AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE AB

Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas

Pedro Ricardo Rodrguez .20132005113

Nicols Andrs Melo Riveros .20132005106

Bayron Alexis Crdenas Espitia .20132005045

SOPORTE TERICO

AMPLIFICADOR EN CLASE AB

Este tipo de amplificadores funcionan bsicamente como los amplificadores en clase B, excepto en

que se inyecta una pequea corriente de polarizacin para que ya estn conduciendo previamente

a la llegada de la seal. No se disean en clase A. Se disean casi en corte, pero sin llegar a estar

en ese estado. De esta forma se consigue eliminar la distorsin de cruce.

La principal dificultad es conseguir la estabilidad del punto de funcionamiento. Se debe garantizar

que los transistores no entrarn en corte. La mejor solucin es recurrir al espejo de corriente.

El espejo de corriente se basa en la conexin en paralelo de dos diodos iguales. Si son iguales y

tienen la misma curva caracterstica, por los dos diodos circula la misma corriente puesto que los

puntos de funcionamiento son idnticos. Para una misma tensin nodo ctodo en los dos diodos

se tiene una misma corriente en cada uno de ellos.

Para evitar problemas trmicos se coloca en serie con el emisor una resistencia de potencia de

0.47 Estos conceptos se emplean en el diseo del siguiente amplificador de potencia en clase

AB:

El transistor Q1 polarizado por R1 y R2 se comporta como una fuente de corriente:

0,7

4

La corriente Ic en rgimen esttico es constante. La corriente por los diodos D1 y D2 tambin lo es.

La polarizacin de los transistores queda garantizada al estar los diodos en paralelo con las uniones

base emisor. Para alterna, los diodos se comportan como una resistencia dinmica por estar

polarizados en el primer cuadrante. Las bases para alterna estn unidas. Para minimizar las

diferencias puede conectarse entre ambas un condensador.

En reposo, la tensin continua en extremos de la carga debe ser 0 voltios. Se ajustar retocando

ligeramente la resistencia R4 o la resistencia R3. Si se introduce una seal variable en la entrada,

Q1 la amplifica. A la salida de Q1, Q2 amplifica el semiperiodo positivo y Q3 el negativo. En el

altavoz, RL, se tiene la seal reconstruida. Para conseguir que los transistores de potencia puedan

ser del mismo tipo, se recurre a la configuracin con simetra complementaria y Darlington. En la

siguiente figura se puede observar esta configuracin.

Se aade otro diodo, para compensar otra unin base emisor en la configuracin del espejo de

corriente. Los transistores finales son de potencia. La de estos transistores suele ser de 20. La del

resto de los transistores suele ser de 100.

CLCULOS TERICOS

Se va a disear un amplificador de potencia para audio, funcionando en clase AB. Se ha elegido

una potencia de 30 W y una pequea etapa preamplificadora compuesta por un amplificador EC.

La frecuencia inferior de corte se elige de 20 Hz. El esquema que se va a justificar es el indicado en

la figura 1. El diseo parte de la potencia requerida y de la impedancia del altavoz. Se disea de

derecha a izquierda. Suponiendo una potencia de 30 W sobre un altavoz de 8 el primer paso

consiste en calcular la tensin de alimentacin.

Fig1. Esquema amplificador AB realizado

Clculo de la fuente de alimentacin

Como PL=VL*IL por ser carga resistiva adems de que IL=VL/RL se tiene que:

=2

VL representa el valor eficaz. Al estar alimentado el amplificador con alimentacin simtrica, la

mxima desviacin de la tensin en la carga es Vcc. Resulta:

=

2=

2

Sustituyendo:

=2

=

(

2)

2

=

2

2

Despejando:

= 2() = 2(8)(30) 22 = 22

La corriente mxima que debe suministrar cada fuente es:

( ) =

=

22

8= 2,75 () = 2,75

Caractersticas de los transistores Q5 y Q6

Los transistores Q5 y Q6 deben soportar un Vce>22V y una corriente de colector Ic>2,75A adems

de poseer un Beta del orden de 30. Se escogen 2 transistores NPN 2N3055 con un Vce mximo de

70V y una Ic mxima de 15A. A continuacin se muestran los datos tomados del datasheet del

2N3055:

Fig2. Caractersticas mximas de trabajo 2N3055

Fig3. Grfica Ic-Hfe 2N3055

Para una corriente Ic de 2,75A el hfe aproximado es de 30.

Caractersticas de las resistencias R9 y R11

Las resistencias R9 y R11 se eligen de 0.47 para evitar problemas trminos. Al ser de potencia, es

necesario calcular la potencia disipada:

(0,47) = 2 = (2,75)2(0,47) = 3,55

Las resistencias R9 y R11 de 0,47 Ohms deben ser de potencia a un valor superior a 3,55W.

Comercialmente se consiguen resistencias de 0,47 Ohms a 5W.

9 = 11 = 0,47(5)

Caractersticas de los transistores Q3 y Q4

Q4 es un transistor NPN en configuracin darlington junto con Q6. Q3 es un transistor PNP en

configuracin darlington complementario junto con Q5. Q4 y Q5 equivalen a un transistor NPN con

= 1 2 y Q3 y Q5 equivalen a un transistor PNP con = 1 2.

Los transistores de potencia tienen una aproximada de 30 (2N3055). Para Q4 se elige un transistor

de 100 (Para Ic menores a 10mA). Por ejemplo el 2N2222A. Para Q5, un transistor PNP de 100,

por ejemplo el BC557A. (Ver hojas de datos anexas)

Clculo de R8

Para calcular R8 se necesita saber la corriente y la diferencia de potencial en extremos. En reposo,

la tensin en RL es 0V. Despreciando la cada de tensin en la resistencia de 0.47, la tensin en la

base de Q4 es 1.4V El valor mximo de la corriente por la base es:

= ()

1 2=

2,75

(20)(100)= 1,4

Se toma para R4 una corriente ligeramente superior para garantizar que los diodos y el transistor Q2

siempre estn conduciendo. Por ejemplo Ic (EC)=5 mA (se polariza para que en la malla Ic=5mA)

8 = 2

=

22 1,4

5= 4,12 8 = 4.12(3.9 )

Clculo de C4

C4 garantiza la unin elctrica de las bases de los transistores para alterna. Se puede realizar un

clculo aproximado para obtener el valor del mismo. No es crtica su eleccin.

4 =1

2

La Req vista por C4 es la resistencia dinmica de los 3 diodos que es: = 3 (25

5) = 15

Entonces

4 =1

2 (20) (15)= 530 4 = 530 (560 )

Eleccin de Q2

Q2 es un transistor que funciona con una corriente y una tensin reducida. Cualquier transistor de

seales sirve para esta aplicacin. Se elige el transistor NPN 2N2222A de = 100 (para una Ic de

polarizacin de 5mA, ver datasheet anexo).

Clculo de R7

R7 debe calcularse de forma que permita el correcto funcionamiento del transistor Q2 para

cualquier variacin de la seal de entrada. Se elige una cada de tensin Vcc /10, es decir 2.2 V.

7 =

=

2,2

5= 440 7 = 440 (470 )

Clculo de R5

Se elige una corriente por R5 y R6 superior a la de la base. La corriente por la base de Q2 es:

2 =()

2=

5

100= 0.05

Se toma una corriente de 1 mA. De esta forma se puede despreciar la de base:

5 =2,2 + 0,7

1= 2,9 5 = 2,9(2.7 )

Clculo de R6

La corriente es de 1 mA. La diferencia de potencial en extremos es:

= ( + () + 0,7) = 22 (22 + 2,2 + 0,7) = 41,1

La resistencia:

6 =41,1

1= 41,1 6 = 41,1(41,2 )

Etapa Preamplificadora EC

Se escoge un transistor 2N2222A con beta del orden de 100 para corrientes menores a 10mA. Se

elige una corriente de colector de 10 mA, un punto de funcionamiento en clase A y una tensin de

emisor de 2.2 V. A partir de estos datos se disean las resistencias:

3 =

=

2,2

10= 220 3 = 220

En el colector de Q1 se tiene la siguiente tensin:

= + = +

2= 2.2 +

22

2= 13,2

La resistencia R4:

4 =

=

22 13,2

10= 880 4 = 880(888 )

La ganancia de la etapa es:

= 20 log (4||2

1 + 3)

Suponiendo que se est trabajando a una frecuencia superior a la de corte. La impedancia de entrada

de la siguiente etapa es:

2 = 5||6||(2 + 7) = 2.9||41.1||100(455) = 2557

Dnde rd2=25mV/5mA=5 de igual forma rd1=25mV/10mA=2,5. Entonces

= 20 log (880||2557

2,5 + 220) = 9,4

Clculo de C3

C3 se calcula a partir de la siguiente expresin:

3 =1

2 (4 + 2)=

1

2(20)(880 + 2557)= 2,32

Se elige el valor de C3 superior a 2,32 micros por ejemplo C3=10F

Clculo de R1 y R2

La corriente por la base de Q1 es Ib1 = Ic / 100 = 0.1 mA. Se toma una corriente por R2 diez veces

superior para poder hacer aproximaciones: Io = 1 mA

La tensin en la base de Q1 es: Vb1 = Ve1 + Vbe1 = 2.2 + 0.7 = 2.9 V

1 =1

=

2,9

1= 2,9 1 = 2,9(2,7 )

R2 se calcula a partir de:

2 = 1

=

22 2,9

1= 19,1 2 = 19,1(19 )

Clculo de la impedancia de entrada

La impedancia de entrada del amplificador se calcula a partir de la siguiente expresin:

= 1||2||(1 + 3) = 2,9||19,1||100(2.5 + 220) = 2262

Clculo del condensador de acople de entrada

=1

2(20)(2262)= 3,52

Se escoge un Ci con un valor mayor a 3,52 micros por ejemplo Ci=10F

Clculo del condensador de desacople de R7

7 =1 + 2 + ( + 1)2

2 (2) (2 + 1)=

880 + 500 + (101)(440)

2(20)(440)(500 + 800)= 600

7 = 600(680 )

Clculo del condensador de desacople de R3

3 = + 1 + ( + 1)1

2 (1)(1 + )=

50 + 250 + (101)(220)

2(20)(220)(250 + 50)= 2700

3 = 2700 (2200 )

El circuito final es el siguiente:

ANEXOS

Anexos 1.1 Datasheet 2N3055

Anexos 1.2 Datasheet 2N2222A

Anexos 1.3 Datasheet BC557A