Electrónica Analógica Analógica II Tema 2: Amplificadores de señal grande o de potencia
Pablo Montejo Valdés e_mail:
[email protected] e_mail:
[email protected] Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME) Facultad de Ingeniería Eléctrica, CUJAE 10-11
Sumario
Conferencia 5: Amplificadores Amplificadores Clase AB con AB con simetría complementaria y una sola batería. • Distorsión de cruce. • Amplificador de Potencia Clase AB . • Efecto de Boostrap. • Análisis estático y dinámico. • Conclusiones.
Bibliografía
Básica: • Rashid H.,Muhammad. “Circuitos Microelectrónicos, Análisis y Diseño”, Tomo Tomo 2. (Pág.: 726-764)
Complementaria: • Monografía: Amplificadores de Potencia. • Notas de Clase.
ftp://10.8.86.7/Docencia/Electrónica cia/Electrónica Analogica II • Sitio Web: ftp://10.8.86.7/Docen /Biomedica/EA2
Objetivos de la Conferencia
Conocer: AB y sus El amplificador de potencia Clase AB y características. características.
Las configuraciones utilizadas para eliminar la distorsión de cruce.
Expresiones para el cálculo de parámetros del amplificador de potencia Clase AB.
Recordando … Etapa de salida del Clase B : B :
Distorsión de cruce
t
t 2
t 1
Distorsión de cruce por cero
V o
iC
V conducción
V BE V i
t 1 t 2
t
t 1
t 2
t
Distorsión de cruce … ¿Como eliminar la distorsión de cruce por cero del amplificador Clase B ? B ? Añadiendo algún circuito que polarice los transistores de forma que el punto de operación este en la zona lineal. I C
Clase AB
I BQ
I CQ
V CEQ
V CC 2
V CE
Amplificador de Potencia Clase AB Configuración con diodos:
• Los diodos deben tener un efecto de compensación (estabilidad con la temperatura )
Si:
T V BE V D
se mantiene constante las corrientes de polarización.
• Los diodos deben colocarse cerca de los transistores.
Amplificador de Potencia Clase AB … Configuración con Multiplicador de V BE :
I BQ 4 se desprecia al lado de I R 4
I R
I R 4
I BQ 1
I BQ 4 V CE I R 4
V A
V CEQ 4 Vo
V CEQ 4
V BE Q 4 R4
R3 V BEQ 4 1 R4 V BEQ1 V EBQ 2
Amplificador de Potencia Clase AB … Polarizado con diodo
I bmáxQ1
I M hFE Q1
Vs < 0 Vo > 0 I bmáxQ1 I D
I bmáxQ 2
I M
V M
V CC 2
V A
Vs > 0 Vo < 0 V M
Valor grande de resistencia
V M
I CQ3
. I CQ 3 RE 3 VEC 3sat . Vbe1máx
V CC 2
Veb 2 máx. I CQ 3 RC 3
V M V M
Amplificador de Potencia Clase AB … Par complementario con Boostrap:
Vo < 0
C b
se comporta como una
fuente interna. Par Complementario
VCb
V CC 2
I CQ 3 RC 3
'
"
Por RC 3 circula corriente evitando que Q3 se corte. Capacitor de Boostrap
I R I b 2 máx. '
C 3
Efecto Boostrap Ventajas del efecto Boostrap: 1) En el semiciclo semiciclo negativo negativo de de Vo Vo (para (para el caso del ejemplo anterior ), ), provee la corriente de excitación necesaria al transistor de salida Q2 para manejar señales grandes sin distorsión,, posibilitando que V V . Evita que Q3 se distorsión M M corte y aparezca distorsión a la salida. 2) Incrementa la potencia efectiva que llega a la carga sin distorsión y por tanto la eficiencia. 3) Incrementa la ganancia de voltaje del paso excitador Q 3 al provocar una R L 3 equiv. mayor.(Ver mayor.(Ver en la monografía ) monografía )
Análisis estático y dinámico. Análisis estático:
Cuando: V i
Se calculan los parámetros:
0
parámetros del punto de operación.
potencia disipada por cada transistor.
Q1-Q2 (etapa de salida, Clase AB ): ):
I CQ1 I CQ 2 1mA VCEQ1 V CEQ 2
V CC 2
para V BEQ1 VEBQ 2 0.55V dato
PCQ1 PCQ 2 VCEQ1.I CQ1
( Desprecio Desprecio siempre siempre I CQ1.R1 )
Análisis estático y dinámico … Q3 (etapa excitadora, Clase A, A, emisor común):
VCC I CQ 3 2
VCEQ 3
V EBQ 2 I CQ 2 R
V CC 2
RC 3 RC 3 '
V CC
2'
V EBQ 2
RC 3 RC 3
"
"
VBEQ1 I CQ 3 R
Q4 (multiplicador de V BE , Clase A: A:
I CQ 4 I CQ 3 I BQ1
V BEQ 4 R4
VCEQ 4
R3 V BEQ 4 1 R4
Análisis estático y dinámico … Análisis dinámico: Cuando: V i 0
Vm
V CC 2
I CQ 3 R3 VEC 3 sat Vbe1 Im R
Vm
I m
R L
V m R RL
Sustituyendo: I m V CC
V m
2
I CQ 3 R3 VEC 3 sat V be1máx 1
P L
R
Vm I m 2
I m
2
R L
V
2
m
AB
P L PCC
x100%
2 RL
I m VCC I CQ1
2
x100%
RL
V
m
2 R L
2
Análisis estático y dinámico … Cálculo del disipador:
Condiciones para el uso del disipador.
T J máx. TA máx. JAPC máx. JAcalc JA calc.
T J calc. T J máx.
T J máx. T A máx. PC máx.
JAcalc.
JA fabricante fabricante
2
PC máx. SA
V CC VCEQ I CQ 4 R R L 2
JA calc. JC CS .
1
1
Las dos condiciones son válidas.
Conclusiones. AB incorpora un circuito • El amplificador de potencia Clase AB incorpora que permite eliminar la distorsión de cruce que introduce el Clase B . • El uso del capacitor de boostrap permite el incremento de la potencia efectiva sin distorsión incrementando la ganancia del paso excitador.
Estudio Individual 1) De la circuito mostrado: a) Calcule AB si VCC = 40V. b) Calcule VC5 en reposo, el valor de R1 y el valor de R4. c) Analice Analice si los transistores de potencia necesitan disipador, disipador, y si es así, calcule su resistencia térmica. d) Simule en Proteus el circuito y compruebe los resultados obtenidos, con los de la simulación.
Datos: Q1 Q1 :
hFE mín . 80, I CQ 10 mA para V BE 0.6V , Vbe máx 0.8V ,
Vce sat 0.3V , Q3 :
JA
30 C / W , o
JC
1.8 C / W , o
V BE 0.65V , Vce sat 0.2V , hFE . 180
Q4 : V BE 0.65V , Vce sat 0.2V , hFE . 180
CS
0.5 C / W o
Estudio Individual …
Estudio Individual … 2) Estudiar en la monografía la figura 6.19, y ver el análisis de la Línea de carga dinámica en la característica de salida de Q1. Analizar como se obtienen las expresiones antes analizadas en régimen dinámico para el amplificador Clase AB . I C
lcd m
1
R L lce m R
0
I m I CQ
Q V CE sat
V CEQ
V m
V CEQ
V CE
FIN de la Conferencia 5
Autor Versión Original: Jorge Cabot López. Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME)