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ETAPA DE POTENCIA

Los sistemas eléctricos lineales destinados al accionamiento de algún elemento de control

(válvulas hidráulicas, motores, bobinas de deflexión, parlantes, antenas, líneas telefónicas,

etc.) utilizan en su etapa final, un amplificador capaz de entregar al actuador la potencia

requerida.

En los casos en que la potencia a entregar es de apenas unos mw (señales débiles), los

circuitos no difieren mucho de los ya estudiados.

Cuando la potencia de salida supera los 100 mw (señales fuertes), las técnicas de diseño son

totalmente diferentes, ya que las impedancias que se manejan son relativas e influyen en los

parámetros de los dispositivos activos (transistores).

Clasificación de etapas de potencia

Según como se polaricen se pueden clasificar en:

1 . AMPLIFICADOR CLASE A

2 . AMPLIFICADOR CLASE B

3 . AMPLIFICADOR CLASE A-B

5 . AMPLIFICADOR CLASE D

4 . AMPLIFICADOR CLASE C

6 . AMPLIFICADOR CLASE E

7 . AMPLIFICADOR CLASE G

8 AMPLIFICADOR CLASE H

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Amplificador de Clase A Amplificador clase B Amplificador Clase AB

La corriente de salida circula La corriente de salida sólo La corriente de salida circula durante todo el ciclo de la circula, durante medio ciclo durante algo más de medio señal de entrada (360°). de la señal de entrada. ciclo.

Son fundamentalmente Se utiliza cuando las potencias Se polarizan los transistores como lineales y se utilizan para de salida son del orden del watt. para que aunque no haya señal en Potencias muy pequeñas. El punto de trabajo (Q) esta la entrada, haya una pequeña

Las alinealidades de los situado, en el corte, por lo caída de tensión (Vbe), para circuitos, originan distorsión tanto un transistor conducirá vencer la inercia del tiempo que por 2º armónica y cuando solamente 180° (medio ciclo) tardan los transistores en llegar al son del orden del 1%, ya caso por el cual, para amplificar valor de tensión de polarización se percibe. Un circuito típico los 360°, se necesitan dos (0,7 V) para compensar la es un C-C o un D`arlington. transistores. distorsión por cruce. Ic vi Ic

Ic Ic

ic ic

I VCC Ic

ICQ=----------- Q Q

ic RL RCE RCE Q Icq

t Vce t Icq Vceq = Vcc vce t Vceq Vcc

VCEQ VCC Vce

Vce ic = I sen 2 Π f t

VCE El punto Q está en el centro de la RCE y no se producirá ninguna distorsión en la salida Vc t t t

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Rendimiento del 25% Rendimiento del 78,5% Rendimiento del 60% o 70% a) Con señal en la entrada: a)Cuando no hay señal en la Se utiliza para armar habrá consumo de potencia entrada no hay consumo de audioamplificadores. de fuente, debido a la energía de fuente. polarización y disipación b)Cuando los transistores están del transistor. apareados se eliminan los errores

b) Sin señal en la entrada: armónicas pares.

También habrá consumo de c)En clase B se trabaja con Potencia de fuente, debido a transistores de potencia de un la polarización del transistor. valor, cinco veces menor que los que se deberían utilizar para Esto y su bajo rendimiento, son trabajar en clase A. las limitaciones del amplificador d)La desventaja de esta clase es de potencia “CLASE A”. la distorsión por cruce.

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Simetría Complementaria:

Básicamente está compuesta por un par de transistores opuesto (PNP y NPN) y se utiliza

para pequeñas potencias (menores del W). Para todas las clases de etapas de potencia,

cuando se quiere trabajar con fuente simple, se debe incluir en el circuito de salida un C2.

Este se cargará en el primer semiciclo (cuando funciona el T1) y actúa de fuente para el T2

en el segundo semiciclo.

CLASE B CLASE A-B +Vcc

+ Vcc

R1

T1

T1

A D1 C2

Vi T2 RL D2

T2

RL

-Vcc R2

Cuando el semiciclo de la señal Cuando se construyen circuitos integrados es más fácil

de audio ingresa al punto A, el T1 fabricar muchos transistores, que formar un diodo, se polariza en directa y amplifica, por lo tanto, se hace trabajar al transistor como diodo

mientras el T2 (por ser PNP), está uniendo base con colector. al corte (no conduce);en el

siguiente semiciclo (-), el T2 se polariza en directa y amplifica, mientras que el T1 se va al corte.

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Circuito práctico: Circuito practico: +Vcc

. +Vcc R4

T1

RV

R1 R4 T1 R C3 C3 D1

C1 V0 A

T3 R

T2 RL D2

R1 T2 RL

Vi R2 R3 C2 C1

-Vcc T3

Vi R2 C2

Etapa Excitadora potencia R3

En la práctica, hay generalmente una etapa excitadora y luego la simetría complementaria. En los dos casos el T3 actúa como excitador. En la clase A-B, la RV es para que cuando no hay señal, el nodo A, tenga un potencial de 0 Volt (condición que R3 = R4 ).

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SIMETRÍA “ CUASI – COMPLEMENTARIA”

Se utiliza para manejar potencias más altas. En esta configuración se substituye cada transistor de salida (del sistema complementario), por un par de transistores. Se puede implementar para dos tipos de exigencias:

a)“D`arlington”: Maneja potencias medias, utilizando la configuración Darlington (NPN y PNP).

b) Cuasi-D´arlington: Para potencias más altas, fue muy difícil obtener pares complementarios

Dárlington, por lo que hubo que crear los pares Cuasi- Dárlington (NPN y PNP).

a)Simetría cuasi - complementaria “ Dárlington”:

Par D´arlington NPN Par D´arlington PNP

+ Vcc T2

T1

RL

T1

T2

- Vcc

RL

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CLASE B CLASE A-B

Circuito Básico Circuito practico

+Vcc +Vcc

R5

T1 T3

T3 T1 R3 Vo C2

T4

Vi T2 R4

RL

R1 T2

-Vcc C1 T4

RL

T5

R2

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b)Simetría Cuasi – Complementaria “Cuasi – D`arlington”:

Par Cuasi D`alington NPN: Par Cuasi D`arlington PNP:

+VCC

RL

T2

T1 T1

T2

RL

- Vcc

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Clase B: Clase A-B

+Vcc

R5 T1

T3

+Vcc

C2

T3

T1 C

R1

T2 T4 RL

Vi T4 RL C1 T2

T5

R2

-Vcc

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Un problema muy frecuente en este tipo de conexiones, es que la resistencia (R5) de salida del excitador T5 no se adapte con la resistencia de la etapa de potencia (que generalmente es menor); para solucionar esto, se substituye la R5 por una carga activa (fuente de corriente constante tipo espejo) para obtener una corriente Icq5 constante, y una resistencia mas alta.

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En la práctica, las etapas excitadoras se diseñan con muy alta ganancia, se realimenta negativamente y se incluyen protecciones contra corto circuito (para RL = 0); por ejemplo para una etapa de potencia con simetría complementaria tenemos:

La Re1, se proyecta para que cuando por ella circule la corriente nominal del T1, produzca una caída de tensión menor que 0,7 V para que el T4 no conduzca. Si accidentalmente, cuando conduce (T1) se pone en corto la resistencia de carga (parlante) (RL = 0), la corriente que circulaba por T1 aumenta abruptamente por lo que también aumentará la caída de tensión en Re1 (> 0, 7 V) y (T4) comienza a conducir de tal forma que toda la corriente no pasa a través de T1, sino a través de T1 y T2 y no se

produce el embalamiento del T1. Para proteger al T2 lo que se limita, es la corriente en la base del excitador T3 para que el T2 no se embale.

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Amplificador de clase C La corriente de salida circula durante menos de medio ciclo.

Amplificadores de Potencia de audio

Monoaurales tiene un solo canal (una sola salida)

Estereo, tienen 2 canales (2 de Salidas). Puenteado o Bridge, (una sola salida).

Amplificador Bridge, puenteado o monobloque

Es el que al puentear sus dos canales, adquiere mayor potencia; esto supone conectar cada

pin del parlante a la salida de cada canal y configurarlos para que den la misma señal de

salida, pero desfasadas 180º. Los más simples, tienen uno de los dos canales, invertido y

llevan la salida de uno, en la entrada del otro.

Al puentearlo, en el altavoz se duplican la tensión y corriente y por ejemplo; una carga de

8Ω se comportará como si fuera de 4Ω; una de 4Ω como de 2Ω, etc.

En este modo, el factor de damping (de amortiguamiento) baja a la mitad.

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Conexión para lograr un amplificador Bridge