Amplificadores de Potencia (1)

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  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    1/60

    Electrnica de Comunicaciones

    CONTENIDO RESUMIDO:

    1- Introduccin

    2- Osciladores

    3- Mezcladores.

    4- Lazos enganchados en fase (PLL).

    5- Amplificadores de pequea seal para RF.6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoelctricos.

    7- Amplificadores de potencia para RF.

    8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).

    9- Demoduladores de ngulo (FM, FSK y PM).

    10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).

    11- Moduladores de ngulo (PM, FM, FSK y PSK).

    12- Tipos y estructuras de receptores de RF.

    13- Tipos y estructuras de transmisores de RF.

    14- Transceptores para radiocomunicaciones

    ATE-UO EC piezo 00

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    2/60

    7- Amplificadores de potencia para RF

    ATE-UO EC amp pot 01

    Idea fundamental:

    Amplificar seales de RF hasta niveles suficientes para sutransmisin y hacerlo con buen rendimiento energtico.

    PRFPeRF

    Rg

    Amplificador

    de potencia

    de RF

    +

    RL

    PCC

    VCC

    Pperd

    L = PRF/PCC

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    3/60

    iC

    T 2T0

    t

    iC

    T 2T0

    t

    iC

    T 2T0

    t

    Concepto de Clase de un transistor en un amplificador (I)

    Clase A:

    conduccin durante 2TClase B:

    conduccin duranteT

    Clase C:

    conduccin < T

    ATE-UO EC amp pot 02

    iC

    Amplificador depotencia de RF

    RL

    Rg

    +

    Q1

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    4/60

    Concepto de Clase de un transistor en un amplificador (II)

    Clase D: Q1 trabaja en conmutacin

    Clase E: Q1 trabaja en conmutacin a

    tensin cero

    ATE-UO EC amp pot 03

    iC

    t

    t

    vCE

    Control

    iC

    Amplificador depotencia de RF

    RL

    Rg

    +

    Q1

    +

    -vCE

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    5/60

    ATE-UO EC amp pot 04

    Tipos de amplificadores de potencia de RF

    Rg

    Amplificador

    de potencia

    de RF

    +

    RLVCC

    vg+

    -

    vs

    Amplificadores lineales: la forma de onda de la tensin de salidavs es proporcional a la de entrada vg.

    Amplificadores no lineales:la forma de onda de la tensin desalida vs no es proporcional a la de entrada vg. Caso especialmente

    interesante: tensin de salida vs proporcional a VCC.

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    6/60

    Rg

    +

    Polarizacin

    Q1

    iCRL

    VCC

    +

    -

    vCE

    ATE-UO EC amp pot 05

    Amplificador Clase A con la carga

    en el circuito de polarizacin (I)

    Circuito bsico

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    7/60

    Q1

    iCRL

    VCC

    +

    -v

    CE

    ATE-UO EC amp pot 06

    Amplificador Clase A con la carga

    en el circuito de polarizacin (II)

    IB

    iC

    vCE

    VCC/RL

    VCC

    t

    vCE1

    t

    iC1

    PRF = ic12RL/2 PCC = ic1VCC

    L= PRF/PCC = ic1RL/(2VCC)

    Elegimos unpunto de trabajo

    Luego L crece con iC1. Pero el crecimiento de iC1 tiene un lmite

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    8/60

    Q1

    iCRL

    VCC

    +

    -

    vCE

    ATE-UO EC amp pot 07

    Amplificador Clase A con la carga

    en el circuito de polarizacin (III)

    IB

    iC

    vCE

    VCC/RL

    VCC

    Mximo valor de iC1

    Lmax = ic1RL/(2VCC) con iC1 = VCC/2RL

    Por tanto: Lmax = 1/4 = 25%

    El 25% es un rendimiento mximo muy bajo!

    iC1 = VCC/2RL

    t

    vCE1 = VCC/2t

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    9/60

    ATE-UO EC amp pot 08

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por fuente de corriente (I)

    Circuito bsico

    Rg

    +

    Polarizacin

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -

    vCE

    + -

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    10/60

    ATE-UO EC amp pot 09

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por fuente de corriente (II)

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -

    vCE

    iC iL

    + -

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -vCE

    iC iL

    + -

    Realizacin fsica de la fuente de corriente

    +

    -

    La tensin en la fuente de corriente debe ser la mostrada

    +

    -

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    11/60

    ATE-UO EC amp pot 10

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por fuente de corriente (III)

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -v

    CE

    iC iL

    + -

    +

    - IB

    iC

    vCE

    VCC/RL

    VCC

    Recta de

    carga en

    continua

    Recta de carga en alterna

    con pendiente 1/RL

    Eleccin del punto de trabajo para un valor de IC

    Esta es la recta de carga de alterna con mayores niveles

    de tensin y corriente y compatible con tensin positiva

    en la fuente de corriente

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    12/60

    ATE-UO EC amp pot 11

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por fuente de corriente (IV)

    t

    vCE1

    tIC

    VCC/RL

    VCC

    IB

    iC

    vCE

    Recta de

    carga en

    continua

    Recta de carga en alterna

    PRF = Ic2RL/2 PCC = IcVCC L= IcRL/(2VCC)

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -

    vCE

    iC iL

    +-

    +

    -vCE1

    Luego L crece con IC y tiene el lmite en IC = VCC/2RL.

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    13/60

    ATE-UO EC amp pot 12

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por fuente de corriente (V)

    t

    vCE1

    PRF = Ic2RL/2 PCC = IcVCC L= IcRL/(2VCC)

    Con IC = VCC/2RL, Lmax = 1/4 = 25%.

    Sigue siendo muy bajo!

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -vCE

    iC iL

    + -

    +

    -vCE1

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -vCE

    iC iL

    + -

    +

    -

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -vCE

    iC iL

    + -

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -vCE

    iC iL

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    -vCE

    +

    -

    +

    -vCE

    iC iL

    + -

    +

    -

    +

    -vCE1

    t

    IC

    VCC/RL

    VCC

    IB

    iC

    vCE

    Recta de carga

    en continua

    Recta de carga en alterna

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    14/60

    ATE-UO EC amp pot 13

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por resistencia de colector (I)

    Circuito bsico

    Rg

    +

    Polarizacin

    Q1

    RC

    VCC

    +

    -

    vCE RL

    + -iC

    iL

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    15/60

    ATE-UO EC amp pot 14

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por resistencia de colector (II)

    VCC

    iC

    IB

    vCE

    VCC/RL

    Recta decarga en

    continua

    iC1

    vCE1

    Punto de trabajo

    Recta de carga en alterna con

    pendiente -(RC+R

    L)/(R

    LR

    C)

    Cmo debe elegirse RC para obtener rendimiento mximo?

    Cul ser el rendimiento mximo?

    No demostrado aqu: Condicin de rendimiento mximo es

    RC = 2RL y Lmax = 1/(6 + 4 2) = 8,57

    %. An mas bajo!

    Q1

    RC

    VCC

    +

    -vCE RL

    + -iC

    iL

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    16/60

    ATE-UO EC amp pot 15

    Resumen de los amplificador Clase A (hasta ahora)

    Toda la componente

    de alterna de iC circula

    por la carga.

    Pero en la carga se

    disipa continua.

    Q1

    RCVCC

    +

    -vCE RL

    + -iC

    iL

    Q1

    RCVCC

    +

    -vCE RL

    + -iC

    iL

    Q1

    RCVCC

    +

    -vCE RL

    + -

    RL

    + -iC

    iL

    Lmax = 8,57%Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    - vCE

    iC iL

    + -

    +

    -

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    - vCE

    iC iL

    + -

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    - vCE

    iC iL

    Q1

    IC

    RL

    VCC

    +

    - vCE

    +

    -

    +

    - vCE

    iC iL

    + -

    +

    -

    +

    -

    Lmax = 25%

    Q1

    iCRL

    VCC

    +

    -vCE

    Q1

    iCRL

    VCC

    +

    -vCE

    Lmax = 25%

    Toda la componente

    de alterna de iC circula

    por la carga. Pero en la fuente de

    corriente se disipa

    continua.

    La componente de

    alterna de iC circula por la

    carga y por la resistencia

    de polarizacin. En la resistencia de

    polarizacin se disipa

    continua (adems de

    alterna).

    Podemos conseguir que en elemento de

    polarizacin no se disipe ni alterna ni continua?

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    17/60

    ATE-UO EC amp pot 16

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por bobina de choque en el colector (I)

    Circuito bsico

    Rg

    +

    Polarizacin

    Q1

    LCH

    VCC

    +

    -vCE RL

    + -iCiRL

    La bobina LCH debe presentar una impedancia

    mucho mayor que RL a la frecuencia de trabajo

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    18/60

    ATE-UO EC amp pot 17

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por bobina de choque en el colector (II)

    Circuito equivalente al bsico

    Q1

    LCH

    VCC

    +

    -

    vCE RL

    + -iCiRL

    Q1

    LCH

    VCC

    +

    -

    vCE

    RL

    iC

    iRL

    En ambos casos:

    Toda la componente de alterna de iC circula por la carga.

    En la bobina, obviamente, no se disipa potencia.

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    19/60

    ATE-UO EC amp pot 18

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por bobina de choque en el colector (III)

    Otra posibilidad de realizacin fsica, pero con un grado de libertad ms

    Q1

    Lm

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    iC

    iRL

    Es como el caso anterior:

    Toda la componente de alterna de iC circula por la carga

    (modificada por la relacin de transformacin del transformador).

    En el transformador, obviamente, no se disipa potencia.

    Q1

    VCC+

    -

    vCE

    RL

    iCiRL

    1:n

    RL = R

    L/n2

    iRL = iRLn

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    20/60

    ATE-UO EC amp pot 19

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por bobina de choque en el colector (IV)

    Circuito de estudio

    Q1

    LCH

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    iCiRL

    VCC

    iC

    IB

    vCE

    Recta de carga

    en alterna con

    pendiente -1/RL

    Recta de carga

    en continua

    Punto de trabajo

    Cmo debe elegirse el punto de trabajo para

    obtener el mximo rendimiento posible?

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    21/60

    ATE-UO EC amp pot 20

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por bobina de choque en el colector (V)

    t

    vCE

    VCC

    iC

    IB

    Recta de carga

    en continua

    iC1

    VCC+iC1RLPRF = (ic1RL)2/(2RL)

    PCC = ic1VCC

    L= PRF/PCC = ic1RL/(2VCC)

    Q1

    LCH

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    iC

    iRL

    Q1

    LCH

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    iC

    iRL

    La componente de alterna

    en el transistor es la

    misma que en la carga

    El mximo valor de ic1RL es ic1RL = VCC y por tanto Lmax = 1/2 = 50%.

    Ha mejorado, pero sigue siendo bajo!

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    22/60

    ATE-UO EC amp pot 21

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por bobina de choque en el colector (VI)

    VCC

    Recta de carga

    en continuaiC

    IB

    vCE

    2VCC

    t

    Situacin con la mxima seal que se puede manejar

    iC1=VCC/RL

    2iC1

    tQ1

    LCH

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    iCiRL

    Q1

    LCH

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    iCiRL

    Cul es el rendimiento cuando la

    seal es no es la mxima posible?

    Lmax = 50%.

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    23/60

    ATE-UO EC amp pot 22

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por bobina de choque en el colector (VII)

    Situacin con seal menor que la mxima que se puede manejar

    Q1

    LCH

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    iC

    iRL

    Q1

    LCH

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    iC

    iRL

    VCC

    Recta de carga

    en continuaiC

    IB

    vCE

    2VCC

    2VCC/RL

    Pend. -1/RL

    t

    (vCE

    t

    (iC

    PRF = ((vCE)2/(2RL)

    PCC = VCC2/RL

    L= PRF/PCC = 0,5((vCE/VCC)2

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    24/60

    t

    vCE satVCC-vCE sat

    (VCC-vCE sat)/RL

    VCC

    Recta de cargaen continuaiC IB

    vCE

    2VCC

    2VCC/RL

    Pend. -1/RL

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por bobina de choque en el colector (VIII)

    Con transistores reales

    (no idealizados)

    PRF = (VCC-vCE sat)2/(2RL)

    PCC = VCC(VCC-vCE sat)/RL

    L= 0,5(VCC-vCE sat)/ VCC

    ATE-UO EC amp pot 23

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    25/60

    ATE-UO EC amp pot 24

    Amplificador Clase A con polarizacin

    por bobina de choque en el colector (IX)

    Seal modulada en amplitud

    VCC

    Recta de carga

    en continuaiC

    IB

    vCE

    2VCC

    2VCC/RL

    Pend. -1/RL

    t

    vpvm

    vce([mt, [pt)

    vce([mt, [pt) = (vCE([mt)sen([pt)

    (vCE([mt) = vp[1 + msen([mt)]

    m = vm/vp

    L([mt) = 0,5[(vCE ([mt)/VCC]2

    L([mt) = 0,5(vp/VCC)2[1 + msen([mt)]

    2

    Lmed = 0,5(vp/VCC)2[1 + m2/2]

    Lmed max vp = VCC/2, m = 1

    Lmed max = 0,125[1 + 1/2] = 18,75% Vuelve a ser muy bajo!

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    26/60

    Circuito resonante a lafrecuencia de la seal de RF

    ATE-UO EC amp pot 25

    Amplificador Clase B con un nico transistor (I)

    Circuito bsico

    Rg

    +

    Polarizacin

    iC

    180

    Q1

    L

    VCC

    +

    -

    vCERL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -

    vRL

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    27/60

    ATE-UO EC amp pot 26

    Amplificador Clase B con un nico transistor (II)

    Equivalente

    Equivalente (salvo

    para la tensin

    sobre la fuente)

    iC

    180

    Q1

    L

    VCC+

    -vCE

    RLiC

    iRL

    C

    +

    -

    vRL

    iC

    180

    iC L

    RLC

    iRL +

    -

    vRL

    iC

    180

    Q1

    L

    VCC

    +

    -vCE RL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -vRL

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    28/60

    iC L RL

    C +

    -

    vRL

    ATE-UO EC amp pot 27

    Amplificador Clase B con un nico transistor (III)

    IC iCpico/TIC

    180

    iCcaiCpico(1-1/T)

    iCca

    Circuitos equivalentes (I)

    No genera tensin en la carga

    iC

    L RL

    CiC

    180

    iCpico

    +

    -vRL

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    29/60

    ATE-UO EC amp pot 28

    Amplificador Clase B con un nico transistor (IV)

    L RL

    C +

    -vRL

    iCca([t) iRL([t)

    Circuitos equivalentes (II)

    180

    iCca

    iCpico(1-1/T)

    iCca1iCpico/2

    =iCca1

    +Armnicos

    Arm.

    Los armnicos secortocircuitan por el

    condensador

    iCca1 ([t ) = (iCpico/2)sen([t)

    vRL([t) = RLiRL([t) = -RLiCca1([t)

    vRL([t) = -RL(iCpico/2)sen([t)iCca1

    iCpico/2

    iCca1

    RL

    +

    -vRL

    iRL

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    30/60

    vCE

    iC

    IB

    ATE-UO EC amp pot 29

    Amplificador Clase B con un nico transistor (V)

    Rectas de carga, punto de

    trabajo (esttico) y excursin

    del punto de trabajo

    iC

    180

    Q1

    L

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -

    vRL

    VCC

    Recta de carga

    en continua

    Pendiente 0

    Pendiente-2/RL

    2VCC/RL

    t (vCE

    180t

    iCpicoPunto de trabajo

    Llamamos vce a la componente de alterna

    de vCE. Entonces:

    vce([t) = vRL([t) = -RL(iCpico/2)sen([t) vce([t) = -(RL/2)iCpicosen([t) = -(RL/2)iCPor tanto:

    (vCE = iCpicoRL/2

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    31/60

    ATE-UO EC amp pot 30

    Amplificador Clase B con un nico transistor (VI)

    Clculo del rendimiento mximo posible

    (vCE =

    iCpicoRL/2

    vCE

    iCIB

    VCC

    Recta de carga

    en continua

    Pendiente 0

    Pendiente-2/RL

    2VCC/RL

    t(vCE

    180t

    iCpico

    Punto de trabajo

    Q1

    L

    VCC

    +

    -vCE RL

    + -iCiRL

    C

    VCC

    +

    -v

    RL

    Q1

    L

    VCC

    +

    -

    +

    -vCE RL

    + -iCiRL

    C

    VCC

    +

    -

    +

    -v

    RL

    PRF = ((vCE)2/(2RL) = (iCpicoRL)

    2/(8RL)

    PCC = VCCiCpico/T

    L= PRF/PCC = iCpicoRLT/(8VCC)

    El mximo valor de iCpico es iCpico max = 2VCC/RL y por tanto:

    Lmax = T/4 =7

    8,5% Ha mejorado notablemente!

    iCpico/T

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    32/60

    ATE-UO EC amp pot 31

    Amplificador Clase B con un nico transistor (VII)

    180t

    Q1

    L

    VCC

    +

    -vCE RL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -vRL

    Q1

    L

    VCC

    +

    -

    +

    -vCE RL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -

    +

    -vRL

    Lmax = T/4 = 78,5%

    Situacin con la mxima seal que se puede manejar

    2VCC/RL

    vCE

    iC

    IB

    VCC

    Recta de carga

    en continua

    2VCC

    t

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    33/60

    ATE-UO EC amp pot 32

    Amplificador Clase B con un nico transistor (VIII)

    Clculo de la potencia mxima disipada en el transistor,PTr

    PRF = (iCpicoRL)2/(8RL)PCC = VCCiCpico/T

    PTr= PCC - PRF

    PTr= VCCiCpico/T - (iCpicoRL)2/(8RL)

    PTr

    tiene un mximo en:

    iCpico PTmax = 4VCC/(TRL)

    Ntese que:

    iCpico PTmax < iCpico max = 2VCC/RL

    PTrmax = 2VCC2/(T2RL)

    La potencia mxima de RF es:

    PRF max = (iCpico maxRL)2/(8RL)

    PRF max = VCC2/(2RL)

    Por tanto:

    PTrmax = 4PRF max/T2 = 0,405PRF max

    iCpico/T

    vCE

    iC

    IB

    VCC

    Recta de carga en

    continua2VCC/RL

    t (vCE

    180t

    iCpico

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    34/60

    Con transistores reales (no idealizados)

    PRF = (VCC-vCE sat)2/(2RL)

    PCC = VCC2(VCC-vCE sat)/(TRL)

    L = T(VCC-vCE sat)/(4VCC)

    L = 0,785(VCC-vCE sat)/VCCATE-UO EC amp pot 33

    Amplificador Clase B con un nico transistor (IX)

    VCC

    Recta de cargaen continuaiC IB

    vCE

    2VCC

    2VCC/RLPendiente

    -2/RL

    tvCE sat

    VCC-vCE sat

    2(VCC-vCE sat)/RL

    180t

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    35/60

    ATE-UO EC amp pot 34

    Amplificador Clase B con un nico transistor (X)

    Seal modulada en amplitud

    vCE

    iC

    IB

    VCC

    Recta de carga

    en continua

    Pendiente 0

    Pendiente-2/RL

    2VCC/RL

    Punto de trabajo

    (vCE([mt) = vp[1 + msen([mt)]

    m = vm/vp

    PRF = [(vCE([mt)]2/(2RL)

    PCC = VCCiCpico([mt)/T

    (vCE([mt) = iCpico([mt)RL/2

    PCC

    = VCC

    2(vCE

    ([m

    t)/(TRL

    )

    L = PRF/PCC = T(vCE([mt4VCC)

    L = 0,785vp[1 + msen([mt)]/VCC

    Lmed = 0,785vp/VCC

    Lmed max vp = VCC/2 Lmed max = 39,26%

    t

    (vCE([mt)

    iCpico([mt)

    vpvm

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    36/60

    ATE-UO EC amp pot 35

    Amplificador Clase B con dos transistores (I)

    Circuito bsico: Montaje en contrafase o Push-Pull(I)

    RL = RL/n2

    Rg

    +

    Q1

    VCC

    +

    -

    vRL

    RL

    iC1

    iRL

    1:1:niC2

    +

    -vCE1

    +

    -

    vCE2

    + -

    Q2

    Polarizacin

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    37/60

    ATE-UO EC amp pot 36

    Amplificador Clase B con dos transistores (II)

    Circuito bsico: Montaje en contrafase o Push-Pull(II)

    iB1

    180Q1

    VCC

    iC1

    iC2

    +

    -vCE1

    +

    -

    vCE2

    Q2

    +

    -vRL

    RL

    iRL

    1:1:n

    iB1

    iB2

    iB2

    180

    iC1

    180

    iC2

    180

    iRL

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    38/60

    IB1

    iC2

    vCE2

    VCC/RL

    VCC

    vCE1

    iC1

    IB1

    VCC/RL

    ATE-UO EC amp pot 37

    Amplificador Clase B con dos transistores (III)

    Circuito bsico: Montaje en contrafase o Push-Pull(III)

    iC1

    180

    iC2

    180

    +VCC

    iC1

    iC2

    +

    -vRL

    RL

    iRL

    1:1:n

    iRL

    RL = RL/n2

    iC1

    180

    iC1

    180

    iC2

    180

    iC2

    180

    +VCC

    iC1

    iC2

    +

    -vRL

    +

    -

    +

    -vRL

    RL

    iRL

    1:1:n

    iRLiRL

    RL = RL/n2

    Recta de carga en

    continua

    Pendiente

    -1/RL

    t

    iCpico

    t

    iCpico

    Punto de trabajo

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    39/60

    ATE-UO EC amp pot 38

    Amplificador Clase B con dos transistores (IV)

    Clculo del rendimiento mximo posible

    PRF = iCpico2RL/2

    PCC = 2VCCiCpico/T

    L= iCpicoRLT/(4VCC)

    L= 0,785iCpicoRL/VCC

    Como:

    iCpico max = VCC/RL, entonces:

    Lmax = T/4 = 78,5%

    Como en el caso de un transistor

    IB1

    iC2

    vCE2

    VCC/RL

    VCC

    vCE1

    iC1

    IB1

    VCC/RL

    Recta de carga encontinua

    Pendiente

    1/RL

    t

    iCpico

    t

    iCpico

    Punto de trabajo

    IB1

    iC2

    vCE2

    VCC/RL

    IB1

    iC2

    vCE2

    IB1

    iC2

    IB1IB1

    iC2

    vCE2

    VCC/RL

    VCC

    vCE1

    iC1

    IB1

    VCC/RL

    VCC

    vCE1

    iC1

    IB1

    VCC/RL

    vCE1

    iC1

    IB1

    vCE1

    iC1

    IB1

    iC1

    IB1IB1

    VCC/RL

    Recta de carga encontinua

    Recta de carga encontinua

    Pendiente

    1/RL

    Pendiente

    1/RL

    t

    iCpico

    t

    iCpico

    t

    iCpico

    t

    iCpico

    t

    iCpico

    t

    iCpico

    t

    iCpico

    t

    iCpico

    Punto de trabajoPunto de trabajoPunto de trabajo

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    40/60

    ATE-UO EC amp pot 39

    Lmax = 78,5%

    Situacin con la mxima seal que se puede manejar

    Amplificador Clase B con dos transistores (V)

    Q1

    VCC

    iC1

    iC2

    +

    -

    vCE1

    +

    -

    vCE2

    Q2

    +

    -vRL

    RL

    iRL

    1:1:n

    Q1

    VCC

    iC1

    iC2

    +

    -

    vCE1

    +

    -

    +

    -

    vCE1

    +

    -

    vCE2+

    -

    +

    -

    vCE2

    Q2

    +

    -vRL

    RL

    iRL

    1:1:n

    +

    -vRL

    +

    -

    +

    -vRL

    RL

    iRL

    1:1:n

    VCC

    vCE1

    iC1

    IB1

    Recta de carga en

    continua

    IB1

    iC2

    vCE2

    Punto de trabajo

    VCC/RL

    t

    VCC/RL

    t

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    41/60

    ATE-UO EC amp pot 40

    Ganancia de los amplificadores Clase A con bobina,

    Clase B con un transistor y Clase B con dos transistores

    Por comodidad, calculamos la

    Transresistencia(vRL/(iB

    En todos los casos:

    (vRL= VCC, (iB = (iC/F

    2VCC/RL

    vCE

    iC

    IB

    VCC 2VCC

    (iC

    2VCC/RL

    vCE

    iC

    IB

    vCE

    iC

    IB

    vCE

    iC

    IB

    vCE

    iC

    IB

    vCE

    iC

    IB

    iC

    IBIB

    VCC 2VCC

    (iC

    Clase B,

    1 Trans.

    VCC

    vCE1

    iC1

    IB1

    IB1

    iC2

    vCE2

    VCC/RL

    VCC/RL

    (iC

    (iC

    VCC

    vCE1

    iC1

    IB1

    IB1

    iC2

    vCE2

    VCC/RL

    VCC/RL

    VCC

    vCE1

    iC1

    IB1

    vCE1

    iC1

    IB1

    iC1

    IB1IB1

    IB1

    iC2

    vCE2

    IB1

    iC2

    IB1IB1

    iC2

    vCE2

    VCC/RL

    VCC/RL

    (iC

    (iC

    Clase B,2 Trans.

    (vRL/(iB = RLF

    (vRL/(iB = RLF/2 (vRL/(iB = RLnF

    Clase AVCC

    iC

    IB

    vCE

    2VCC

    2VCC/RL

    1/RL(iC

    VCC

    iC

    IB

    vCE

    2VCC

    2VCC/RL

    1/RL(iC

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    42/60

    ATE-UO EC amp pot 41

    Comparacin entre amplificadores Clase A, Clase B

    con un transistor y Clase B con dos transistores

    AmplificadorRendimiento

    mximo

    Ganancia de

    tensin

    Impedancia de

    entrada iCmax Banda

    Clase A 50% RLF/rBE Lineal 2VCC/RL Ancha

    Clase B,1 transistor

    78,5% RLF/(2rBE) No lineal 2VCC/RL Estrecha

    Clase B,

    2 transistores78,5% RLnF/rBE

    LinealVCC/RL Ancha

    rBE = resistencia dinmica de la unin base-emisorRL = RL/n

    2

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    43/60

    Circuitos de polarizacin en clases A y B

    A la base del

    transistor

    +VCC

    Polarizacin

    D

    R

    LCH

    C

    P

    A la base del

    transistor

    +VCC

    ATE-UO EC amp pot 42

    0

    iB

    VBE

    Clase B

    ClaseA

    Sobra en el casodel Push-Pull

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    44/60

    Circuito

    resonante

    ATE-UO EC amp pot 43

    Amplificadores Clase C

    Circuito bsico

    Rg

    +

    Polarizacin

    Q1

    L

    VCC

    +

    -v

    CE

    RL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -

    vRL

    Se puede el rendimiento mximo terico mayor que el 78,5%?

    Qu hay que sacrificar?

    iC

    < 180

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    45/60

    ATE-UO EC amp pot 44

    Amplificadores Clase C lineales (I)

    Cmo conseguir un ngulo de conduccin menor de 180 ?

    VB+vKBE

    t

    tJC

    Rg

    +

    +

    -vCE

    iC

    vg

    VB

    +

    -vBE

    iB

    iB

    vg

    Cmo conseguir proporcionalidad entre iB y vg?

    vKBErBE

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    46/60

    Amplificadores Clase C lineales (II)

    iB = 0 Si [t < (T-JC)/2 o [t > (T+JC)/2,

    iB =Rg+rBE

    Vg picosen([t) (VB + vKBE) Si (T-JC)/2 < [t < (T+JC)/2,

    Para conseguir proporcionalidad

    entre iB y vg debe cumplirse:

    - Que VB+vKBE vare

    proporcionalmente a Vg pico.- Que JC no vare.

    Relaciones entre variables:

    vg = Vg picosen([t)

    JC = 2arcos[(VB + vKBE)/Vg pico]

    ATE-UO EC amp pot 45

    VB+vKBE

    t

    t

    vg

    JC

    iB

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    47/60

    ATE-UO EC amp pot 46

    Amplificadores Clase C

    lineales (III)

    Rg

    +

    +

    -vCE

    iC

    vg

    VB

    +

    -vBE

    iB

    + -

    RB

    CB

    VB = (Vg pico vKBE)RB/(RB + Rg + rBE)

    VB + vKBE = Vg picoRB/(RB + Rg + rBE) + vKBE(Rg + rBE)/(RB + Rg + rBE)

    Si Vg picoRB >> vKBE(Rg + rBE), entonces:

    VB + vKBE } Vg picoRB/(RB + Rg + rBE) es decir, proporcionalidad.

    Ojo! como: vg = VB + vKBE + (Rg + rBE)iB vg >> vBE

    Pequea ganancia.

    Realizacin fsica

    vBE = vKBE + iBrBE

    vKBErBE

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    48/60

    ATE-UO EC amp pot 47

    Amplificadores Clase C lineales (IV)

    JC = 2arcos[(VB + vKBE)/Vg pico]

    Entonces:

    iB = [sen([t) cos(JC/2)] Vg pico/(Rg+rBE)

    y, por tanto:

    iC = [sen([t) cos(JC/2)]FVg pico/(Rg+rBE)

    El valor de pico vale:

    iCpico = [1 cos(JC/2)]FVg pico/(Rg+rBE)

    Es decir:

    iB =Rg+rBE

    Vg picosen([t) (VB + vKBE)

    Como:

    iC = iCpico1 cos(JC/2)

    sen([t) cos(JC/2)

    F

    L

    VCC

    +

    -

    vCERL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -vRL

    F

    L

    VCC

    +

    -

    +

    -

    vCERL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -

    +

    -vRL

    iC

    Jc

    ICpico

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    49/60

    ATE-UO EC amp pot 48

    Amplificadores Clase C lineales (V)

    IC iCca1iC

    L RL

    C+

    -vRL

    Arm.

    iC = iCpico1 cos(J

    C/2)

    sen([t) cos(JC/2)

    IC = 1 cos(JC/2)

    sen(JC/2) (JC/2)cos(JC/2)iCpico

    T Componente de continua:

    JC senJCiCpicoiCca1([t) = sen([t)

    1 cos(JC/2)2T Primer armnico:

    Resto de armnicos

    El resto de

    armnicos se

    cortocircuitan por el

    condensador

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    50/60

    ATE-UO EC amp pot 49

    Circuito equivalente de alterna

    Por tanto:

    vRL([t) = -RLiCca1([t)

    vce([t) = vRL([t) = -RLiCca1([t)

    iCca1

    ([t)

    RL

    +

    -vRL

    Amplificadores Clase C lineales (VI)

    iCca1([t)

    t

    vce = -RL sen([t)1 cos(JC/2)

    JC senJCiCpico

    2T

    Es decir:

    F

    L

    VCC

    +

    -

    vCERL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -

    vRL

    F

    L

    VCC

    +

    -

    +

    -

    vCERL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -

    +

    -

    vRL

    JC senJCiCpicoiCca1([t) = sen([t)

    1 cos(JC/2)2T

    vce = - iCpicosen([t)1 cos(JC/2)

    JC senJCRL

    2T

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    51/60

    Pend.-1/RL

    vCE

    iC

    IB

    ATE-UO EC amp pot 50

    Rectas de carga, punto de

    trabajo (esttico) y excursin

    del punto de trabajo

    Recta decarga

    t

    (vCE

    VCC

    Recta de carga

    en continua

    Amplificadores Clase C lineales (VII)

    Como:

    vce = - iCpicosen([t)1 cos(J

    C

    /2)

    JC senJCRL

    2T

    Entonces:

    (vCE = iCpico1 cos(JC/2)

    JC senJCRL

    2T

    Es decir:(vCE = RLiCpico

    RL = 1 cos(JC/2)

    JC senJCRL

    2T

    siendo:

    JCt

    iCpico

    T-JC2

    vCE0

    Clculo de vCE0:

    vCE0 = VCC (vCEcos(JC/2)

    Valor de la pendiente de la

    recta de carga:

    -1/[RL(1 cos(JC/2)]

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    52/60

    ATE-UO EC amp pot 51

    Clculo del rendimiento mximo posible (I)

    PRF = ((vCE)2/(2RL) = (iCpicoRL)

    2/(2RL)

    iCpico max = vCE0 min/[RL(1 cos(JC/2)] = [VCC(1 cos(JC/2))]/[RL(1 cos(JC/2)]

    iCpico max

    = VCC

    /RL

    IC

    Amplificadores Clase C lineales (VIII)

    iC

    vCE

    IBPendiente-1/[RL(1 cos(JC/2)]

    t

    (vCE

    VCC

    JCt

    iCpico

    T-JC2

    vCE0

    PCC = VCCIC

    RL = 1 cos(JC/2)

    JC senJCRL

    2T

    L= PRF/PCC

    IC =T[1 cos(JC/2)]

    sen(JC/2) (JC/2)cos(JC/2) iCpico

    4VCC[sen(JC/2) (JC/2)cos(JC/2)]

    iCpicoRL[JC senJC]

    L= PRF/PCC =

    Luego L crece con iCpico. Calculamos el valor mximo:

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    53/60

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    54/60

    ATE-UO EC amp pot 53

    Linealidad:Difcil, sacrificando ganancia.

    Rendimiento mximo:Alto, 80-90 %.

    Ganancia:Baja.

    Impedancia de entrada:Muy no lineal.

    Corriente de colector:Picos altos y estrechos.

    Ancho de banda:Pequeo.

    Amplificadores Clase C lineales (X)

    Resumen de caractersticas:

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    55/60

    Amplificadores Clase C muy no lineales (I)

    Circuitoresonante

    ATE-UO EC amp pot 54

    L

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    + -iC

    iRL

    C

    VCC

    +

    -vRL

    El transistor trabaja casi en conmutacin

    iC

    El circuito resonante resuena

    libremente y repone la energa que

    transfiere a la carga en los periodos

    de conduccin del transistor.

    El valor de pico de la tensin desalida es aproximadamente el valor

    de la tensin de alimentacin:

    vRL = VCCsen([t)

    El rendimiento es bastante alto.

    iC

    L RL

    C +

    -vRL

    VCC

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    56/60

    Amplificadores Clase C muy no lineales (II)

    ATE-UO EC amp pot 55

    Modulador de amplitud

    Q1

    L

    VCC

    +

    -vCE

    RL

    + -iC

    CVCC

    +

    -vRL

    +

    -

    Amplificadorde potencia

    de BF

    VCC

    +

    -

    vtr

    iC

    vRL

    vtr

    VCC = VCC+vtr

    vCC

    vCC

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    57/60

    Amplificadores Clase D (I)

    +

    -

    vRL

    D1

    RL

    L

    C

    +VCC

    iC2

    D2

    Q1

    Q2

    iC1

    iD2

    iD1

    A

    +

    -vA

    iL

    + -

    VCC/2

    iL

    vRL

    ATE-UO EC amp pot 56

    Circuito bsico

    vA VCC/2

    -

    VCC/2

    A lifi d Cl D (II)

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    58/60

    Amplificadores Clase D (II)

    L +

    -vRL

    D1

    RLC

    +VCC

    iC2

    D2

    Q1

    Q2

    iC1

    iD2

    iD1

    A

    +

    -vA

    iL

    + -

    VCC/2

    ATE-UO EC amp pot 57

    vA VCC/2

    -

    VCC/2

    = + Armnicos

    vRL

    (vRL

    (vRL = (VCC/2)4/T= 2VCC/T

    Luego la tensin de salida es proporcional

    a la alimentacin Puede usarse como

    modulador de amplitud.

    Anlisis

    Menor frecuencia de

    operacin debido a

    que los transistores

    trabajan en

    conmutacin.

    A lifi d Cl D lifi d Cl E (I)

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    59/60

    L +

    -

    vRL

    D1

    RLC

    +VCC

    iC2

    D2

    Q1

    Q2

    iC1

    iD2

    iD1

    A

    +

    -

    vA

    iL

    + -

    VCC/2

    L +

    -

    vRL

    D1

    RLC

    +VCC

    iC2

    D2

    Q1

    Q2

    iC1

    iD2

    iD1

    A

    +

    -

    vA

    iL

    + -

    VCC/2

    +

    -

    vRL

    +

    -

    +

    -

    vRL

    D1

    RLC

    +VCC

    iC2

    D2

    Q1

    Q2

    iC1

    iD2

    iD1

    A

    +

    -

    vA

    iL

    + -

    VCC/2

    D1

    RLC

    +VCC

    iC2

    D2

    Q1

    Q2

    iC1

    iD2

    iD1

    A

    +

    -

    vA

    +

    -

    +

    -

    vA

    iL

    + -

    VCC/2

    Amplificadores Clase D y amplificadores Clase E (I)

    ATE-UO EC amp pot 58

    iC1

    iC2

    vAiL

    Clase D Clase E

    vAiL

    iC1

    iC2

    iD2

    iD1

    vA

    iL

    Conmutacin forzada en losdiodos: salen de conduccin

    cuando entran los transistores

    en conduccin.

    Conmutacin natural en losdiodos: salen de conduccin

    cuando se invierte la corriente

    por resonancia.

    Ej l d l d lifi d d t i

  • 8/3/2019 Amplificadores de Potencia (1)

    60/60

    Ejemplo de esquema real de amplificador de potencia(obtenidos del ARRL Handbook 2001)

    Amplificador lineal Clase B en Push-Pull

    Polarizacin

    Push-Pull

    Filtro pasa-

    bajos