Conf 5. Amplificadores De Potencia Clase Ab Con Simetria Complementaria Y Una Sola Bateria2 6p6s4e

Electrónica Analógica II Tema 2: Amplificadores de señal grande o de potencia

Pablo Montejo Valdés e_mail: [email protected] Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME) Facultad de Ingeniería Eléctrica, CUJAE 10-11

Sumario  Conferencia 5: Amplificadores Clase AB con simetría complementaria y una sola batería. • Distorsión de cruce. • Amplificador de Potencia Clase AB.

• Efecto de Boostrap. • Análisis estático y dinámico. • Conclusiones.

Amplificadores de Potencia

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Bibliografía  Básica: • Rashid H.,Muhammad. “Circuitos Microelectrónicos, Análisis y Diseño”, Tomo 2. (Pág.: 726-764)

 Complementaria: • Monografía: Amplificadores de Potencia. • Notas de Clase. • Sitio Web: ftp://10.8.86.7/Docencia/Electrónica Analogica II /Biomedica/EA2 Amplificadores de Potencia

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Objetivos de la Conferencia  Conocer:  El amplificador de potencia Clase AB y sus características.  Las configuraciones utilizadas para eliminar la distorsión de cruce.  Expresiones para el cálculo de parámetros del amplificador de potencia Clase AB.

Amplificadores de Potencia

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Recordando … Etapa de salida del Clase B :

Amplificadores de Potencia

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Distorsión de cruce

t

t2

t1

Distorsión de cruce por cero

Vo

iC

Vconducción

VBE

t1

t

t2

Vi

t1 t2

t Amplificadores de Potencia

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Distorsión de cruce … ¿Como eliminar la distorsión de cruce por cero del amplificador Clase B ? Añadiendo algún circuito que polarice los transistores de forma que el punto de operación este en la zona lineal. IC

Clase AB

I BQ

I CQ

VCEQ Amplificadores de Potencia

V  CC 2 Electrónica Analógica II

VCE 6

Amplificador de Potencia Clase AB Configuración con diodos:

• Los diodos deben tener un efecto de compensación (estabilidad con la temperatura) . Si:

T   VBE  VD 

 se mantiene constante las corrientes de polarización.

• Los diodos deben colocarse cerca de los transistores.

Amplificadores de Potencia

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Amplificador de Potencia Clase AB … Configuración con Multiplicador de VBE :

I BQ 4

se desprecia al lado de

IR

IR4 

I BQ1

I BQ 4 VCE IR4

Amplificadores de Potencia

VA

VCEQ 4 Vo

VCEQ 4

IR4

VBE Q 4 R4

 R3   VBEQ 4 1    R4   VBEQ1  VEBQ 2

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Amplificador de Potencia Clase AB … IM I b máxQ1  hFE Q1

Polarizado con diodo

Vs < 0  Vo > 0 I b máxQ1 ID

IbmáxQ 2 Valor grande de resistencia

Amplificadores de Potencia

IM

VCC V   I CQ 3 RE 3  VEC 3 sat .  Vbe1máx. 2  M

VA

Vs > 0  Vo < 0 VM VM 

ICQ3

VCC  Veb 2 máx.  I CQ 3 RC 3 2

VM  VM Electrónica Analógica II

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Amplificador de Potencia Clase AB … Par complementario con Boostrap:

Vo < 0

Cb

se comporta como una

fuente interna. Par Complementario

VCC VCb   I CQ 3 RC" 3 2 '

Por RC 3 circula corriente evitando que Q3 se corte. Capacitor de Boostrap Amplificadores de Potencia

I R'  Ib 2 máx. C3

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Efecto Boostrap Ventajas del efecto Boostrap: 1) En el semiciclo negativo de Vo (para el caso del ejemplo anterior), provee la corriente de excitación necesaria al

transistor de salida Q2 para manejar señales grandes sin distorsión, posibilitando que

VM  VM . Evita que Q3 se

corte y aparezca distorsión a la salida. 2) Incrementa la potencia efectiva que llega a la carga sin distorsión y por tanto la eficiencia. 3) Incrementa la ganancia de voltaje del paso excitador Q3 al provocar una Amplificadores de Potencia

RL 3 equiv. mayor.(Ver en la monografía ) Electrónica Analógica II

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Análisis estático y dinámico. Análisis estático:

Cuando:

Vi  0

Se calculan los parámetros:  parámetros del punto de operación.  potencia disipada por cada transistor. Q1-Q2 (etapa de salida, Clase AB):

ICQ1  ICQ 2  1mA VCEQ1  VCEQ 2

VCC  2

para VBEQ1  VEBQ 2  0.55V  dato 



(Desprecio siempre I CQ1.R1 )

PCQ1  PCQ 2  VCEQ1.ICQ1 Amplificadores de Potencia

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Análisis estático y dinámico … Q3 (etapa excitadora, Clase A, emisor común):

I CQ 3

VCC VCC  VEBQ 2  I CQ 2 R  VEBQ 2 2  2  RC' 3  RC" 3 RC' 3  RC" 3

VCEQ 3

VCC   VBEQ1  I CQ 3 R 2

Q4 (multiplicador de VBE , Clase A:

I CQ 4  I CQ 3  I BQ1  Amplificadores de Potencia

VBEQ 4 R4

VCEQ 4

 R3   VBEQ 4 1    R4  Electrónica Analógica II

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Análisis estático y dinámico … Análisis dinámico: Cuando: Vi  0  V Vm  m Im   RL R  RL

VCC V   I CQ 3 R3  VEC 3 sat  Vbe1  I m R 2  m



Sustituyendo: I m VCC  I CQ 3 R3  VEC 3 sat  Vbe1máx Vm  2 R 1 RL

I m  RL V   V I PL    2 2 2 RL 2

 m m

 2 m

V 

 2 m

PL  AB  x100%  PCC Amplificadores de Potencia

2 RL x100%   Im  VCC  I CQ1      Electrónica Analógica II

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Análisis estático y dinámico … Cálculo del disipador:

TJ máx.  TAmáx.   JA PC máx.

 JAcalc. 

TJ máx.  TAmáx. PC máx.

VCC   PC máx.  2  VCEQ1I CQ1 4  R  RL 

Condiciones para el uso del disipador.

TJ calc.  TJ máx.

 JAcalc.   JA fabricante

2

 SA   JAcalc.   JC  CS .  Amplificadores de Potencia

Las dos condiciones son válidas.

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Conclusiones. • El amplificador de potencia Clase AB incorpora un circuito que permite eliminar la distorsión de cruce que introduce el Clase B.

• El uso del capacitor de boostrap permite el incremento de la potencia efectiva sin distorsión incrementando la ganancia del paso excitador.

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Estudio Individual 1) De la circuito mostrado: a) Calcule AB si VCC = 40V. b) Calcule VC5 en reposo, el valor de R1 y el valor de R4. c) Analice si los transistores de potencia necesitan disipador, y si es así, calcule su resistencia térmica. d) Simule en Proteus el circuito y compruebe los resultados obtenidos, con los de la simulación.

Datos: Q1  Q1 :

hFE mín.  80, I CQ  10 mA para VBE  0.6V , Vbe máx  0.8V ,

Vce sat  0.3V ,  JA  30  o C / W  ,  JC  1.8  o C / W  , CS  0.5  o C / W  Q3 : VBE  0.65V , Vce sat  0.2V , hFE .  180 Q4 : VBE  0.65V , Vce sat  0.2V , hFE .  180 Amplificadores de Potencia

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Estudio Individual …

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Estudio Individual … 2) Estudiar en la monografía la figura 6.19, y ver el análisis de la Línea de carga dinámica en la característica de salida de Q1. Analizar como se obtienen las expresiones antes analizadas en régimen dinámico para el amplificador Clase AB. IC

lcd

m

1 RL lce m R0

Im I CQ

Q VCE sat

VCEQ

Vm Amplificadores de Potencia

VCEQ

VCE Electrónica Analógica II

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FIN de la Conferencia 5

Autor Versión Original: Jorge Cabot López. Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME) Facultad de Ingeniería Eléctrica