Circuito amplificador de potencia con T-

2n3055

Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica

E.A.P. Ingeniería de Telecomunicaciones

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Universidad del Perú, Decana de américa

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I

ING. CELSO GERÓNIMO PERALTA BUSTILLOS JAZMÍN DAYANA

13190240

Datos:

Una buena comprensión de los fundamentos

básicos de la amplificación de potencia.

OBJETIVO

En la mayoría de los sistemas electrónicos la

amplificación de señales es indispensable, los requerimientos para este proceso que parece contradecir a la arbitraria Ley de la Conservación de la Energía se centran en un elemento que es básico y fundamental para todo proceso cuyo propósito sea obtener una ganancia de potencia, el transistor.

INTRODUCCIÓN

Figura 1 - Amplificación de señal

A continuación presentaremos una variedad

de conceptos que abarcan el tema de nuestro trabajo:

MARCO TEÓRICO

EL TRANSISTOR (Transistor Bipolar o Transistor Electrónico)

Inventado en 1951, es el componente electrónico estrella, pues inició una auténtica revolución en la electrónica que ha superado cualquier previsión inicial.

Son elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control.

Figura 3 - Corrientes de un transistor

Figura 2 - Partes de un transistor

Tipos de transistores 

Los transistores están formados por la unión de tres cristales semiconductores, dos del tipo P uno del tipo N (transistores PNP), o bien dos del tipo N y uno del P (transistores NPN).

Figura 4 – Tipos de transistores

Funciones

Un transistor es un componente que tiene, básicamente, dos funciones:

- Como Interruptor. -Como un ELEMENTO AMPLIFICADOR DE SEÑALES.

* También: amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

FuncionamientoUn transistor puede tener 3 estados posibles en su trabajo dentro de un circuito:

 - En activa: deja pasar más o menos corriente.

 - En corte: no deja pasar la corriente.

 - En saturación: deja pasar toda la corriente.

AMPLIFICADOR DE POTENCIA (amplificador de audio, etapa de potencia,  o etapa de ganancia )

Es un circuito capaz de aumentar el nivel de una señal. Trabaja con corriente continua, cuya potencia “se transfiere”

a la de la corriente o señal alterna de salida. Es fundamental la refrigeración del mismo pues durante el

proceso se disipa gran cantidad de calor. Físicamente, un amplificador es un equipo en el que

habitualmente, sólo hay un botón: el de encendido/apagado.

Características técnicas

Determinan la calidad del amplificador:

• Impedancia.• Factor de amortiguamiento.• Potencia de salida.• Relación señal ruido.• Acoplamiento.• Respuesta en frecuencia.• Respuesta de fase.• Ganancia.• Sensibilidad.• Distorsión.• Diafonía.

Figura 5 – Amplificador de potencia

Tipos de los amplificadores de potencia

La tipología de los amplificadores está basada en la forma de la señal de salida.Entre las diferentes tipologías de etapas de potencia encontramos:

Amplificador de Clase A • La corriente de salida circula durante todo el ciclo de la señal

de entrada.• La corriente de polarización del transistor de salida es alta y

constante.• La distorsión introducida es muy baja, pero el rendimiento

también, siempre por debajo del 25%.

Figura 6 – Amplificador de clase A

Amplificador clase B • De positivo, hay señal; a negativo, no hay señal.• No circula corriente a través de los transistores de salida

cuando no hay señal de audio.• La distorsión introducida es muy elevada.• El rendimiento mejora notablemente respecto a la clase A,

aunque inferior al 80%.• La calidad es muy pobre.

Figura 7 – Amplificador de clase B

Amplificador clase AB • La corriente circula entre medio ciclo y el ciclo completo de

la señal de entrada.• Como en la clase A, hay una corriente de polarización

constante, pero relativamente baja, evitando la distorsión de cruce.

• Son los de más calidad. • Es una mejora de la clase B para evitar la distorsión excesiva. • Su rendimiento es mejor que el de la A, pero inferior a la B.

Figura 8 – Amplificador de clase AB

Amplificador de clase C • La corriente solo circula durante menos de medio ciclo de la

señal de entrada.• Trabaja para una banda de frecuencias estrecha. • Resulta muy apropiado en equipos de radiofrecuencia.

Figura 9 – Amplificador de clase C

ANÁLISIS DE UN AMPLIFICADOR MEDIANTE SU ASIMILACIÓN A UN CUADRIPOLO (red de dos puertas)

Permite caracterizarlo mediante una serie de parámetros relativamente simples que nos proporcionan información sobre su comportamiento.

De esta forma podemos definir los siguientes parámetros:

Ganancia de tensión (normalmente en decibelios):

Av = Vo / Vi Impedancia de entrada (ohmnios):

Zi = Vi / Ii Impedancia de salida (ohmnios):

Zo = Vo / Io  (para Vg = 0) Ganancia de corriente (normalmente en decibelios):

Ai = Io / Ii Ganancia de potencia (normalmente en decibelios):

Ap = Po / Pi

Un amplificador será tanto mejor cuanto mayor sea su

ganancia y menor sea su impedancia de entrada y salida.

Figura 10 – Amplificador como cuadripolo

RENDIMIENTO DE UN AMPLIFICADOR

En un amplificador de potencia es muy importante que la potencia que entrega la fuente sea aprovechada al máximo para conseguir la mayor potencia de señal de salida.

Es decir, que el rendimiento de un amplificador se determina mediante, la siguiente relación:

EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DE POTENCIA

La amplificación de potencia de señales es una función importante del transistor. Pero también existen tipos de circuitos integrados (CI) aptos para esta función. Debido a su gran sólida estructura, son del uso general para la fabricación de sistemas electrónicos.

Los transistores bipolares de potencia se pueden emplear tanto en aplicaciones lineales como en conmutación.

Normalmente se los emplea en configuración Darlington, debido a que la ganancia de corriente es pequeña, .

El montaje más típico del transistor bipolar como amplificador de potencia, es el de emisor común (EC).

Características Recta de carga para señalLa recta de carga para señal tiene una mayor pendiente que la recta de carga para continua si la resistencia de colector para señal es menor que la resistencia de colector para continua.

Límites para la excursión de señalLa máxima excursión de señal se conseguirá cuando se logre ubicar el punto de operación del transistor en la mitad de la recta de carga AC, permitiendo al punto de operación moverse en iguales proporciones durante el ciclo positivo y negativo de la señal de entrada, entre 0 y K*Vcc . Al conseguir esto, se entiende que al provocarse saturación en la salida con un de los hemiciclos de la señal de entrada, se generará también saturación en el hemiciclo contrario.

Limitación de potencia para un transistorLa temperatura en la unión del transistor limita la potencia que un transistor puede disipar sin que se destruya. La temperatura del encapsulado se halla entre la temperatura de la unión y la temperatura ambiente. Los disipadores de calor permiten que el calor escape con mayor facilidad de un transistor, lo que hace que disminuya la temperatura de la unión.

EL TRANSISTOR 2N3055

Es un transistor NPN de potencia . Fue introducido en la década de 1960 por la firma

estadounidense RCA usando el proceso hometaxial para transistores de potencia, que luego pasó a una base epitaxial en la década de 1970.

Su numeración sigue el estándar JEDEC.2.

Figura 11 – Transistor 2N3055

EspecificacionesBásicosEs un cepillador epitaxial de base de silicio que posee una carcasa metálica Jedec TO-3. Entre los transistores de este tipo se encuentran St Microelectronics, Siemens, Motorola, Microsemi y Central Semiconductor Corporation.

ValoresPosee un colector base de voltaje máximo de 100 voltios, un colector-emisor de voltaje VCER máximo de 70 voltios y un colector-emisor de voltaje máximo de 60 voltios. El emisor base VEBO de voltaje del dispositivo es de 7. Posee un colector de corriente con capacidad máxima de 15 amps y una capacidad base de corriente de 7 amps. El 2N3055 posee una disipación total de 115 vatios.

Especificaciones térmicasPosee una temperatura máxima de empalme operativo de 200 grados centígrados o 392 grados Fahrenheit. Puede almacenarse a temperaturas que oscilen entre los menos 65 y los 200 grados Celsius. La resistencia térmica de la cubierta de unión del dispositivo es de 1.5 grados centígrados por vatio, la medida de capacidad del transistor para la transferencia de calor.

Especificaciones eléctricasBajo condiciones de prueba de 100 voltios, tiene un colector ICEX de corte de 1 mega-amp y una tasa de corriente de 5 mA. En 30 voltios, su colector ICEO de corte cae a un máximo de 0,7 mA. El transistor posee un emisor-colector de voltaje sostenido VCEO mínimo de 60 voltios, una ganancia máxima de corriente continua de 70 voltios, una frecuencia de transición de 3 mega Hertz y un segundo colector de desglose de corriente de 2,87 amps.

Se tiene el diseño de un amplificador de potencia para una

entrada de 12 V.

Par realizar el montaje completo del amplificador hemos utilizado el programa de diseño Orcad en su versión 16.3.

Orcad Este programa nos permite la captura de esquemas (Orcad

Capture) con el que realizamos todo el montaje del circuito. Para ello se dispone de varios cientos de componentes electrónicos agrupados en distintas librerías de las que podemos hacer uso para colocar en el esquema lo componentes necesarios.

AMPLIFICADOR DE POTENCIA CON T-

2N3055

ESQUEMA ELÉCTRICO

El esquema eléctrico realizado con Orcad quedó como se ve a continuación:

Figura 11 - Esquema utilizado por Orcad para confeccionar el circuito impreso

REALIZACIÓN DE LA PLACA DE CIRCUITO IMPRESO

El circuito impreso finalizado con el Programa Orcad nos ha quedado como se muestra en la figura 12.

Las pistas indican todos los caminos que puede tomar la corriente eléctrica, también se puede observar la ubicación exacta que tomará cada dispositivo electrónico.

Figura 12 - Presentación de Orcad de las pistas del circuito impreso

Imagen de la placa final del circuito impresoTambién podemos observar cómo quedará la placa de nuestro circuito impreso, es decir la imagen de solo las pistas del circuito.

Figura3 – Circuito Impreso

Componentes

Los componentes o dispositivos utilizados son los que se ven en la siguiente imagen de Orcad.

IMÁGENES DE MI TRABAJO