DEPART AMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRÓNICA ASIGNATURA: ELECTRÓNICA II
Nombre: Fabricio Vilatuña
CONSULTA Tema:
Amplificadores de Baja Frecuencia
Introducción. Una de las características principales de los amplificadores es la conversión de señales eléctricas en otras de mayor amplitud y capaces c apaces de exitar un(os) altavoces de tal forma que si aquellas señales provenían de la transformación de sonidos, el altavoz ha de reproducir los mismos sonidos, aunque pueda variar u potencia sonora e forma !enérico un dispositivo electrónico capaz de realizar esta función reci"e el nom"re de #mplificador de "a$a frecuencia.
Tipo de Amplificadores de Baja frecuencia. %xisten varios tipos de amplificadores que tra"a$an en estas frecuencias como los de clase #, & #&, ', . Amplificador Clase A:
ue considerado al inicio de los transistores (&*), donde los amplificadores reproducen totalmente la señal de entrada. +a corriente de colector es distinta de cero todo el tiempo. %sta clase es ineficiente, porque sin señal de entrada, e ntrada, existe uno que es diferente d iferente de cero y el transistor disipa potencia en condiciones esttica o de reposo. %n !eneral los circuitos amplificadores de potencia contienen transistores capaces de mane$ar alta potencia. %stos operan normalmente a tensiones ma yores que los transistores de "a$a potencia y, por tanto tanto requieren a menudo una fuente de tensión separada. -or e$emplo las tensiones de los transistores de potencia pueden exceder los /0 1. las capacidades de corriente son elevadas con frecuencia superiores a 203 de corriente continua
('). 'omo estos transistores necesitan disipar potencias elevadas, se diseñan en forma diferente de los transistores de "a$a potencia y pueden incluir circuitos de protección para limitar la corriente. *am"ién se considera en forma adicional la disipación de calor que se produce durante la operación.
Amplifcador Clase B
iversos arre!los de circuito son posi"les para o"tener la operación push-puIl. consideraremos unos cuantos de ellos, incluyendo sus venta$as y desventa$as. %s importante tener en mente la operación completa del circuito a fin de apreciar los diferentes métodos que se emplean para o"tener las venta$as de la operación push-pull. %n circuito push-pull es necesario desarrollar el volta$e de salida a través de la cara de tal manera que las dos etapas que operan en la clase & proporcionen un ciclo completo de señal conduciendo en medios ciclos alternados. #l iniciar con una señal de entrada o"tenida de una etapa amplificadora de excitación, es necesario operar el circuito push-pull de dos etapas en medios ciclos alternados para la operación clase &. +as señales de entrada de polaridad opuesta a 2 dos etapas del circuito push-pulI pueden o"tenerse de diversas maneras. +a fi!ura se muestra el empleo de un transformador de entrada para "rindar la inversión de polaridad entre las dos señales de entrada push-pull. 'on un secundario con derivación central, la polaridad del volta$e en los extremos del transformador con respecto a la derivación del centro es opuesta. +os valores de las resistencias y hfe pueden ele!irse de manera que la !anancia de volta$e correspondiente a la señal de salida del colector sea i!ual a 2. +a !anancia correspondiente a la señal tomada desde el emisor es 2 (operación de emisor4se!uidor). e este modo, el circuito produce señales de polaridad op uesta para accionar la etapa push-pull del amplificador. Una posi"le me$ora sería añadir una etapa ms de emisor4 se!uidor para conectar la salida a la car!a, ya que dicha etapa no proporcionaría !anancia de volta$e adicional o inversión de polaridad, sino que excitaría la etapa push-pulI a partir de una fuente de "a$a resistencia. Funcionamiento en clase B
%n al!unas aplicaciones, como son los sistemas alimentados son necesarios un "a$o consumo de corriente y un alto rendimiento de la etapa. %ste hecho condu$o a otras formas de funcionamiento. %l funcionamiento en clase B de un transistor conlleva que la corriente del colector circule solamente 2506 del ciclo de señal, lo que implica que el punto 7 u"ique aproximadamente en el punto de corte en am"as rectas de car!a, la de corriente continua y la de señal. +as venta$as que ofrece el funcionamiento en clase & son un menor consumo de corriente y un mayor rendimiento. Amplificadores de clase AB
+os amplificadores de clase #& reci"en una pequeña polarización constante en su entrada, independiente de la existencia de señal. %s la clase ms com8n en audio, al tener alto rendimiento y calidad. %stos amplificadores reci"en su nom"re porque con señales !randes se
comportan como un clase &, pero con señales pequeñas no presentan la distorsión de cruce por cero de la clase &. *ienen dos transistores de salida, como los de clase &, pero a diferencia de estos, tienen una pequeña corriente de polarización fluyendo entre los terminales de "ase y la fuente de alimentación, que sin em"ar!o no es tan elevada como en los de clase #. %sta corriente li"re se limita al minimo valor necesario para corre!ir la falta de linealidad asociada con la distorsión de cruce, con apenas el nivel $usto para situar a los transistores al "orde de la conducción. %ste recurso o"li!a a u"icar el punto 7 en el límite entre la zona de corte y de conducción. 9u nivel de eficiencia es inferior al /0:, menor cuanto mayor nivel ten!a la corriente de polarización. -or tanto, superior a los clase # e inferior a los clase .
%ste diseño es un compromiso entre la eficacia de los amplificadores clase & (en los que no hay corriente de polarización) y la eliminación de la distorsión de cruce de los diseños en clase #, por lo que los amplificadores respecto a estos 8ltimos pueden ser mucho ms li!eros, eficientes y sin !enerar tanto calor. +a pequeña corriente de polarización constante que queda remanente en la señal de salida es filtrada antes de alimentar a los altavoces. %ste tipo de confi!uración se ve en la mayoría de amplificadores de audio, tanto de las !amas ha"ituales como en la mayoría de los ;i!h4%nd. 9on, por así decirlo, una mezcla de los dos anteriores, un amplificador de potencia funciona en clase #& cuando la tensión de polarización y la amplitud mxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule
Amplificadores de clase C
+os amplificadores de clase ' son conceptualmente similares a los de clase & en que la etapa de salida u"ica su punto de tra"a$o en un extremo de su recta de car!a con corriente de polarización cero. 9in em"ar!o, su estado de reposo (sin señal) se situa en la zona de saturación con alta corriente, o sea el otro extremo de la recta de car!a.
%l amplificador clase <'< es exclusivo de <=<. Utiliza como , de una señal senoidal aplicada a su entrada. %s decir, que amplifica solo una porción de la señal. 9u otra característica, no menos importante es la de su alto rendimiento en potencia Un amplificador de potencia funciona en clase ' cuando la tensión de polarización y la amplitud mxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante menos de un semiperíodo de la señal de entrada. +a corriente de salida solo circula durante menos de medio ciclo de la señal de entrada. ? lue!o se complementa la salida con un circuito compuesto de condensadores y "o"inas (circuito tanque). @o se utiliza en sonido, por su !ran nivel de distorsión y por que su operación no esta destinada para amplificadores de !ran señal o !ran potencia. %n esta clase de amplificadores el elemento activo conduce un tiempo t 2 A t B en cada periodo T C BDEFo, de forma que el semiángulo de conducción, definido como BGH C Fo(t 2 A t B) sea inferior a DEB. %n el clase & GH C DEB, mientras que GH C D en el clase #. 9u esquema es similar al del clase # que se muestra en la fi!ura y que repetimos aquí para comodidad del lector, pero en este caso es imprescindi"le poner en paralelo con R L un circuito LC sintonizado.
+a tensión V BB es ahora ne!ativa, de forma que el &* sólo entra en zona activa alrededor del mximo de vi, cuando vi I V BB J 0.K 1.
9i asumimos que en toda la zona activa la corriente de colector es proporcional a la tensión de control, para una entrada sinusoidal toma la forma representada en la fi!ura. %sta corriente puede escri"irse como iC C I P cos(Fot ) A I D, mientras sea I P cos(Fot ) L I D iC C 0, en el resto ? puesto que en Fot C MGH tenemos iC C 0, resulta que I D C I P cos(GH ). +a función iC (t ) es par y por eso puede descomponerse en serie de ourier como iC C I o I I 2cos(Fot ) I I Bcos(BFot ) I NNNN donde I o es su valor medio, I 2 la componente fundamental y el resto, de I B en adelante, armónicos.
+as tensiones vCE y vo tienen una forma sinusoidal porque el filtro LC cortocircuita todos los armónicos de iC (t ) y sólo de$a la componente fundamental. +a potencia entre!ada a la car!a es
%l consumo de potencia, despreciando la potencia empleada para polarizar el &*, es
donde I CQ C I o.
%l rendimiento mximo se o"tiene cuando vo toma la mxima amplitud posi"le, V CC si aproximamos V CE,sat, C 0, y para eso se requiere que I 2 R L C V CC . %n ese caso el rendimiento sólo depende de GH
%n la fi!ura si!uiente se muestra el rendimiento mximo en función del semin!ulo de conducción. 9i GH C 250> Oma C /0 : ('lase #), si GH C P0> Oma C K5 : ('lase &) y para la clase ' siempre es superior. 9i GH C 0> Oma C 200 :, claro que en este caso la corriente mxima que de"ería soportar el transistor es infinita. #sí que un "uen compromiso consiste en emplear GH C Q0> para o"tener Oma C P0 :.
@otar que, a diferencia del clase # o &, el clase ' no es un amplificador linealR la salida es nula hasta que la amplitud de la tensión de entrada supera V BB I 0.K. %ste amplificador sólo puede usarse para S o -S porque emplea señales de amplitud constante o para señales di!itales y de "anda estrecha. Amplificador Clase D
Un amplificador de conmutación o amplificador Clase D es un amplificador electrónico el cual, en contraste con la resistencia activa utilizada en los modos lineales de los amplificadores clase #&, usa el modo conmutado de los transistores para re!ular la entre!a de potencia. -or lo tanto, el amplificador se caracteriza por una !ran eficiencia (pequeñas pérdidas de ener!ía), y esto trae consi!o menos disipadores de calor, reduciendo el peso del amplificador. #dems, si se requiere una conversión de volta$e, la alta frecuencia de conmutación permite que los transformadores de audio estor"osos sean reemplazados por pequeños inductores. +os filtros +' pasa4"a$as suavizan los pulsos y restauran la forma de la señal en la car!a. +os amplificadores 'lase son utilizados con frecuencia en amplificadores de sistemas de refuerzo de sonido, donde se requiere un alto volta$e de salida. -or e$emplo, el 'rest #udio 'T000 es un amplificador 'lase que tiene una potencia nominal de 2/00 atts por canal, y sin em"ar!o solamente pesa B2 V!.2 Un pequeño n8mero de amplificadores de "a$os tam"ién
usan tecnolo!ía 'lase , como el ?amaha &&*/00;, que tiene una potencia nominal de /00 atts y pesa menos de / V!.B %n ocasiones se confunde el término <'lase < como si fuera un amplificador di!ital. %l mapeo de la señal en la etapa de potencia puede ser controlado por una señal analó!ica o una señal di!ital. 9ólo en el 8ltimo caso se estaría usando una amplificación completamente di!ital. %ste es el tipo "sico de amplificador en que los transistores tra"a$an en conmutación, pasan del estado de corte al de conducción y viceversa de forma instantnea. 9u esquema se muestra en la fi!ura a. +a señal de entrada, vin, de"e ser cuadrada y de suficiente amplitud para llevar los transistores alternativamente de corte a saturación (de corte a zona lineal si son SW9%*s). *ra"a$ando en este modo el transistor se puede asimilar a un interruptor ideal (a"ierto en corte, cerrado en saturación). #l reemplazar los transistores por interruptores resulta el circuito equivalente que se representa en la fi!ura ".
%n este circuito la señal v es cuadrada de amplitud MV CC . %l circuito LC est sintonizado a la frecuencia fundamental de vin (la frecuencia de tra"a$o) y tiene un Q elevadoR a R L solo le lle!a la componente fundamental de v
adems, a esa frecuencia ! in C R L por lo que
Esta corriente circula durante medio periodo por QN y en el otro medio por QP. Las tensiones y corrientes en el circuito se muestran en la !ura si!uiente.
+a potencia entre!ada a la car!a es
Y la potencia total disipada es la misma" por#ue en todo el circuito tan s$lo la car!a disipa potencia" as% #ue el rendimiento es & ' ())*. +i los transistores no son ideales" en cuanto a #ue en conducci$n no tienen resistencia nula ,Ron - )"el circuito e#ui/alente es el #ue se muestra en la !ura c.
+a tensión de salida se reduce a
y la potencia de salida a
%l rendimiento tam"ién se reduce
Este tipo de amplicadores no son lineales ,muc0as /eces ni si#uiera !anan en tensi$n" s$lo en corriente" s$lo se pueden aplicar a se1ales de amplitud constante" como por e2emplo las moduladas en PM o en 3M ,pero de 4anda muy estrec0a" o a se1ales di!itales. Bibliografía:
httpREE.ui".esEdepartEdfsEX*%EeducationEtelematicaEsisYeleYcomunicacioE#puntesE'apitulo :B0K.pdf httpREE.duiops.netEhifiEenciclopediaEclase4a".htm httpREE.profesores.frc.utn.edu.arEelectronicaE%lectronica#plicadaZZZE#plicadaE'ap20*ransmi sores.pdf httpREEes.iVipedia.or!EiViE#mplificadorYelectr:'T:&Tnico
