EA2 - TEMA 4 by

xazamyug — 2022-01-09 09:57:37 UTC

Características principales:

Entregar potencia a la salida.
Baja distorsión (THD, total harmonic distorsion).
Rendimiento alto.
Impedancia de salida baja.
Frecuencia inferior de corte <20 Hz con condensadores pequeños.
Respuesta en frecuencia plana (entre 20 Hz y 20 kHz).
Baja distorsión y ruido.
Respuesta en fase lineal.
Impedancia de entrada configurable al diseñar.
Alta potencia de salida aun con impedancia de salida baja.
Seguridad para el usuario
Fiabilidad.

La estructura de un amplificador está compuesto por:

1) Etapa de transconductancia (entrada de tensión diferencial, salida de corriente).
2) Etapa de transimpedancia (entrada de corriente, salida de tensión): tiene ganancia en tensión, pre-driver.
3) Etapa de ganancia unidad en tensión.

AMPLIFICADORES NOMINADOS

xazamyug — 2022-01-09 10:03:11 UTC

Clasificación:

Clase A, la IC del transistor el mayor que la IS de alterna en la carga.
Clase B, el transistor está polarizado con IC=0 y sólo conduce con medio ciclo de la señal.
Clase AB, el transistor está polarizado con IC≠0 pero pequeña, mucho menor que la IP de alterna. En transistor conduce un poco más de medio ciclo de la señal de entrada.
Clase C, el transistor conduce un poco menos de medio ciclo de la señal de entrada. Corriente no lineal, tipo pulsátil⇒ mayor distorsión. Puede ser eliminada usando un circuito LC resonante sintonizado a la frecuencia de entrada y actúa como un pasabanda. Se usan en radiofrecuencia (no en audio).
Clase D. PWM más filtrado. Eficiencia pero problemas EMI
Clase E. Radiofrecuencia
Clase G. Desarrollado por Hitachi para reducir disipación
Clase H. Clase B con bootstrapping
Clase S. Clase A + clase B

SEGUIDORES

xazamyug — 2022-01-09 10:11:23 UTC

Se llama seguidor de emisor porque la tensión en el emisor “sigue” a la de la base.
Clase A ⇒ transistor permanece en todo momento (en estado estacionario) en la región activa ⇒ consume potencia.
• Ventaja: Alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida
• Desventaja:
◦ Ganancia de tensión = 1 (Ganancia de corriente grande)
◦ Rendimiento bajo

xazamyug — 2022-01-09 10:12:49 UTC

xazamyug — 2022-01-09 10:12:57 UTC

xazamyug — 2022-01-09 10:13:36 UTC

EMISOR COMÚN

xazamyug — 2022-01-09 10:14:24 UTC

xazamyug — 2022-01-09 10:15:09 UTC

Carga acoplada por transformador

xazamyug — 2022-01-09 10:15:50 UTC

xazamyug — 2022-01-09 10:21:34 UTC

xazamyug — 2022-01-09 10:21:54 UTC

xazamyug — 2022-01-09 10:22:13 UTC

xazamyug — 2022-01-09 10:23:06 UTC

xazamyug — 2022-01-09 10:23:21 UTC

DISTORSIÓN DE CRUCE

xazamyug — 2022-01-09 10:26:27 UTC

xazamyug — 2022-01-09 10:26:35 UTC

• Fijamos VBE a un valor concreto y a una iB pequeña (curva T1).
• Si aumenta la temperatura, la VBE disminuye 2mV/ºC y pasamos de estar en la curva T1 a la T2.
• Para la tensión de polarización fijada externamente VBE: aumenta la corriente de base y la corriente de colector à aumenta la T de la unión BE à VBE se reduce à retroalimentación à destrucción del transistor

xazamyug — 2022-01-09 10:38:09 UTC

Polarización mediante diodos:
• Los diodos de compensación se emplean para generar la tensión de
polarización de los diodos base-emisor de los transistores.
• Tener mismas características y estar a la misma temperatura que las
uniones base-emisor de los transistores (adaptadas a curvas VBE).
• Cualquier aumento de la T reduce la tensión de polarización, generada
por los diodos de compensación, sólo en la cantidad necesaria.

Estabilización térmica:

• Resistencias de emisor (RE1 y RE2)
• Evita el calentamiento descontrolado
• Si, como consecuencia de un incremento de T, IC e IE
aumentan à la tensión en emisor aumenta à VBE se
reduceàIC e IE se reducen.
• Valores pequeños para evitar potencia disipada
excesiva (corriente por RE elevada)

xazamyug — 2022-01-09 10:40:57 UTC

TRANSISTORES COMPUESTOS

xazamyug — 2022-01-09 10:41:13 UTC

CIRCUITO INTEGRADO

xazamyug — 2022-01-09 10:41:33 UTC

REALIMENTACIÓN

xazamyug — 2022-01-09 10:45:07 UTC

Ventajas
• Aumentar la estabilidad del sistema
• Reducir la distorsión no lineal y el ruido
• Ajustar las impedancias de entrada y salida
• Aumentar el ancho de banda

Inconvenientes
• Disminuye la ganancia del sistema
• Tendencia a la oscilación: efectos de alta frecuencia (ej:
desplazamiento de fase aumentado a altas frecuencias
podría convertir una realimentación negativa en positiva)

xazamyug — 2022-01-09 10:49:47 UTC

• Transistores de salida: conmutadores (cortesaturación)
• Saturación: V=0 (ideal), tensión muy pequeña
• Corte: I=0
• Disipación de potencia pequeña
• Mayor eficiencia/rendimiento (entre 85 y 95%)
• Semiconductores y disipadores más pequeños
(más baratos)
• Filtro LC: filtro pasa baja que deja pasar el valor
medio (o frecuencia fundamental) de la señal
cuadrada, eliminando los armónicos superiores
• Red Zöbel: compensa oscilaciones no lineales
debidas a la L del altavoz (ver apuntes)

xazamyug — 2022-01-09 10:53:03 UTC

• Garantizar distorsión mínima: frecuencia de la señal triangular
(fT) lo más alta posible, comparada con la frecuencia del filtro
LC (cercana a la frecuencia de la señal fS).

• Frecuencia fT : escogida tal que el armónico de frecuencia
más baja (fT-2fS) esté lo suficientemente alejado de la
frecuencia de interés de la señal (fT-2fS >> fS )

• Distorsión similar a los amplificadores clase
AB (dependiendo del diseño del filtro)

• Rendimiento alto (80-90%)

• Distorsión similar a los amplificadores clase AB (dependiendo del diseño del filtro y la elección
de la frecuencia fT)

• Problema: conmutación de los transistores genera ruido electromagnético (interferencia EMI) à
requiere aislamiento

xazamyug — 2022-01-09 10:59:18 UTC

Disipadores:
• Rendimiento diferente al 100%
• Potencia disipada en resistencias y transistores
• Diseñar un sistema que garantice que la
temperatura alcanzada está por debajo de la Tmáx
proporcionada por el fabricante

Resistencia térmica:

Representa la capacidad que tiene un material de oponerse al flujo de calor. La resistencia térmica “R” se obtiene al dividir el espesor en mts de un material por su lambda.
Cuanto mayor sea el coeficiente de resistencia térmica, mejor será el aislamiento». Coeficiente de transmisión térmica

CURVA DE DEGRADACION DE POTENCIA

xazamyug — 2022-01-09 11:00:38 UTC

LIMITE DE POTENCIA DE UN TRANSISTOR

xazamyug — 2022-01-09 11:01:50 UTC

PASOS DE DISEÑO

xazamyug — 2022-01-09 11:03:31 UTC

1) Definir las especificaciones que tiene que cumplir la etapa de salida, normalmente potencia en la carga, valor nominal de carga y tensiones de alimentación. También podrían aparecer datos referentes a las impedancias de entrada o salida.

2) Seleccionar el tipo de etapa de salida a diseñar.

3) Determinar los valores máximos de tensión y corriente de todos los transistores.

4) Determinar los valores de todas las resistencias, así como la potencia que deben disipar. Caso
de que usásemos un transformador, determinar la relación de espiras.

5) Seleccionar el tipo de circuito de polarización a diseñar. Determinar las especificaciones de (diseñar, vamos) los componentes activos y pasivos de esta configuración.

6) Seleccionar los transistores de potencia que cumplan con los requerimientos de tensión, corriente y potencia. Determinar su temperatura máxima de unión Tj(máx) y las resistencias térmica θjc y θcs.

7) Determinar la disipación de potencia en los transistores y la resistencia térmica requerida del disipador.

8) Usar un programa de simulación (PSpice, por ejemplo), para simular y verificar el diseño.