Trabajo Practico N°8
"Amplificadores de potencia en clase B"
Objeto
Analizar las características lineales de los amplificadores de potencia en clase B.
Estudia los bloques funcionales mas importantes usados en el diseño de ,las etapas de potencia en simetría complementaria.
Analizar las diferentes estructuras circuitales para amplificadores de potencia, incorporando conocimientos relativos a estrategias de implementación y diseño.
Analizar las condiciones de disipación térmica correcta, sin que sufra desbocamiento térmico de cada dispositivo de potencia y determinar el rendimiento de potencia.
Determinar las especificaciones técnicas de la etapa.
Buscar para los diseños de los circuitos las soluciones practicas que mejor se adapten a las consignas del presente trabajo.
Verificar para cada diseño el funcionamiento de la etapa utilizando software de simulación aplicado.
Presentar el informe del TP en tiempo y forma.
DESARROLLO PRACTICO
1- Para el siguiente amplificador en simetría complementaria, sabiendo que la fuente de alimentación Vcc=50V, Vee=50V, y el resto de los componentes RG=600ohm, R1=10Kohm, R2=47Kohm, RL=8ohm,
Q1=,Q2=MJD253, D1=D2=1N4001, C1=1uF.
Calcular:
a) La potencia de salida teniendo en cuenta que V1= 18Vp, F=1KHz.
b) Máxima potencia disipada por los transistores.
c) Análisis en continua del circuito.
Ic = Vcc * Rc
Ic = 3,63 mA
Vce = Vcc - Ic Rc
Vce = 36,9 V
d)Potencia suministrada por la fuente.
e)Rendimiento teórico y real.
Rendimiento Real.
Rendimiento Teórico
n = PL / Pcc
n = 156,25W / 199W
n = 0,7851
n (%) = 78,51%
2- El siguiente circuito representa un amplificador de potencia en simetría complementaria, y al cual estudiaremos su comportamiento utilizado el programa Multisim.
A continuación se dará una guía detallada del procedimiento de ensayo, como así también las mediciones que se deberán obtener:
Dibuje el circuito de la figura teniendo en cuenta que el interruptor J1 este abierto, la señal de entrada debera ser senoidal con Vi= 50mV y frecuencia 1000 Hz, el potenciómetro de entrada puesto a punto a minimo (a masa) y la tensión de la fuente de alimentación Vcc=0V
a) Cierre el interruptor y comience a aumentar la tensión de alimentación hasta que los amperimetros indiquen una Ie de 220 mA. Verifique que la tensión de alimentación en este caso debería ser Vcc=20 V
b) Conecte un Osciloscopio en Rl y aumente el nivel de señal de entrada accionadola tecla de control sobre el pote de manera que a la salida haya máxima excursión de señal sin deformación Atención si la señal de salida muestra evidencia de una distorsión de cruce, aumente poco a poco la tensión de alimentación Vcc hasta que desaparezca la tensión.
c) Determine los valores del pinto de funcionamiento estático en todos los transistores.
Transistor "Q1":
Icq = 6.3mA
Vceq = 2.218V
Calculos de Q2 y Q3:
Q2:
Icq = 13 nA
Vceq = 0,281 v
Q3 :
Icq = 5 nA
Vceq = 0,281 v
Debido que las Icq de todos los transistores, tiene un valor muy bajo, las consideramos como 0 A,
d) Calcule la disipación térmica de los transistores.
e) Realice la medición del rendimiento de potencia de la etapa.
PL = (1/8) x ((Vcc x Vcc)/Rl)
PL = 6,25W
Pcc =(Vcc x Vcc)/(2 x 3,14 x RL)
Pcc = 7,95 w
n = PL / Pcc
n = 6,25W / 7,95
n = 0,786
n (%) = 78,6%
f) Realice el análisis de la respuesta en frecuencia del sistema.
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g) Realice el análisis de la distorsión armónica.
Se realizó un gráfico con un máximo de 20 armónicas.
h) Partiendo de las mediciones y cálculos de los parámetros determinados en el circuito elabore una tabla de todas las características técnica de la etapa.
Tabla de valores:
3- El circuito esquemático que muestra la figura es un amplificador de potencia de salida cuasi-complementaria.
Estudiaremos su comportamiento utilizando el programa Multisim y determinaremos:
a) Descripción del circuito, explicando detalladamente cada etapa.
Nos encontramos con un circuito amplificador con una salida cuasi-complementaria. Obtiene este nombre porque en su salida se utiliza una configuración Darlington para poder fabricar un transistor PNP de potencia (debido a que los fabricantes de transistores no realizan estos mismos, se debe emplear esta configuración).Básicamente, el circuito contiene una señal Vi inyectada a un AO "LM741", configurado de manera "no inversor", para de esta manera tener un nivel de tensión mayor en la entrada. Tanto el transistor T1 como el transistor T2 se encuentran para proteger a T5 y T6, respectivamente, de eventuales cortocircuitos que se pudieran producir en la salida del circuito. T3 y T5 provocan una configuración Darlington que "simularía" el transistor NPN, pero con una capacidad de ganancia mayor, y en el caso de T4 y T6 realizarían lo mismo para formar un transistor PNP de potencia. R18 y C5 formaría lo que se llama una red Zobel.
b) Medición del rendimiento de potencia de la etapa.
PL = (1/2) x ((Vcc x Vcc)/RL)
PL = (1/2) x (38/4)
PL = 90,25 W
Pcc = (2/3,14) x ((Vcc x Vcc)/RL )
Pcc = 114,9W
n = PL / PCC
n= 0,7854
n(%) = 78,54%
c) Calculo de disipación térmica de los transistores y diseño de los disipadores.
PDmax = (2/3,14²)/(Vcc²/RL)
PDmax =73,15W
d) Medición de la polarización y análisis gráfico del punto de funcionamiento de los transistores.
e) Análisis de la respuesta en frecuencia del sistema.
f) Análisis de la distorsión armónica.
g) Corriente máxima de cortocircuito.
h) En función de los parámetros analizados confeccione una tabla de las especificaciones técnica de la etapa.
4- Realizar el proyecto completo de una etapa de potencia en simetría cuasi complementaria de manera que entregue:
Potencia de salida Po=5W
Sobre una carga RL=8Ω
Incluya como documentación técnica la siguiente información:
a) Descripción del circuito.
b) Diseño teórico del amplificador.
T1 BD536; T2 BD535; T3 BC558B; T4 BC548B
c) Calculo de disipación térmica de los transistores.
d) Diseño de la red Zobel.
f) Implementación final con valores comerciales y verificación de la polarización de todos los transistores.
C1 = 10 uF
C'= 100 uF
C = 1000 uF
C8 = 20 uF
R1 = 0,47 Ω
R2 = 0,47 Ω
R5 = 150 Ω
R6 = 220 Ω
R7 = 390 Ω
R8 = 27 k Ω
R9 = 127 k Ω
R10 = 47 k Ω
R11 = 100 k Ω
R12 = 15 Ω
h) Realizar una simulación del comportamiento del circuito con Multisim obteniendo en forma practica la polarización de todos los transistores, la sensibilidad, la respuesta en frecuencia en modulo y fase, la distorsión armónica y la potencia de salida.
Este es el circuito final, con todos sus componentes y sus valores, para una salida de 5W con una carga de 8Ω.
Verificación de su potencia de salida.
5- Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.
Observamos los diferentes comportamientos de los circuitos en clase B. Calculamos la potencia disipada por los transistores, para luego evaluar si el mismo necesitaba de un disipador. Conocimos las diferentes configuraciones con el "par complementario" de transistores, con salida cuasi-complementaria y también vimos el circuito simple de clase B (observamos sus características, polarización de los transistores, análisis de distorsión armónica, respuesta en frecuencia del circuito, etc.). Con la última actividad, pudimos desarrollar una etapa amplificadora de clase b con una etapa de salida cuasi-complementaria, para nuestro caso, lo hicimos con una PO = 3 W y un RL = 4 ohm, y comprobamos su funcionamiento mediante software.
