Practica 7

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

I. RESUMEN

En la presente práctica vamos a determinar la aplicación de los amplificadores de potencia. En un principio realizaremos un circuito invertir que me permita prender un foco, la segunda aplicación será el de obtener un amplificador de audio que me brinde una potencia determinada.

II. OBJETIVOS

1. Diseñar calcular y comprobar el funcionamiento de un invertir de 60Hz -110V eficaz, para comandar una carga resistiva (Lámpara incandescente)2. Diseñar calcular y comprobar El funcionamiento de un amplificador clase B de 20W.

III. MARCO TEORICO.

INVERSOR

Un inversor, también llamado ondulador, es un circuito utilizado para convertir corriente continua en corriente alterna. La función de un inversor es cambiar el voltaje de corriente directa a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia de trabajo deseada por el usuario. Los inversores son utilizados en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeñas fuentes de alimentación para computadoras hasta aplicaciones industriales para manejar alta potencia. Los inversores también son utilizados para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o baterías etc., en corriente alterna y de esta amanera poder ser inyectados en la red

Ilustración 1 EJEMPLO DE UN CIRCUITO INVERTER

555

El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial es la de producir pulsos de temporización con una gran precisión y que, además, puede funcionar como oscilador. Sus características más destacables son:

- Temporización desde microsegundos hasta horas.- Modos de funcionamiento:

Monoestable.Astable.

- Aplicaciones:Temporizador.Oscilador.Divisor de frecuencia.Modulador de frecuencia.Generador de señales triangulares.

FUNCIONAMIENTO MONOESTABLE

Ilustración 2 MONOESTABLE

ELECTRONICA ANALOGICA II AMPLIFICADORES DE POTENCIA

AMPLIFICADORES DE POTENCIA

UYAGUARI [email protected]

[email protected] POLITÉCNICA SALESIANA.

1


Cuando la señal de disparo está a nivel alto (ej. 5V con Vcc 5V) la salida se mantiene a nivel bajo (0V), que es el estado de reposo.Una vez se produce el flanco descendente de la señal de disparo y se pasa por el valor de disparo, la salida se mantiene a nivel alto (Vcc) hasta transcurrido el tiempo determinado por la ecuación:

T = 1.1*Ra*C

Es recomendable, para no tener problemas de sincronización que el flanco de bajada de la señal de disparo sea de una pendiente elevada, pasando lo más rápidamente posible a un nivel bajo (idealmente 0V).

NOTA: en el modo monoestable, el disparo debería ser puesto nuevamente a nivel alto antes que termine la temporización.

FUNCIONAMIENTO AESTABLE

Ilustración 3 FUNCIONAMIENTO AESTABLE

En este modo se genera una señal cuadrada oscilante de frecuencia:

F = 1/T = 1.44 / [C*(Ra+2*Rb)]

La señal cuadrada tendrá como valor alto Vcc (aproximadamente) y como valor bajo 0V.

Si se desea ajustar el tiempo que está a nivel alto y bajo se deben aplicar las fórmulas:

Salida a nivel alto: T1 = 0.693*(Ra+Rb)*C Salida a nivel bajo: T2 = 0.693*Rb*C

TRANSFORMADOR

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

Ilustración 4 TRANSFORMADOR

RELACION DE TRANSFORMACION

La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada.

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Dónde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

AMPLIFICADOR DE POTENCIA

El propósito del amplificador de potencia es proporcionar una tensión de salida con máxima excursión simétrica sin distorsión a una baja resistencia de carga. En la práctica, un sistema puede consistir en varias etapas de amplificación, la última de las cuales suele ser un amplificador de potencia. La carga alimentada por este amplificador de potencia puede ser un altavoz, un excitador, un solenoide o algún otro dispositivo analógico. La entrada al sistema es una señal que se amplifica a través de etapas de ganancia de tensión. La salida de las etapas de ganancia de tensión tiene la suficiente amplitud para alimentar el amplificador de potencia de la salida.


2


Ilustración 5 CLASES DE OPERACIÓN

AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE B

- La señal de salida circula durante medio ciclo de la señal entrada- El transistor se polariza en el límite de corte, por lo que en ausencia de señal de entrada, la distorsión es muy elevada- El rendimiento teórico máximo es del 78.5%; en la práctica se obtiene entre el 50% y el 65%.- Admiten señales de entrada de mayor amplitud que en clase A.- En la siguiente figura podemos ver la señal de salida de este amplificador.

Ilustración 6 AMPLIFICADOR POTENCIA CLASE B

CONTRAFASE PUSH PULL

Utiliza dos transistores, uno NPN y otro PNP (simétricos complementarios), en contrafase que conducen alternativamente en función de si la señal de entrada es positiva o negativa (de ahí el nombre de push-pull).

Ilustración 7 PUSH PULL

IV. MATERIALES

La lista de materiales esta enumerados en la siguiente tabla cada elemento es de fácil adquisición.

Cantidad Descripción Precio

1 Pot. 100k $0.20

4 R varios colores $0.15

2Capacitores 1000uF

$0.60

1 Capacitor 10uF $0.30

1 Capacitor 470uF $0.30

2 Transistores TIP 120 $1.20

1 FOCO 110/12w $2.40

1 Parlante 8 $0.80

1 NE555 $0.20

Total $6.15

V. LISTA HERRAMIENTAS Y EQUIPOS

MATERIALES:

Sonda para osciloscopio. Protoboard Cuaderno

HERRAMIENTAS:

Fuente DC. Osciloscopio Multímetro.

VI. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

A.- INVERTER


3


555

GND

3

DIS2

OUT 4RST5

VCC

8

THR6

CON1

TRI7

C1

R2

R1

Q1TIP120G

R3

330Ω

Q22N3904*

R44.7kΩ

R5330Ω

VCC

15V

Q3TIP120G

T2

0.5

VCC

15V

V15 V

Ilustración 8 ESQUEMA INVERTER

Como punto primordial es poder tener la frecuencia planteada para lo cual nuestro primer punto será calcular la frecuencia en el multivibrador.

A. CALCULOS

CALCULO DE LA FRECUENCIA Y RESISTENCIAS

Calculamos la resistencia R1

R= TC ∙0.693

= 8,66mS4.7uF ∙0.963

=2.7 K

Calculamos la R2

T 1+T 2=T

R2=T 1

C ∙0,693−R1

R2=8,6 mS

4.7uF ∙0,693−2.7 K

R2=470

Calculamos los condensadores

C=T1

0.693 ∙R1

= 8,6mS0.693 ∙2.7 K

=4.5uF

Una vez calculado la frecuencia procedemos a realizar el cálculo de la salida del invertir por lo tanto

B1,2=50

Rc=330

I c=0.8mA

IB=I c

B=0.8mA

50=14.28mA

IBsat=71.428mA

RB1=15−0.7

71.428 mA=220

DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

PARAMETRO MEDIDOS CALCULADOS

Ic 0.84 A 0.84 A

Ib 14.3 mA 14.28 mA

Ibsat 71.9 mA 71.428 mA

PARAMETRO CARGA

I 137 mA

V 83.3 V

P 11.4 W

GRAFICA DE VOLTAJES OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Ilustración 9 SALIDA DEL OSCILADOR


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Ilustración 10 SALIDA DE VOLTAJE EN EL TRANSISTOR 1

Ilustración 11 SALIDA DE VOLTAJE EN EL TRANSISTOR R2

Ilustración 12 SALIDA DE VOLTAJE EN LA CARGA

SEÑALES SIMULADAS

Ilustración 13 SEÑAL DE SALIDA 555

Ilustración 14 SEÑAL DE SALIDA TRANSISTOR 1

Ilustración 15 SEÑAL DE SALIDA TRANSISTOR 2

Ilustración 16 SEÑAL DE SALIDA A LA LAMPARA

B.- AMPLIFICADOR DE POTENCIA

CIRCUITO PREAMPLIFICADOR TDA 2003


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Ilustración 17 PREAMPLIFICADOR

Ilustración 18 AMPLIFICADOR CLASE B

Datos.

Po (ca )=20WRl=4 Ω

Cálculos.

Po (ca )=VRL∗IRL

Como IRL=VRLRL

Po (ca )=VR L2

RL

AhoraVRL=V L2

RL=Vmax

√2=Vp

√2=Vcc

√2

Po=

Vcc

√2RL

=Vc c2

2Rl

Vcc=√Po ( ca )∗3 RL

Vcc=∓12.65V

Icp=VccpRL

=12,654

=3,14 A

Ic (cd )=2 Ip (ca )π

=2.013 A

Pi (cd )=Vcc∗Ic ( cd )=(12.65 ) (2,013 )

Pi (cd )=15,46W

Eficiencia .

%n=po (ca )pi (cd )

∗10 0

%n= 2020,15,46

∗100=75,54 %

IB1= IcB1

=2,013158

=12,74 A

VRL+VR 1+VBE=VC C

como VRL=RL+ Ic (cd )

R 1=Vcc−VRL−VBEIb 1

R 1=12,65−0,7−4(2,013)

12,74 mA

R 1=305,95V


6


IB2= IcB 2

=2,013139

=14,48 A

VRL−VR 2+VBE=VC C

R 2=Vcc+VBE−VRLIb 2

R 2=12,65−0,7−4(2,013)

14,48mA

R 2=365,83Ω

IB2= IcB 2

=2,013139

=14,48 A

VRL−VR 2+VBE=VC C

R 2=Vcc+VBE−VRLIb 2

R 2=12,65−0,7−4(2,013)

14,48mA

R 2=365,83Ω

Impedancia deentrada .

Zi=R 2/¿hie

Comohie=B∗ℜ=139∗( 16mVIE 2 )=1,78 2

Zi=( 365,83∗1,702365,83+1,702 )=1.77Ω

IE2=Ic+ IB=2,027 A

Calculo decondensadores .

Ci= 12 π∗20∗(1,77+50)

=153uf

Verificación en el laboratorio.

Ilustración 19 DIAGRAMAS DE BODE GANANCIA LINEAL Y DESFASE


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Ilustración 20 DIAGRAMAS DE BODE GANANCIA EN DB Y DESFASE

Graficas obtenidas en el osciloscopio.

Ilustración 21 SEÑAL DE AUDIO

Ilustración 22 CORRIENTE MEDIDA

Simulaciones.

Ilustración 23 GANANCIA LINEAL

Ilustración 24 GANANCIA EN DB

Ilustración 25 DEFASAMIENTO


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VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En esta práctica lo que se nos dificulto un poco fue al principio el Inverter el cual nos daba la frecuencia requerida pero la potencia no era la correcta cuando conectábamos la carga esta producía un corto o no encendía de una manera consecutiva a la lámpara luego modificado e circuito y utilizando transistores Darlington pudimos llegar a obtener una potencia de 11 watios con carga esta fue la observación más clara del Inverter. Con el amplificador de audio paso lo mismo primero se recalentaban muchos los transistores corregimos el error de cálculo hasta procurar no mucha disipación de calor luego tuvimos problemas con la potencia obtenida ya que no obteníamos la correcta o la propuesta cambiamos de transistores recalculamos de nuevo y obtuvimos una potencia aproximada es muy importante el uso de los disipadores ya que por no utilizar disipadores de calor en los transistores y preamplificadores puede recalentarse modificar su funcionamiento y quemarse el transistor.

In this practice that we behave a bit was originally the Inverter which gave us the required frequency but the power was not right when we if this load produced a short or not lit in a consecutive manner then modified lamp and circuit and using Darlington transistors we could get to obtain a power of 11 Watts with this load was clear observation of the Inverter. Step audio amplifier with the same first be warmed many transistors fix the error of calculation to ensure not much heat dissipation then we had problems with the power obtained since no, we got the correct or the proposal to change the transistors re calculate again and got an approximate power is very important the use of sinks since not to use heatsinks in transistors and pre amplifiers can overheat modify its performance and burn the transistor.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.

[1] Título: “ANALISIS INTRODUCTORIO DE CIRCUITOS”. Boylestad, Robert. 10ma Edición, 1999

[2] Libro “PRACTICAS DE ELECTRONICA” Paul B Zbar, Albert Paul lalvino, Michael A Miller. Pg 261-263

[3] Boylestad, Nashelsky: “Electrónica: Teoría de circuitos y Dispositivos Electrónicos” sexta Edición


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Practica 7