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Introducción a amplificadores de potencia

1. Amplificadores de Amplificadores de
PotenciaPotencia

2. INDICE: Amplificadores de Potencia
1.Introducción:
Definición
Rendimiento
Características
Clasificación
2.Disipación de Potencia en Transistores
3.Amplificador de clase A
4.Amplificador en clase B
5.Amplificador en clase AB

3. Amplificador
Operacional
Etapa de
Potencia
Vi Vout
Rangos de tensión y corrientes mas
grandes.
Transfiere mas potencia hacia a la
carga con niveles aceptables de
distorsión.
Rangos de tensión y corrientes pequeños.
Alta ganancia para reducir la no linealidad y
la distorsión.
Puede introducir ganancia extra.
Circuito integrado
Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II4
Introducción:

4. Introducción: Definición
Amplificador de Potencia
Etapa de salida de un amplificador, cuyo objetivoobjetivo es entregar laentregar la
máxima potencia a la carga, con la mínima distorsión y con máxima potencia a la carga, con la mínima distorsión y con
rendimiento máximorendimiento máximo, sin sobrepasar ni en las condiciones más
desfavorables de funcionamiento, los límites máximos permitidos de
disipación de potencia de los elementos empleados.

5. Rendimiento
= P
carga
/P
in
= potencia en la carga/potencia de entrada de
la fuente
El rendimiento en los sistemas de potencia afecta a la vida
de las baterías y al coste. Toda la potencia que no se
entrega a la carga se disipa en forma de calor (se pierde)
P
i
-P
carga
=P
carga
/ –P
carga
= P
carga
(1/-1) = disipación de
potencia en los componentes
Introducción: Eficiencia Rendimiento

6. Introducción: Características
Etapa de salida
Proporcionan grandes señales de potencia a sus
cargas (altavoz público).
Cuanto menor es , mayor es la disipación y por
tanto el calentamiento.
Otro problema es la distorsión de no linealidad que
se producen en las señales de potencia (grandes)
Los modelos de pequeña señal NO VALEN
 Proporcionan grandes señales de potencia a sus
cargas (altavoz público).

7. Clasificación de los amplificadores de potencia:
• Clase A
• Clase B • Clase C
• Clase AB
La clasificación esta dada según:
Aplicaciones:
• Clase C
• Clase A
• Clase AB
• Clase B
• otros …
Radio
frecuencias
Audio
frecuencias
• la zona de trabajo de los dispositivos de salida.
• forma de onda de la corriente del colector producida por la
entrada de una señal sinusoidal .
Amplificadores de Potencia Electrónica II
Introducción: Clasificación

8. Clasificación de los Amplificadores de Potencia
Se clasifican atendiendo a la fracción de tiempo que están en ON
los transistores del circuito:
o Clase A. Todo el tiempo en ON.
o Clase B. Mitad del tiempo en ON (mayor )
o Clase AB. Más de la mitad del tiempo en ON (menor distorsión).
o Clase C. Pequeña fracción de tiempo (gran , sin distorsión)
o Clase D. Rendimiento muy alto (  100 %)
Introducción: Clasificación

9. Disipación de Potencia en Transistores
Para el FET P
D
= I
D
V
DS
Para el BJT P
D
= I
C
V
CE
+I
B
V
BE
 I
C
V
CE
[P
D
] = Julios/seg = Watios
La potencia disipada se convierte en calor que puede degradar
los componentes. Se produce un aumento de la temperatura de
acuerdo a la ley:

JA
es la resistencia térmica
entre unión y ambiente
T
J
es la temperatura de la unión
T
A
es la temperatura del
ambiente
)(
1
AJ
JA
D
TTP 



10. Disipación de Potencia en Transistores
Para una Temperatura ambiente dada y un material fijo,
tendremos una temperatura máxima que puede alcanzar la unión
sin detrimento de su funcionamiento, lo que implica una potencia
máxima que puede aguantar el componente.
I
C
P
D1 P
D2

SOA
V
CE
Cualquier punto por debajo de la hipérbola es un pto. de trabajo
seguro.

11. Figura 10.7. Área de operación segura para un transistor bipolar de potencia 10 A,
100 V, y 50 W..
límite de la unión
límite de disipación de potencia
Área de
funcionamiento
seguro
Límite de
avalancha
secundaria
límite de tensión
10,0
5,0
2,0
1,0
0,5

12. Disipación de Potencia en Transistores
Con un ventilador o un sistema de aire acondicionado se puede
reducir T
A
, con lo que la potencia máxima P
D, max
puede aumentar

P
D


JA
T
J, max
T
A
Esta es la curva de degradación

13. Generalidades …
 100%
L
CC
P
x
P
Eficiencia del Amplificador ( )
donde:
= Potencia en la carga.L
P
= Potencia entregada por la fuente
CC
P
Amplificadores de Potencia Electrónica II

14. Amplificador de Potencia Clase A
• Se polariza en la zona de respuesta lineal.
• Capacidad de responder a señales de cualquier polaridad.
Ventaja
C CQ m
i I I sen t  m xC á CEQ CQ
P V I
CQ m
I I 360


C
i
CQ
I
t
m
I
234
C máx
I
C mín
I
C
i
CE
V
b
I
CE máx
V
CE mín
V
CEQ
V
CQ
I
Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II9

15. Amplificador de Potencia Clase A
Emisor común:
La transferencia de
potencia a la carga es baja
y circula I
DC por R
L.

A ideal = 25%
Por su elevada ganancia se
utilizan como excitadores
de la etapa de salida en CI.
• Disipa potencia con Vi=0
Desventaja
Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II10

16. Amplificador de Potencia Clase A
Acoplado con transformador:
Máxima transferencia de
potencia a R
L.

A ideal
= 50%
Vo
Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II11

17. AMPLIFICADOR CLASE A

18. FUNCION TRANSFERENCIA

19. AMPLIFICADOR CLASE A
IDEAL
Figura10.11 (a)Etapadesalidaenseguidordeemisor.
(b) Diagrama simplificado

20. (a) Diagrama de circuito que muestra los
detalles del generador de corriente
AMPLIFICADOR CLASE A
REAL

21. FUNCION DE TRANSFERENCIA DEL
AMPLIFICADOR CLASE A

22. Amplificador de Potencia Clase B
Con simetría complementaria:
Sí: Vi>0
Q1 en ON
Q2 en OFF
Sí: Vi<0
Q1 en OFF
Q2 en ON
Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II13

23. Amplificador de Potencia Clase B
C
i
t
m
I
234
C m
i I sen t
• Se polariza en el extremo de la zona de respuesta lineal.
• Capacidad de responder a señales de determinada polaridad.
• Necesita de etapa complementaria para dar una salida bipolar.
• No hay disipación de potencia con Vi = 0.
180


Amplificadores de Potencia Electrónica Analógica II12

24. FUNCION DE TRANSFERENCIA DEL
AMPLIFICADOR CLASE B

25. SEÑAL DE SALIDA DISTORSIONADA DEL
AMPLIFICADOR CLASE B

26. AL AÑADIR LAS FUENTES DE TENSION DE POLARIZACION,
SE REDUCE LA DISTORSION DE CRUCE POR CERO
AMPLIFICADOR CLASE AB
IDEAL

27. AMPLIFICADOR CLASE AB
REAL

28. Al ser la misma la corriente inversa de las uniones de los
diodos y de los transistores, tendremos que:
las corriente de emisor de los transistores son la mismas que
las corrientes de los diodos.
POLARIZACION AMPLIFICADOR CLASE AB

29. PARA QUE LA TENSION VO SEA NULA, LA TENSION DE
BASE DE LOS TRANSISTORES HA DE SER:
LAS RESISTENCIAS HAN DE SER IGUALES

30. AMPLIFICADOR COMPLEMENTARIO DE CLASE B QUE
UTILIZA TRANSISTORES EN CONFIGURACION
DARLINGTON

31. ETAPA DE SIMETRIA SEMICOMPLEMENTARIA DE
CLASE B, QUE UTILIZA TRANSISTORES NPN PARA
AMBOS DISPOSITIVOS PRINCIPALES DE SALIDA

32. FIN