoinducciones se dice que es de orden 4.

El orden de un filtro activo depende del número de circuitos RC (llamados polos) que contenga. Como idea aproximada para

determinar el orden

de un filtro activo dependerá del número de condensadores

N = nº de condensadores

--Filtro de primer orden: atenúa 20dB/década fuera de la banda de paso.

--· Filtro de segundo orden: atenúa 40dB/década fuera de la banda de paso.

--· Filtro de tercer orden: atenúa 60dB/década fuera de la banda de paso.

· -- Filtro de orden n: atenúa (20n)dB/década fuera de la banda de paso.

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APROXIMACIONES EN LA RESPUESTA DE FRECUENCIA

Son cinco las aproximaciones a considerar y son un compromiso entra las características de banda pasante, banda eliminada y zona de transición.

--a.- Aproximación Butterworth.

También se denomina Aproximación máxima plan ya que la atenuación en la mayor parte de la banda pasante es cero y disminuye hasta Ap al final

de la banda pasante. Por debajo de la frecuencia de la frecuencia de inflexión (frecuencia de corte superior), la respuesta decae a un ritmo

de 20dB por década, donde n es el orden del filtro.

--Q= 0.707

-.....grafica6....Pendiente = 20n dB/década

---b.- Aproximación Chebyshev

Este tipo de filtros consiguen una caída de la respuesta en frecuencia más pronunciada en frecuencias bajas debido a que permiten más rizado que

otros filtros en alguna de sus bandas. Existen dos tipos de filtros de Chevyshev

Filtros de Chevyshev de tipo I

Son filtros que únicamente tienen polos, presentan un rizado constante en la banda pasante y presentan una caída monotónica en la banda no pasante.

Momotónica significa que la banda eliminada no tiene rizado.

grafica 7 .... El número de rizados en la banda pasante de un filtro paso bajo es igual a la mitad del orden del filtro.

--c.- aproximación inversa Chebyshev de tipo II

Se utiliza en los que es necesario una respuesta plana en la banda pasante , además de una atenuación rápida,. Tiene una respuesta plana en

la banda pasante y un rizado en la banda eliminada

....grafica...

---D.- aproximación elíptica o filtro de Cauer.-

Es muy útil cuando se requiere la mayor pendiente en la zona de atenuación, pudiendo ser aceptados los rizados en las bandas pasantes y eliminadas.

....grafica8 ...

----e.- Aproximación Bessel.-

Tiene una panda pasante plana y una banda eliminada monotónica parecida a la aproximación de Butterworth.

Están diseñados para tener una fase lineal en las bandas pasantes, por lo que no distorsionan las señales; por el contrario tienen una mayor zona

de transición entre las bandas pasantes y no pasantes. Se utilizan en audio

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FILTROS PASIVOS

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---El filtro pasa bajos:

Los circuitos usados como filtros de primer orden de tipo pasivo son los siguientes:

----fig9 --

Quizás el más usado es el primero de ellos, ya que no suele ser fácil conseguir bobinas con las características deseadas. ..

fc=1/(2*pi*R*C)

Para el caso de que la frecuencia de entrada coincida con fc tendremos pues que la ganancia del filtro quedaría como Si representamos gráficamente

Gv obtenemos lo siguiente

...figura10...

Como puede apreciarse en esta úl tima presentación, cada vez que la frecuencia se multiplica por 10 la ganancia cae -20 db(aproximadamente).

El desfase entre la tensión en extremos del condensador (tensión de salida) y la tensión aplicada en la entrada vendrá dado por

˜=-90+arctan(Xc/R)

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El filtro pasa alto:

Podemos implementar un filtro de estas características mediante alguno de los siguientes circuitos:

En esta ocasión realizaremos el estudio sobre el filtro a base de bobina y resistencia.

Por otro lado, la frecuencia de corte (o sea, aquella para la que XL= R) será:

Fc=R/(2*pi*L)

Y el desfase entre la tensión de salida respecto la de entrada es

˜=90-arctan(XL/R)

Se puede ver que este filtro adelanta la tensión de salida respecto a la de entrada. Las representaciones gráficas correspondientes

a este tipo de filtro serían las siguientes

grafica9...nolo voy aponer

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El filtro pasa banda:

Se puede conseguir un filtro paso banda conectando en cascada (uno tras otro) un filtro pasa altos y un filtro pasa bajos:

---grafica importante ..

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FILTROS ACTIVOS.

Los filtros activos ofrecen las siguientes ventajas sobre los filtros pasivos.

a.- Flexibilidad en el ajuste de ganancia y frecuencia

b.- Son menos costosos que los pasivos.

c.- Los efectos parásitos se reducen en los filtros activos por el menor tamaño.

d.- Un filtro activo puede proporcionar una ganancia, mientras que el filtro pasivo puede incluso exhibir perdidas.

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FILTROS TIPO BUTTERWORTH

FILTRO PASO BAJO PRIMER ORDEN

La frecuencia de corte será

f=1/(2*PI*RC)

..grafica...

...grafica..

...grafica..

La ganancia en DC = 1+R2/R1 = H

...

Procedimiento de diseño:

1.- Escoger wo

2.-Elegir un valor adecuado para C

3.-Calcular el valor de R

4.-A partir de la ganancia deseada Calcular R1 y R2

Ejemplo: Diseñar un filtro paso bajo con una frecuencia de corte de 1 Khz y una ganancia en la banda de paso de 4.

Se elige un valor de C menor o igual que 1uf, ejemplo 0,01 uF. El valor de R será

f=1/(2*PI*RC)

Siendo R = 15,916K se puede elegir una resistencia de 15k6

R2/R1 = 4-1 = 3, R2 = 3.R1. R1 = 10k, R2 = 30k

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FILTRO PASO BAJO DE ORDEN DOS O SEGUNDO ORDEN

Un filtro paso bajo de segundo orden tiene una reducción en la banda de atenuación de 40 db por década y, por tanto se prefiere al de primer orden.

Además se puede convertir en el bloque clásico para construir filtro de mayor orden (n= 4,6..)

...3graficostiene...

Caso a:

Componentes de igual valor: R2=R4=R, C1=C3=C y si Q=0.707, A=1.586

..grafico...

Caso b.

Ganancia unidad A=1, R2=R4=R y si Q=0.707 ? C3=2C1 Rf˜2R

...grafico..

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FILTROS PASO ALTO DE PRIMER ORDEN

Se puede formar un filtro paso alto de primer orden intercambiando el resistor y el capacitor dependientes de la frecuencia de filtro paso bajo.

K=(R1+R2)/R2 wo=1/RC

...2graficos....

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FILTRO PASO ALTO DE SEGUNDO ORDEN

Caso a Ganancia unidad. A=1, C2=C4=C

Si Q=0.707 ? R1=2R3 WO=(1)/(C*rais(R1*R3))

Rf˜R1 k=1

Q=1/2RAIS(R3/R1)

Wo/Q=2/R1*C

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FILTRO PASO BANDA

Existen dos tipos de filtro paso banda: banda estrecha y banda ancha. Se pueden identificar a partir del factor de calidad:

Si Q< 10 se clasifica como banda ancha, si es mayor que 10 banda estrecha

Q = fo/BW = fc/ f2-f1

Puede obtenerse mediante varias topologías:

Para frecuencias centrales relativamente bajas:

a.-Mediante un filtro paso bajo y un filtro paso alto conectados en cascada, para casos de banda pasante relativamente ancha.

El orden del filtro paso banda depende del orden de las secciones paso bajo y paso alto.Tiene la ventaja de que la rapidez con que aumenta o

disminuye la atenuación, se pueden fijar de una manera independiente, sin embargo requiere más operacionales.

b.- Mediante circuitos de Delyiannis-Friend, cuando se precise de anchos de banda pequeños comparados con la frecuencia central.

R1C1 crea la respuesta de paso bajo y R2C2 la de paso alto.

El esquema está normalizado para una frecuencia central de ?o=1 rad/s. Para frecuencias diferentes: escalado de frecuencias.

La ganancia a la frecuencia central es Ho= -2Q2.

El A.O. debe tener f0d B=10foHo

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Diseñar un filtro paso banda que permita el paso de señales de frecuencia comprendidas entre 800Hz y 1200Hz.

BW=1200-800=400Hz,

El A.O. utilizado en el filtro debe poseer una frecuencia de transición de

Av=-2Q^2=-12 fodb>=10Av*fo=117.6KHz

R2=R’=2Q=4.9O R1=1/2Q=0.204O.

Calculamos ahora el factor de escala de frecuencia: ?o=2pfo=6158rad/sC1=C2=1/6158=162.4µF

Aplicaremos ahora un factor de escala (10K) para las resistencias: R2=R’=4.9*10K=49K, R1=2.04K

y para los condensadores: C1=C2=162.4µF/10K=16.24nF

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FILTRO DE BANDA ELIMINADA.

El filtro paso banda eliminada atenúa las señales dentro de la banda de atenuación y deja pasar las que se quedan fuera de esta banda.

También se llama filtro de eliminación o supresión de banda o de muesca

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PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O. u op-amp), es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado)

que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (A) (ganancia):Vo = A·(V+ - V- )

El símbolo de un AO es el mostrado en la siguiente figura:

Los terminales son:

V+: entrada no inversora

V-: entrada inversora

VOUT: salida

VS+: alimentación positiva

VS-: alimentación negativa

Las terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplo VCC y VEE.

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las propiedades del amplificador ideal. Son las siguientes

1. La ganancia de tensión es infinita: AV = infinito

2. La resistencia de entrada es infinita

3. La resistencia de salida es cero: Ro = 0

4. El ancho de banda es infinito

5. La tensión offset de entrada es cero

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Configuraciones básicas del amplificador operacional

Los amplificadores operacionales se pueden conectar según dos circuitos amplificadores básicos: las configuraciones (1) inversora y (2) no inversora.

Casi todos los demás circuitos con amplificadores operacionales están basados, de alguna forma, en estas dos configuraciones básicas.

Además, existen variaciones estrechamente relacionadas de estos dos circuitos, más otro circuito básico que es una combinación de los dos primeros:

el amplificador diferencial

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El amplificador inversorEl amplificador inversor. En este circuito, la entrada (+) está a masa, y la señal se aplica a la entrada (-) a través de R1,

con realimentación desde la salida a través de R2

Aplicando las propiedades anteriormente establecidas del AO ideal, las características distintivas de este circuito se pueden analizar como sigue.

Puesto que el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollará su tensión de salida, Vo, Vo = A·(V+ - V- )

Entonces toda la tensión de entrada Vi, deberá aparecer en R1, obteniendo una corriente en R1

V2 está a un potencial cero, es un punto de tierra virtual

Toda la corriente I que circula por R1 pasará por R2, puesto que no se derivará ninguna corriente hacia la entrada del operacional (Impedancia infinita)

, así pues el producto de I por R2 será igual a - V0

Vo/Vi=(-R2/R1)

luego la ganancia del amplificador inversor: A

La ganancia se puede variar ajustando bien R1, o bien R2. Si R2 varía desde cero hasta infinito, la ganancia variará también desde cero hasta infinito,

puesto que es directamente

proporcional a R2. La impedancia de entrada es igual a R1, y Vi y R1 únicamente determinan la corriente I,

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El amplificador no inversor

La segunda configuración básica del AO ideal es el amplificador no inversor, mostrado en la figura

la tensión V1 se aplica a la entrada (+), y una fracción de la señal de salida, Vo, se aplica a la entrada (-) a través del divisor de tensión R1 - R2.

Puesto que, no fluye corriente

de entrada en ningún terminal de entrada, y ya que Vd = 0, la tensión en R1 será igual a Vi

A = 1 + R2/R1 ganancia para el amplificador no inversor ideal.

Vo/Vi=(R1+R2)/R1

La impedancia de entrada es infinita, puesto que se trata de un amplificador ideal.

------------Seguidor de tensión

Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la entrada.

Se usa como un buffer , para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa)

Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin

Zin = 8

Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de salida prácticamente nula

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AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

Este circuito presenta como característica notable la amplificación de la diferencia entre las dos tensiones de entrada. Presenta el inconveniente

de que la impedancia de entrada del amplificador disminuye sensiblemente y además las dos

resistencias R1 y las dos R2 deben ser exactamente iguales si se considera R1 = R3 y R4 =R2

Como se puede ver esta configuración amplifica o atenúa la diferencia existente en las dos entradas V2 y V1

Vo=R2/R1 *(V2-V1)