DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA ELECTRÓNICACARRERA DE ELECTRÓNICA

ASIGNATURA: ELECTRÓNICA IITRABAJO PREPARATORIO

LABORATORIO No. 1.1

Tema de la práctica: AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE B

Realizado por: Jairo Aguilar Romero William Ibarra

Stefanny Gavilema

1) Consultar sobre:

1. Características técnicas de un amplificador clase B

En los circuitos amplificadores clase B se necesitan usar dos transistores por etapa, ya que cada uno maneja solamente 180º de la señal alterna de entrada.

Cada transistor se polariza en el punto de corte en lugar del punto medio del intervalo de operación

La corriente de colector es cero cuando la señal de entrada es cero, por lo tanto el transistor no disipa potencia en reposo.

Aprovecha al máximo la corriente entregada por la fuente. Su máxima eficiencia es del 78.5%. Tienen una distorsión notable con señales pequeñas, denominada distorsión de cruce por

cero, porque sucede en el punto que la señal de salida cruza. Posee un alto factor de amplificación. Estos amplificadores tienen una intensidad casi nula cuando está en reposo. Presenta rendimientos elevados, del orden del 70 por 100 al 75 por 100. Tienen etapas de salida con corrientes de polarización infinita.

2. Aplicaciones de amplificadores de audiofrecuencia tipo B

Sistemas telefónicos. Transmisores de seguridad portátiles. Sistemas de aviso aunque no en audio.

2) En el circuito determine:

V1

1 Vrms 2kHz 0°

C1

10uF

C2

10uF

R1100Ω

R2100Ω

R31kΩ

R41kΩ

R5

8Ω

V2

30 V

V330 V

0

Q3

BC338

Q4BC328

4

7

0

0

3

1

2

6

Voltajes y corriente en el punto de trabajo Q. Potencias en la carga, en el transistor y en la fuente. Determinar el rendimiento y el factor de calidad.

Se iniciara por un análisis de circuito colector común

A= VoVin

=0 . 4 [V ]0 . 4 [V ]

=1

Debido a que es un amplificador colector común aproximadamente no se genera ganancia de voltaje.

Condiciones para que se cumpla.

Vin=0 .4 senwtVop=0 . 4 senwtRL=8βMIN=100βTIP=150

βMAX=300f min=20 Hzf max=2kHz

1 .−Vinp−≤IE∗(RE||RL )2 .−V CE≥63 .−V CE≥Vop++V SAT

Condiciones para RE

1 .−RE<< RL 0 . 8Ω2 .−RE=RL 8 Ω3 .−RE >>RL 80Ω

Cuando RE≪RL=¿ RE=0.8

Debido a que la corriente es alta, se evita este caso.

Cuando RE=RL=¿ RE=8

Este caso posee un valor de voltaje y corriente estable, por lo tanto es el caso más recomendado usar.

Cuando RE≫RL=¿ RE=80

Debido a que el voltaje es alto, se evita este caso.

Calculando Vcc

1 .−IE∗(RE||RL )≥Vinp−

V E

RE

≥VinpRE||RL

V E≥RE∗Vinp

RE||RL

1 .−V E≥( 0. 8Ω)∗0 . 4( 0. 8||8 )

V E≥0. 23v∗(1,2 )V E=0. 28v

I E=V E

RE

=0 . 28v0 . 8Ω

=349 .1mA

2 .−V E≥(8)∗0 . 4(8||8)

V E≥0. 8 v∗(1,2 )V E=0. 96 v

I E=V E

RE

=0 . 96 v8

=120mA

3 .−V E≥(80)∗0 . 4(80||8)

V E≥4 .4 v∗(1,2)V E=5 . 28v

I E=V E

RE

=5 . 28v80

=66mAV CC=V CE+V E

V CE≥6V CE≥Vop++V SAT

V CE≥0. 4v+5 vV CE≥5 . 4 v∗1,2V CE=6 .5v

V CC=6 . 5v+1vV CC=7 . 5v

Calculando Resistencias de Base

Cálculo de Capacitores

Debido al operador >> y << CB≅ 220uFy CE≅ 2.2mF

I 1=IB+ I 2

IE=( β+1)∗I B

IBMAX=IE

βMIN+1

IBMAX=120mA101

IBMAX=1.19mA

I 2>> IBMAX

I 2=11.9mA

RB2=V B

I 2

RB2=1v+0. 7 v11. 9mA

RB2=142 . 86 150120

RB1=V CC−V B

I 1

RB1=7 . 5−1 . 711. 9mA+1 .19mA

RB1=443 .1 560470

re=26mv120mA

=0. 22Ω

XC=12π∗f MIN∗C

XCEMAX << RL

12π∗fMIN∗CB

<< RL

CE >>12π∗f MIN∗RL

CE >>12π∗(20 Hz )∗(8)

CE >> 994 .7uF

XC=12π∗f MIN∗C

XCBMAX << Zin

12π∗fMIN∗CB

<< Zin

CB >>12 π∗f MIN∗Zin

CB >>12 π∗(20 Hz)∗(92 .6)

CB >>85 .94uF

Zin=RTH||( hfe+1)(re+RE||RL )

RTH=RB1∗RB2

RB1+RB2

RTH=150∗560150+560

=118. 31

Zin=118 .31||(101 )(0. 22+8∗88+8

)

Zin=118 .31||426 . 22Zin=92. 6

Potencias de las Resistencias

PRB1=I21∗RB1=13.092 m∗560

PRB1=95.95[mW ]PRB2=I2

2∗RB2=11.92 m∗150PRB2=21.24 [mW ]

Pℜ=I E∗V E=120m∗1Pℜ=120 [mW ]

Para diseñar el circuito Clase B tomamos en cuenta que se deben utilizar 2 transistores de potencia, uno PNP y el otro NPN, por lo que tendremos a las resistencias de base el doble de su valor.

Vcc1=Vcc2=8VRB1=RB 2=1.2k

RB3=RB1

2RB3=560

Circuito Diseñado

Rb11.2kΩ

Rb3560Ω

Rb21.2kΩ

RL8Ω

Cb1

220µF

Cb2

220µF

CL

2.2mF

Vin400mVpk 1kHz 0°

Vcc18 V

Vcc28 V

Q5

TIP32A

Q6

TIP31A

2) Calcule: Voltajes y corriente en el punto de trabajo Q.

V C 1=−V C 2=8VIE1=I E2

Para calcular la caída de tensión en V B1 y V B2 asumimos que IB1 y IB2 ≈0 entonces tenemos:

V B1=560+1200

560+1200+1200(8 )

V B1=4.76V

V B2=1200

560+1200+1200(8 )

V B2=3.24V

V E1=V E2=V B2+0.7V E1=V E2=3.24+0.7

V E1=V E2=3.94

V CE 1=V C 1−V E1

V CE 1=8−3.94V CE 1=4.06V

V CE 2=V C 2−V E2

V CE 2=−8−3.94V CE 2=−11.94V

Teniendo un β=100 y una corriente IC 1=IC 2=110mA (Simulador)

IB=I c

β

IB=110 mA

100IB1=IB2=1.1mA

IE1=I E2=IB(B+1)IE1=I E2=1.1mA(101)IE1=I E2=111.1mA

AI=IoIin

=

Vo8

VinZin

=AV ( Zin8 )

Zin=¿ZinT=(hfe+1 )(ℜ+8)

ZinT=(100+1 )(8)=808Zin=¿

Zin=344.32

AI=1(344.328 )=43.04

Potencias en la carga, en el transistor y en la fuente.

Corriente de carga

I L( p)=V L(p )

RL=

0.4 [V ]8Ω

I L( p)=50 [mA ]

Corriente DC

I dc(p )=2∗I L( p)

π=

2∗50 [mA ]π

I dc (p )=31.83 [mA ]

Potencia AC

Po (AC )=(V L( p))2

2∗RL

=(0.4V )2

2∗8

Po (AC )=10[mW ]

Potencia DC

Pi (DC)=Vcc∗I DC=8∗31.83[mA ]

Pi (DC)=254.64 [mW ]

Potencia por cada transistor

PQ=P2Q

2=

Pi(DC)−Po (AC)

2=

254.64 [mW ]−10 [mW ]2

PQ=122.32[mW ]

Eficacia

%n=Po( AC)

Pi (DC)

∗100 %=10[mW ]

254.64 [W ]∗100 %

%n=39.27 %

3) Realice la simulación del circuito y las mediciones de: Voltajes y corriente en el punto de trabajo Q.

Transistor 1 (TIP31A)V B=4.6V

V E=3.95V

V C=8V

V CE=4.04V

IB=591.52uA

IE=142.42mA

IC=141.82mA

Transistor 2 (TIP32)

V B=3.34V

V E=3.95V

V C=−8V

V EC=−11.95V

IB=540.9uA

IE=142.42mA

IC=141.87mA

Potencias en la carga, en el transistor y en la fuente.

Potencia en la carga

Potencia en el transistor

Potencia en la fuente

Potencia de entrada

Obtener las señales de entrada y salida

4) Preguntas:

1. ¿Cuál es el rango de trabajo en frecuencia?

Los amplificadores de potencia son útiles para la amplificación de audiofrecuencia, tomando en cuenta este aspecto el rango de trabajo en frecuencia del amplificador es de 20Hz - 20kHz.

3. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas respecto al amplificador tipo A ?

Una de las desventajas principales de un amplificador clase B y un clase A es la obtención de la señal de salida ya que el amplificador clase A ofrece una señal similar a la de entrada con la única diferencia que se encuentra amplificada directamente pues maneja los 360º al contrario del amplificador clase B ya que estos necesitan usar dos transistores por etapa, ya que cada uno maneja solamente 180º de la señal alterna de entrada, además que al realizarse un amplificador clase B por medio de transistores que trabajan en contrafase (push-pull), causando así una distorsión de cruce cero.

Dentro d las ventajas que el amplificador de potencia clase B presenta corriente casi nula a través de sus transistores cuando no hay señal de entrada, a diferencia del clase A que si disipaba. Por esta razón la eficacia en los amplificadores tipo B es de máximo 78.5%, muy superior al 25% de la configuración capacitiva del clase A.

4. ¿Qué tipo de protecciones son necesarias para un buen funcionamiento del amplificador?

Existen diferentes circuitos que se usan como protección para un buen funcionamiento del amplificador entre las dos más grandes clasificaciones tenemos:

o Circuitos en Sistema Pasivo donde el más conocido es la protección con diodos el cual actúa como circuito de protección de sobrecargas o cortos circuitos en la carga.

o Circuitos en Sistema Activo son sistemas similares a las protecciones de las fuentes reguladas y se caracterizan principalmente por tener una fuerte realimentación negativa.

Pero con mayor frecuencia se recomienda el uso de un transformador para acoplar laPero con mayor frecuencia se recomienda el uso de un transformador para acoplar la carga de salida, para lograr disminuir la distorsión de cruce y tener menos distorsión a la salida del circuito.

5) Bibliografía:

Savat, Roden, Carpenter. Diseño Electrónico, Circuitos y Sistemas, 1992,Addison –Wesley Iberoamericana, S.A., ISBN 0-201-62925-9.

Dorf Richard y Svoboda James A., Circuitos eléctricos, 2006, 6ta edición. Boylestad,Roberth Nashelsky. Electrónica, Teoría de Circuitos, febrero 2000, Prentica

Hall Belove Charles. Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados, 1993, Mac. Graw Hill

Milman & Halkias. Electrónica Integrada, 1972, Mac- Graw Hill, ISBN 79-172657 Smith Sedra. Dispositivos Electrónicos y Amplificadores, 1999, Mac. Graw Hill Malvino Paul. Principios de Electrónica, 2007, Mac. Graw Hill