Amplificador de potencia de audio

Evolución desde un amplificador básico a un amplificador de potencia

y su utilización como amplificador operacional

Un amplificador de audio siempre estáformado por tres etapas en cascada

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• Se emplea en este caso realimentación local en cada etapa

• La primera etapa presenta una impedancia relativamente alta al generador de señal y aporta una ganancia de tensión baja

• La segunda etapa tiene una ganancia de tensión alta

• La tercera etapa actúa como adaptador de impedancias con la carga

• En conjunto este diseño presenta relativa alta distorsión y sus impedancias de entrada y salida no logran acercarse a las del amplificador ideal

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El mismo amplificador mejora empleandorealimentación total

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• Se logra estabilizar la polarización y la ganancia de tensión• También aumentar la impedancia de entrada y reducir la de salida

• Las dos primeras etapas deben aportar laganancia de tensión suficiente para poderestabilizar mediante realimentación tanto laganancia del amplificador como las impedanciasde entrada y salida.

• La tercera etapa provee a la segunda una buenaconversión de la impedancia de carga a fin delograr una muy alta ganancia de tensión, a la vezque mejora la impedancia de salida a lazoabierto.

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Identificamos el realimentador y redibujamosel nuevo amplificador básico

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Se considera solamente el comportamiento en alterna en el siguiente esquema

El diseño anterior se puede mejorarnotablemente empleando en la primeraetapa un par diferencial

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Ventajas inmediatas de usar un pardiferencial en la primera etapa:

• Se puede usar un capacitor de acoplamiento delrealimentador de menor valor por ser mayor laimpedancia y las resistencias asociadas a la base deT2 respecto del emisor de T1.

• Se mejora la tensión de offset de entrada por sersimétrico, lo que permitirá reducir el corrimiento dela tensión de salida (lo cual es útil cuando se eliminael capacitor de acoplamiento de salida a la carga.

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Eliminación del capacitor de salida C2

• Se divide la fuente fijando el punto medio como masa• Ahora puedo conectar directamente la carga sin C2• Notar que ya no es necesario el divisor resistivo para la

polarización de la base de T1

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Identificación del realimentador y el nuevo amplificador básico

Mejorando la etapa de salida

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• Se mejora el rendimiento cambiando la etapa de salida de clase A a clase B

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• El diodo tiene menor inercia térmica que el termistor y su derivatérmica es similar a la del transistor

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• El transistor permite reemplazar a varios diodos con el circuito multiplicador de Vbe y tiene las misma deriva térmica que la juntura base emisor de los transistores de salida

Mayor estabilidad térmica de etapa de salida

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Se logra con realimentación local mediante resistores degeneradores de emisor

Mayor separación de la impedancia de salida

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• Se logra aumentando el beta de los transistores de salida con tecnología darlington

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• Otra alternativa es la tecnología cuasi darlington que tiene una ventajaadicional, mejora el tracking térmico, ya que la juntura Vbe de lostransistores T7 y T8 queda fuera de la malla de polarización de la etapa desalida

Mejoramiento del comportamiento de la segunda etapa

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• Se incrementa la ganancia de tensión de la segunda etapa mediante elaumento de la impedancia vista por el colector del transistor T3

• Una forma es mediante la tecnología Bootstrap (tirabotas).

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• Otra forma es mediante la implementación de una carga activa

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• La batería auxiliar se reemplaza por una tensión de referencialograda con dos diodos

Mejoramiento del comportamiento de la primera etapa

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• A fin de mejorar el manejo de tensiones de modo común y el CMRR sereemplaza la resistencia de polarización del par diferencial por unafuente de corriente

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• La otra mejora importante el reemplazar la carga resistiva de T1 poruna activa lograda con un espejo de corriente, con lo que además deduplicar la ganancia de la primera etapa se mejora la distorsión y IOS

Amplificador de audio como amplificador operacional

• Se puede tratar el amplificador de audio de potencia como un sistema compuesto por un amplificador operacional empleando realimentación serie paralelo, obteniendo un amplificador de tensión muy cercano al ideal.

• Se obtendrá un amplificador con baja distorsión armónica, alto rendimiento y buen factor de amortiguamiento (baja impedancia de salida)

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