Electronica Analogica 2

UNIVERSIDADTECNOLGICADELPERVicerrectoradodeInvestigacin

ElectrnicaAnalgicaII

TINSBsicos

FacultaddeIngenieraElectrnicayMecatrnica

TEXTOSDEINSTRUCCINBSICOS(TINS)/UTP

LimaPer

2

ElectrnicaAnalgicaIIDesarrolloyEdicin:VicerrectoradodeInvestigacinElaboracindelTINS: Ing.MoissLeureyrosPrez Ing.JosAndresSandovalValenciaDiseoyDiagramacin:JuliaSaldaaBalandraSoporteacadmico:InstitutodeInvestigacinProduccin:ImprentaGrupoIDATQuedaprohibidacualquierformadereproduccin,venta,comunicacinpblicaytransformacindeestaobra.

3

El presente material contiene una compilacin de obras de ElectrnicaAnalgica I, publicadas lcitamente, resmenes de los temas a cargo delprofesor;constituyeunmaterialauxiliardeenseanzaparaserempleadoeneldesarrollodelasclasesennuestrainstitucin.

stematerialesdeusoexclusivodelosalumnosydocentesdelaUniversidadTecnolgica del Per, preparado para fines didcticos en aplicacin delArtculo41 inc.CyelArt.43 inc.A., delDecretoLegislativo822,LeysobreDerechosdeAutor.

5

Presentacin

ElpresentetextoelaboradoenelmarcodedesarrollodelaIngeniera,esunmaterialdeayuda instruccional, en las carreras de Ingeniera Electrnica y Mecatrnica para laAsignatura de Electrnica Analgica II en el sptimo y sexto ciclo de estudiosrespectivamente.Plasmalainiciativainstitucionaldeinnovacindelaprendizajeeducativouniversitarioqueenaceleradacontinuidadpromueve laproduccindematerialeseducativos,actualizadosenconcordanciaalasexigenciasdeestostiempos.Estaprimeraedicinapropiadamenterecopilada,dediversasfuentesbibliogrficas,deusofrecuente en la enseanza de la Electrnica Analgica, est ordenada en funcin delsillabusdelaasignaturaarribamencionada.Laconformacindeltextorefleja lameritoriaexperienciaprofesionalyacadmicade losProfesores: Ing.Moiss Leureyros Prez y Jos Andrs Sandoval Valencia; contiene lossiguientescaptulos:Elprimercaptulo:Amplificadoresdeaudio;seestudialosamplificadoresdepotenciadeaudio, configuraciones comnmente usadas, parmetros caractersticos y aplicaciones,mtodosdeanlisisydiseo.En el segundo captulo: Realimentacin; proceso que consiste en la transferencia deenergapresenteen la salidadeun sistemaa laentradadelmismo (oaotrasentradasinternaso subsiguientes). Estudio de losdiferentes tiposde realimentacin en circuitoselectrnicos.En el tercer captulo:AmplificadorDiferencial; amplificador importante en Electrnica,comnmente recibe dos seales de entrada y su salida puede ser balanceada odesbalanceada.Susalidaesproporcionalaladiferenciadelassealesdeentrada.EspartefundamentaldelAmplificadorOperacional,queseestudiaenuncaptuloposterior.En el cuarto captulo: Respuesta en frecuencia; se estudia la respuesta en estadoestacionario (rgimen permanente) de un amplificador ante una entrada sinusoidal, sevara la frecuencia de la sinusoide de entrada dentro de un determinado rango defrecuenciasyseobtienelarespuestaresultante.Estemtodonospermitehacerelanlisisydiseodelcircuito.Al cerrarestas lneasdepresentacin,el reconocimiento institucionala los Ing.MoissLeureyrosPrezyJosAndrsSandovalValenciaporsuconstanciaenlacompilacindelpresentetexto.

Ing.LucioH.HuamnUretaVicerrectoradodeInvestigacin

7

ndice

Capitulo1Introduccin ...................................................................................................................... 11Elsonido ............................................................................................................................ 11Transductores.................................................................................................................... 12Elconceptodeestereofonia ............................................................................................. 13Formasdeacoplodeamplificadoresdebajafrecuencia.................................................. 16Controlesdevolumenydetono....................................................................................... 19Amplificadoresdepotencia .............................................................................................. 21Disipadoresdecalor .......................................................................................................... 81Problemaspropuestos ...................................................................................................... 83AmplificadoresClaseByAB.............................................................................................. 91DiversosesquemasdeamplificadoresenPUSHPULL...................................................... 120Amplificadorescuasicomplementarios ............................................................................ 123Proteccincontracortocircuitos...................................................................................... 128Amplificadoresencircuitointegrado................................................................................ 135Circuitointernoequivalente ............................................................................................. 141Capitulo2Realimentacin................................................................................................................. 149Introduccin ...................................................................................................................... 149Sistemarealimentado ....................................................................................................... 152Aplicacindecristales ....................................................................................................... 218Capitulo3Amplificadordiferencial .................................................................................................... 221Introduccin ...................................................................................................................... 221Anlisisdelamplificadordiferencial ................................................................................. 223Transformacindeimpedancias ....................................................................................... 228AnlisisenAC .................................................................................................................... 230Gananciaenmododiferencial .......................................................................................... 233Problemapropuestos ........................................................................................................ 242AmplificadoresOperacionales ......................................................................................... 249Principiodefuncionamiento ............................................................................................. 276Seriesdeproblemas .......................................................................................................... 295Aplicacioneslinealesdelamplificadoroperacional .......................................................... 303Seriesdeproblemas .......................................................................................................... 327Aplicacionesnolinealesdelamplificadoroperacional ..................................................... 332Filtrosactivos..................................................................................................................... 342

8

Polosdelosfiltrospasabajonormalizados ...................................................................... 347Amplificadoresoperacionalesespeciales ......................................................................... 358Captulo4Respuestaenfrecuencia ................................................................................................... 373Introduccin ...................................................................................................................... 373Respuestaenfrecuenciadelosamplificadores ................................................................ 374Puntosdemediapotenciayanchodebanda ................................................................... 375Mtodosderespuestaenfrecuencia ............................................................................... 375Respuestaenbajafrecuencia ........................................................................................... 387Problemas.......................................................................................................................... 391CalculodelarespuestaenfrecuenciausandoMATLAB ................................................... 395CircuitoRLCparalelo....................................................................................................... 404CircuitoLCyCondensadorconperdidas ......................................................................... 406Controldegravesyagudos ............................................................................................... 408Seriedeproblemas............................................................................................................ 409DiagramadeBode ............................................................................................................. 415Bibliografa ........................................................................................................................ 417

9

DistribucinTemtica

ClaseN

Tema Semana Horas

1

UNIDADTEMATICA1.Anlisisydiseodeamplificadoresdepotenciadeaudio.Amplificadoresdepotencia.Clasesde operacin. Amplificador clase A.Mtodo de anlisis:Rectasdecargaesttica,dinmica,demximaexcursinsimtrica. Tipos de amplificadores clase A.Especificaciones.Amplificador clase A con resistencia encolector.

1 02

2Amplificador clase A con choke en colector.Transformador ideal.AmplificadorclaseAconacoploportransformador.Distorsinarmnicatotal(THD).

2 02

3Amplificadores clase B y AB. Amplificador PushPull.Amplificadoresdesimetracomplementaria.Distorsindecruce.Formasdeevitarlaycompensarlatrmicamente.

3 02

4

Transistor Darlington. Transistor PNP simulado.Amplificador de simetra cuasi complementaria.Amplificadores de potencia con circuitos integrados.Especificaciones.

4 02

5

UNIDAD TEMATICA 2. Realimentacin. Tipos deamplificadores. Estabilidad. Modelos matemticos.Sistema lineal y sistema no lineal. Funcin detransferencia. Accin de control. Tipos de controlesbsicos.Conceptoderealimentacin.Tipos.Efectossobrelas ganancias e impedancias. Efectos sobre ladistorsin,ruido,anchodebanda, sensibilidada lasvariacionesdeloscomponentes.

5 02

6

CriteriodeBarkhausen.Tiposdeamplificadores.Mtodode anlisis de los amplificadores realimentados conpequea seal. Formas de realimentacin.Mtodos declculodegananciaseimpedancias.

6 02

7Osciladores sinusoidales. Oscilador de rotacin de fase.Oscilador puente deWien.Obtencin de la ganancia debucle.AplicacindelcriteriodeBarkhausen.

7 02

8Reguladores de tensin con circuitos integrados.Limitacin de corriente. Limitacin tipo foldback.Limitadordepotencia.Reguladoresflotantes.

8 02

10

ClaseN

Tema Semana Horas

9

UNIDAD TEMATICA 3.Amplificador diferencial yAmplificador operacional.Amplificador diferencial. A.D.balanceado. Fuente de corriente DC. Modo diferencial.Modocomn.ElA.D.conpequeaseal.ElA.D.congranseal. Ganancia e impedancia en modo diferencial.Gananciaeimpedanciaenmodocomn.

9 02

10 EXAMENPARCIAL 10 02

11El amplificador operacional ideal. Caractersticas. Elamplificador operacional real. Parmetros. Modelocircuital

11 02

12

Aplicaciones lineales del amplificador operacional.Sumador.Restador.Adaptadordeimpedancia.Derivador.Integrador. Convertidores de impedancia positiva ynegativa. Fuente de tensin de referencia. Fuente decorriente.

12 02

13Aplicaciones no lineales del amplificador operacional.Comparadores. Tipos. Limitadores. Rectificadores.Generadoresdefuncin..Amplificadorlogartmico.

13 02

14 Amplificadorantilogartmico.Multiplicadoranalgico. 14 02

15Filtros activos. Pasa bajo. Pasa alto. Pasa banda.Notch.Pasatodo. 15 02

16

Aplicaciones especiales del amplificador operacional.Amplificador de transconductancia. Amplificador norton.Amplificador tipo chopper. Amplificadordeaislamiento.Amplificadordeinstrumentacin.Circuitosdemuestreoyretencin.

16 02

17

UNIDAD TEMATICA 4. Respuesta en frecuencia.Respuesta en frecuencia. Tipos de representacin.Diagramas de Bode. Criterios de estabilidad DiagramapolarodeNyquist.CriteriodeNyquist.Margende fase.Margendeganancia.Lugargeomtricodelasraces.

17 02

18Anlisis de la respuesta en frecuencia de amplificadoresrealimentados.Compensadores.

18 02

19 EXAMENFINAL 19 02


11

CAPTULO1INTRODUCCIONEneste captuloestudiaremos losamplificadoresdepotenciadeaudio.Veremoslas configuraciones ms usadas, as como sus parmetros caractersticos yaplicaciones. Sus mtodos de anlisis apoyados por programas de clculo ysimulacin.Complementaremoslosconceptosconproblemasdeanlisisydiseo.Elsonido:El sonido es originado por vibraciones peridicas de un cuerpo con frecuenciascomprendidasentre1620Hzy20KHz.Para laproduccindeun sonidonoes suficienteun cuerpoque vibre, sinoque,adems, debe estar dentro de unmediomaterial adecuado para que las ondaspuedanpropagarse.Dependetambindelmedio, lavelocidaddepropagacindelsonido.Porejemplo:

Enelairea0C,lavelocidades331m/s Enelairea20C,lavelocidades343m/s EnHidrgenopuroa0C,lavelocidades1290m/s Enaguadulce,lavelocidades1450m/s Enaguademar,lavelocidades1504m/sLosdiversossonidospuedendistinguirseportrescaractersticasprincipales:Intensidad:Estdeterminadaporlaamplituddelavibracin.Estrelacionadaconla energa que transporta la onda. Para medir la mnima potencia que puededetectarunodonormal,seusalafrecuenciade1KHzysereducelapotenciahastael mnimo capaz de provocar sensacin auditiva. Se ha determinado que estemnimo, a 1KHz, es:Wo = 1016W/cm2 y recibe el nombre de umbral auditivo.Cuandoseaumentalapotenciaparaduplicarlasensacinauditiva,(osea,2Wo)sehamedidoque se requiereelevar10veces lapotencia;paraelevarlaal triple (osea, 3Wo), se requiere elevar 100 veces la potencia; y as sucesivamente. Estodemuestraqueelodorespondeenformalogartmicaalasvariacionesdepotenciay, por ello, los potencimetros usados para ajustar el volumen son de tipologartmico.Adicionalmente,silarelacinentrelapotenciafinalylainicialesde10(=101),sedicequeestarelacincorrespondea1Bel;silarelacinentrelapotenciafinalyla


12

inicial es de 100 (= 102), se dice que esta relacin corresponde a 2 Bel, y assucesivamente. Debido a que el odo puede captar diferencias de potenciasinferiores a 1Bel, se acostumbra usar una unidad diez vecesmenor, el decibel.Cuando tenemos unamedida en decibeles, basta dividirla por 10 para tener suexpresinenBel.Tambinseempleanotrasunidadesendecibeles:dbw: La letraW se refiere a que se usa como referencia 1 vatio. Es decir, la

potenciadeunvatioequivalea0dbw.dbm: La letramserefiereaqueseusacomoreferencia1milivatio.Esdecir, la

potenciadeunmilivatioequivalea0dbm.dbu: LaletraUserefiereaqueseaplicaunapotenciade1milivatioaunacarga

de 600. Para producir esa potencia, la resistencia debe recibir 0.775voltioseficaces.

Tono:Estdeterminadoporlafrecuenciadelsonidooporlafrecuenciadelsonidofundamental en caso que no sea puro. El odo no puede detectar la frecuenciaabsolutaconprecisin,perospuedenotardiferenciasdefrecuenciaconbastanteexactitud. Por esta razn, en lamsica se habla de intervalos o relaciones defrecuencias,comoporejemplo:

do re mi fa sol la si do1 9/8 5/4 4/3 3/2 5/3 15/8 2

Alintervalodevalor2seledaelnombredeoctava Timbre: Est determinado por el nmero e intensidad de las componentesarmnicasqueacompaanalsonidofundamental.Lossonidosrealessiemprevanacompaados de un cierto nmero de armnicos. Dos instrumentos diferentespueden producir lamisma nota, pero las diferenciamos debido al contenido dearmnicos,quesondistintivosdeltipodeinstrumento.Transductores:Debido a que los amplificadores electrnicos funcionan con electricidad, paraamplificar un sonido es necesario convertirlo en una variacin elctricadirectamente proporcional. El dispositivo que realiza esta operacin es untransductorquerecibeelnombredemicrfono.Una vez que la seal ha sido amplificada con la potencia requerida, se hacenecesario convertirla nuevamente en sonido; para ello usamos otro transductorquerecibeelnombredeparlanteoaltavoz.


13

DebenotarsequeestostransductoresdebenserlomslinealesposibleentodoelrangodetrabajoparaimpedirquelossonidosseanalteradosconrespectoalosoriginalesElconceptodeestereofona:Elodohumanoescapazdedeterminar ladireccinen laque le llegael sonido.Paraelloesnecesariopoderescucharconambosodos.Supongamosque,como semuestraen laFig.0.1,unapersonaAescuchaporsuodo izquierdo,B,y suododerecho,C,el sonidodeuna fuentepuntual,D,queestsituadaalfrenteyligeramenteasuizquierda.EnlaFig.0.1sepuedenotarqueelrecorridodesdeDhastaBesmscortoqueeldeDhastaC.Porello,elsonidollegamsrpidoyconmayorintensidadalodoB.Los sonidos recibidos por B y C son ligeramente diferentes aunque poseen elmismo contenido de informacin. Ellos son conducidos pormedio del tmpano,huesosdelodo ynervios auditivos a la zonadel cerebroque recibe las sealesgeneradasporestmulos sonoros.Estas seales sonanalizadasporel cerebro,elcual transforma la diferencia entre ellas en una indicacin de la direccin de lafuentedesonido.Sehacomprobadoque laformadelpabellnde laorejaejerceun cierto efecto sobre ladeterminacinde laprocedenciadel sonido y, ademsque laprecisinconquesehacedichadeterminacinsereduceapreciablementecuandolossonidossondebajafrecuencia.

CBA

D

Fig.0.1:Audicindeunafuentepuntualdesonido


14

Cuando se comprendi el mecanismo fisiolgico que permita determinar laprocedenciadeunsonido,sepensqueesteconocimientopodraaplicarseensuregistroyreproduccin.Paraobtenerunafielreproduccin,laimagendelsonidodebeserdeterminadaenel espacio.Un procedimiento adecuado para conseguirlo consiste en reproducirdossealestransmitidas,pormediodedosparlantes,EyF,separadosunaciertadistancia,como se indicaen laFig.0.2.Lasdistanciasa losparlantes son igualesparacualquierobservadorqueseencuentreenlalneaPQ.Elobservadoroirportantoelsonidodeambosparlantescon intensidadesydiferenciasdetiemposdepropagacin que estn en la misma relacin con los sonidos que recibira siestuvieraenellugardondeseencuentralafuentedesonido.Sinembargo,elodoizquierdonoslorecibeelsonidodelparlanteizquierdo,sinotambineldelderecho.Algosimilarocurreenelododerecho.Adems,cuandoelobservadornoseencuentraen la lneaPQaparecerndiferenciasde intensidadyde tiempos de propagacin que no se correspondern con los originales. En laprctica, el efecto de estos dos factores es pequeo en una amplia zona deaudicin y, en ella, se consigueunabuena estereofona. Esta zona se encuentraesquematizadaenlaFig.0.2.

E

Q

P

F

Fig.0.2:Ubicacindelosparlantesparareproduccinestereofnica

Otromtododeaproximacinaunefectoestereofnicoseobtienesi,porejemplo,secolocaunapantallaquetengavariosmicrfonosalfrentedeunaorquesta.Cada


15

micrfono se conecta a un parlante que ocupa una posicin similar en unahabitacin para audiciones existente en cualquier otro sitio. Esta disposicin seindicaen laFig.0.3.Unapersonaenestahabitacinobtendrunabuena imagenespacial de la orquesta; en ella todos los instrumentos se oirn en su posicincorrecta.Laspruebasquesehanefectuadohanpermitidodemostrarqueestadisposicinpuede ser reducida aotra en laque slo existandosmicrfonos separadosunacierta distancia y, en la habitacin para audiciones, dos parlantes conectados adichosmicrfonos.Cmosedeterminalazonadeaudicin?Dichazonasedeterminaexperimentalmente,demaneraqueentodos lospuntosse tenga lamisma sensacindeubicacinde la fuentede sonido.Dicha zonaesfuncindelaseparacinentrelosparlantes,desudistanciaalasparedeslaterales,delasdimensionesdelahabitacin.Deloanteriorsededucequeslosenecesitandoselementosderegistroydosdereproduccinparaobtenerunabuena imagen sonora estereofnica. Estoquieredecir que la informacin adecuada para estereofonapuede transmitirseusandosolamentedosseales.

1 2 1 2

ORQUESTA

1 21 2 1 2

Fig.0.3:Transmisinestereofnicapormediodeunciertonmerodemicrfonosyparlantes.


16

FORMASDEACOPLODEAMPLIFICADORESDEBAJAFRECUENCIADebido a que las impedancias de entrada y salida de los amplificadorestransistorizados enmontaje de emisor comn, que es elms utilizado, son delordende1K20K, respectivamente,elacoplamientodirectodedosetapasamplificadoras produce prdidas considerables de potencia. Para evitarlo,debemosadaptarlasimpedancias.Paraadaptar las impedanciasdeentradaysalidadedosetapasamplificadorasseutilizandiversostiposdeacoplamiento:Acoploportransformador:Semuestraenelsiguienteesquema.Eselqueofrecemayor ganancia de potencia, pero no esmuy utilizado porque su respuesta enfrecuencianoesmuyamplia.

R1

C2

R2

Q2TR

1 5

4 8

C1Q1

VCC

Fig.0.4Acoploportransformador

Si la impedanciade salidadeQ1es20Ky ladeentradadeQ2esde1K, larelacindetransformacin(n)deberser:

n=(20000/1000)0.5=4.47

Acoplo por autotransformador: Emplea un autotransformador en lugar detransformador.Acontinuacinsemuestrandosformasdeusodeestemtodo:


17

C4

R1

C3

R4

C1

Q2

VCC

TR3

C2

Q1

R2

C4

R1

C3

R4

C1

VCC

T

C2

Q2

R3

Q1

R2

Fig.0.5Acoploporautotransformador

Acoplo por resistenciacapacidad: Este es uno de losms usados y, aunque nopermiteacoplarperfectamentelasimpedanciasylagananciaesmenor,suprecioyespacio ocupado es ms reducido. Permite tambin una buena respuesta enfrecuenciasiC1eslosuficientementeelevado.

Q1R1

Q2

C1

VCCR2

Fig.0.6Acoploporresistenciacapacidad

Acoplodirecto:Esteestambinmuyusado,especialmenteencircuitosintegrados.Debetenersecuidadocon laestabilidadde lospuntosdeoperacindebidoaqueinfluyen de una etapa a otra. Permite una buena respuesta en baja frecuencia(desdeDC).


18

Q1

R1

C1

R2

R4

Q2

VCC

R3

R5

R2

Q1

R1

C1

R4

R6

Q2

VCC

R3

R5

R7

Fig.0.7Acoplodirecto

Acoplodirectocomplementario:Estaesotraformadeacoplomuydifundidaquepermitemuybuena respuestaenbaja frecuencia (desdeDC)ysecaracterizaporempleartransistoresNPNyPNP.Cuandoseempleaacoplodirectoconunsolotipodetransistor,latensincontinuadesalidatiendeaacercarsealvalordelafuentedealimentacin,restringiendoelnivelmximodeamplificacin.Esteproblemaseevitaempleandolosdostiposdetransistor para que la tensin DC en la salida no se eleve demasiado, como semuestraacontinuacin:


19

R2

Q1

R1

Q2

C1

R4

R6

VCC

R3

R5

R7

Fig.0.8Acoplodirectocomplementario

CONTROLESDEVOLUMENYDETONOElcontroldevolumen, como sunombre lo indica,consisteenunpotencimetroqueregulaelvolumensonoroproporcionadoporelamplificadordesdecerohastasumximapotencia.Debesercolocadoenunaposicintalquenoafectelascorrientesdepolarizacinnilasimpedanciasdecargadelostransistores.Tampocodebensercausaderuido,locualpuedesucedercuandoselecolocaalaentrada,porqueseramplificadoyse deteriorar la relacin seal/ruido. Si se le coloca en una etapa intermediapuede ser que no ajuste la salida a un nivel suficientemente bajo. Por ello, suubicacin deber elegirse con cuidado para evitar estos efectos desfavorables.Estos controles son hechosmediante potencimetros logartmicos debido a lascaractersticasdefuncionamientodelodohumano.AcontinuacinsemuestranmtodosdeconexindelcontroldevolumenControldeGravesyAgudosEstecontroldetonostienedospotencimetrosquepermitenajustarlapresenciadegravesyagudosenunasealdeaudio.


20

10uF / 16v / NP

1K5

22K

50K

2K2

10K

10nF

56nF100K

10K

22K4K7

10K

20K

100K

56nF

2K2

+

-

NE55325

67

2K210nF

100pF

+

- NE5532

3

21

+

2.2uF

10K

Seutilizauncircuito integradodealtasprestacionesparaaudioquecontieneensupastilladosamplificadoresoperacionales.Se tratadelNE5532,el cual sealimentacon+/15V.Elpotencimetrode50Ka laentradaestableceelniveldeentradaosensibilidaddelsistema.Elpresetde20Kprimeramentedebesituarsealcentrodesucursor.Sisepresentasendistorsinodeformacionesenelaudiodisminuirstehasta lograruna reproduccin fiel.Elpotencimetrode100Kajusta lacantidaddegraves,mientrasqueelde10Khacelomismoconlosagudos.

Comolaalimentacinessimtricaporelterminal4delintegrado(MarcadoGNDenlaimagendearriba)debeira15Vmientrasqueelterminal8(MarcadocomoVcc)


21

debeira+15V.Lamasadebecablearsea0V,queenintegradonoseconectamasquealaentradanoinversoradelsegundooperacional(terminal5).

1.0. AMPLIFICADORESDEPOTENCIALosamplificadoresdepotencia,comosunombre lo indica,son losencargadosdeentregarpotenciaalasealdeentradaEsteprocesolohacenelevandolatensin,oelevando lacorrienteoelevandoambas, tensinycorriente.Elmtodoqueseutilicedependerbsicamentede lascaractersticasde lacargayde la fuentedealimentacinqueseemplee.La potencia la sacan de la fuente de alimentacin y parte de ella, no toda, latransfierena laseal.Laotraparte ladisipanellosmismos.Estecomportamientoseespecificaconelparmetrodenominadoeficiencia().Esmuy importantequeesteparmetrosealomasaltoposible(idealmente,igualal100%).Losmodelosaestudiarposeenmayoromenoreficienciaperono lleganalmximo idealy,porello, la eleccin del modelo a usar deber hacerse de manera que no influyanegativamenteenlaeficienciatotaldelsistema.Actualmenteexistenamplificadoresdepotenciadealtaeficienciaymuycompactos(como el amplificador clase D) que funcionan en el modo de conmutacin. Elcontroldigitalqueposeen lohacenmuy susceptiblea laprogramaciny controlporcomputadora.Sinembargo,nohan logrado,en laactualidad,desplazara losamplificadoresanalgicosdebidoaquestosofrecenunaaltacalidadde lasealdesalida,sonmssencillosynogenerandemasiadoruidoeinterferencia.Paraelestudiodelamplificadordepotenciasonmuy importantes losclculosdepotencia.Necesitamosconocerlasexpresionesdelapotenciapromedioentregadaa la carga, la potencia promedio que entrega la fuente de alimentacin y lapotencia promedio disipada por elmismo amplificador (transistores, resistores,etc). Dado que queremos que el amplificador sea capaz de entregar la mayorpotenciaposible,necesitamosubicarelpuntodeoperacindemanerade lograrestecometido.Unavezdeterminadalaposicindelpuntodeoperacin,seeligelareddepolarizacinparaconseguirlo.Clasesdeoperacin:ClaseA: Son amplificadores de baja eficiencia, pero de mayor linealidad. El

transistorsepolarizaenlazonaactivayconducecorrienteenlos360.Seusaenaudioyenradiofrecuencia.


22

ClaseB: Sonamplificadoresmseficientesque losanteriores.Los transistoressepolarizanenlazonadecorteysloconducencorrienteenunngulode180.

ClaseAB: SonamplificadoresconeficienciasimilarqueclaseB.Los transistores

se polarizan cerca a la zona de corte y conducen corrientems de180.Seusamuchoenaudioyenradiofrecuencia.

ClaseC: Sonamplificadoresdealtaeficiencia.Eltransistorsepolarizaenlazona

decorteysloconducencorrienteenunngulomenorque180.Noseusaenaudiosinoenradiofrecuencia.

ClaseD: Sonamplificadoresquetrabajanenconmutacin.Tienenaltaeficiencia

peroproblemasderuido,especialmentedeconmutacin.Sonusadospara audio en baja frecuencia (sub woofers). Se estn haciendoavancesparamejorarsurespuestaentoda lagamadefrecuenciasdeaudio,perotrabajandoafrecuenciasdeconmutacinmselevadas.

ClaseE: Se usa en amplificadores que trabajan con pulsos y presentan

rendimientoalto.Susalidasesintonizaaunadeterminadafrecuencia.Es empleado en aplicaciones de radio cuando se trabaja a una solafrecuencia o unmargenmuy estrecho de frecuencias.No se usa enaudio.

ClaseG: Sonamplificadoresdeconmutacinenlosqueseempleandosfuentes

dealimentacin.Lafuentedemenorvoltajeparalassealesdbilesylademayorvoltajeparalassealesfuertes.Deestamaneraseelevalaeficiencia, slo conmutando las fuentes de alimentacin. PuedenproducirmejorsonidoquelosdeclaseD.

ClaseH: Utilizan una fuente de alimentacin conmutada o se la construye

medianteunamplificadorclaseD.Asuvez,conestafuenteconmutadase alimenta a un amplificador clase A o AB. Tienen muy buenrendimiento y la calidad del sonido es similar a la de clase AB. Seempleaenequiposprofesionales.

PARMETROSDELOSAMPLIFICADORESDEBAJAFRECUENCIA:Losparmetrosquedebe tenerunbuenamplificadordeaudioestn regidospornormas internacionales,comoporejemplo, lanormaDIN45500.Acontinuacindetallamoslosmsimportantes:


23

Distorsinarmnica(HarmonicDistortion)Es originada por la falta de linealidad de los circuitos electrnicos. Se presentacuandoenlasalidaaparecencomponentesarmnicasquenoestabanpresentesenlaentrada, lo cual constituyeunadeformacin. Lanormamencionadaexigequeestadistorsinseamenordel1%alapotencianominal.Losfabricantesespecificancomnmenteladistorsinarmnicatotal(THD)DistorsinporIntermodulacin(IntermodulationDistortion)Este tipo de distorsin se presenta cuando la entrada presenta diferentescomponentes de frecuencia y el circuito introduce otras componentes confrecuencias suma y diferencia, incluyendo mltiplos, de las de entrada. Esteparmetrosemideaplicandodosfrecuenciasquenoseanmltiplos,alaentrada,ymidiendoenqumedidalasuperioresafectadaporlainferior.Lanormaexigequeestadistorsinseainferioral3%.FactordeAmortiguamiento(DampingFactor)Estrelacionadacon la impedanciadecargay ladesalidadelamplificador.Debeexpresarseparauna impedanciadeterminadade carga (4,816ohmios)yunafrecuencia que comnmente es 1 KHz. La norma exige un factor deamortiguamientosuperior3.Impedancia(Impedance)La impedancia de carga de un amplificador deber ser de igual valor que suimpedanciadesalidaparaobtenerelmximo rendimientodelconjunto.Semideen ohmios. La norma exige 4 u 8 ohmios de impedancia de salida para losamplificadoresdebajafrecuencia.Potencia(Power)Eslaenergaporunidaddetiempoquepuedeentregarelamplificadoralparlante.Puede serexpresadaendiferentes formas,pero lamanera correctaesen vatiossobre una impedancia de carga nominal, sobre un rango de frecuenciasdeterminado y sin sobrepasar elporcentajededistorsin armnicaprefijado. Lanormaestablecequelapotenciamnimaasuministrarporunamplificadordebajafrecuenciaesde6W.RelacinSeal/Ruido(SignaltoNoiseRatio)Es la relacinentre laamplitudde lasealdeaudioy laamplitudde la sealderuido.Estarelacinesmsreducidaenlaetapapreamplificadoray,porello,estasetapasdebenestarmsprotegidasyconstruidasconcomponentesdebajoruido.Seexpresaendecibelesparaunapotenciadesalidadeterminada.Lanormaexigeunarelacinseal/ruidosuperiora50dbpara50mWdesalida.


24

RespuestadeFrecuencia(FrequencyResponse)Elamplificadordebereproducirfielmentetodas lassealesdebajafrecuenciasinaumentarnidisminuirsuganancia.Paraellosegraficalacurvaderespuestaconlasfrecuenciasdeaudioenelejexylagananciaexpresadaendecibelesenelejey.Lanormaexigeunarespuestaenfrecuenciade4016,000Hzconvariacinde1.5dbalapotencianominal.1.1. AMPLIFICADORCLASEAEnestetipodeamplificadorelpuntodeoperacinseubicaenlazonaactiva(paraelBJT)oen laregindecorrienteconstante(llamadatambinzonadesaturacinenlosFETs).Estaubicacindeberealizarsedemaneraquelasealcirculedurantelos360desuperodo.Cuandoestosucede,sedicequeelamplificadortrabajaenclaseA.Para el anlisis y diseo de estos amplificadores es importante conocer losconceptosderectasdecargaylaslimitacionesdeltransistordepotencia.1.1.1. RECTASDECARGAESTATICAYDINAMICAEnlamallacolectoremisordelcircuitodelafigura1.5podemosplantearlaleydetensionesdeKirchoff:

VCC=iC(RC+RE+RE/)+vCE (1.1)Lacorrientetotaldecolectorsepuedeexpresarcomo:

iC=IC+ic (1.2)Donde: iC=corrientetotaldecolector IC=corrientecontinuadecolector ic=corrientedesealdecolectorCuando lacorrientedecolectoraumenta, la tensincolectoremisordisminuyeyviceversa.Porello,podemosexpresarlosiguiente:

vCE=VCEvce (1.3)Donde: vCE=tensintotalcolectoremisor VCE=tensincontinuacolectoremisor vce=tensindesealcolectoremisorReemplazando(1.2)y(1.3)enlaecuacin(1.1)obtenemos:

VCC+0=IC(RC+RE+RE/)+VCE+ic(RC+RE+RE/)vce (1.4)


25

Debidoaque la tensinde la fuentedealimentacines constante, los trminoscon seal del lado derecho deben eliminarse entre s y podemos desdoblar laecuacin1.4endospartes:Una,slocon lostrminosdecontinuay laotrasloconlostrminosdeseal.Esdecir:

VCC=IC(RC+RE+RE/)+VCE (1.5)Laecuacin(1.5)recibeelnombrederectadecargaesttica.

0=ic(RC+RE+RE/)vce (1.6)Laecuacin(1.6)recibeelnombrederectadecargadinmica.Por loanterior,podemosestudiaralamplificadoranalizndolosloencontinuayluego slo con seal.Debemos indicar, sin embargo, que cuando las seales deentrada son grandes, el transistor, como esun componenteno lineal,producirdistorsineincluso,producirunniveldecontinua,originadoporelniveldesealdeentrada,quealterarelpuntodeoperacin.Parareduciresteefectoydisminuirlas no linealidades de estos dispositivos se emplea la realimentacin negativa(feedback),lacualseestudiarenelcaptulo2Lasecuaciones1.5y1.6 sonvlidasparacircuitoscomoelde la figura1.5.Paraotrastopologas,deberobtenersesusrectassiguiendo lasrecomendacionesquesedanacontinuacin:RectaDC: Lascapacidadesseconsiderancircuitoabierto.

Lasbobinasseconsiderancortocircuitos(exceptocuandodebaconsiderarsesuresistenciaenDC)

Lasfuentesdetensindesealsehacencero(cortocircuito)osereemplazanporsuresistenciainternaparaDC.

Lasfuentesdecorrientedesealsehacencero(circuitoabierto)osereemplazanporsuresistenciainternaparaDC.

RectaAC: Lascapacidadesgrandesseconsiderancortocircuitos.

Lasbobinasgrandesseconsiderancircuitosabiertos.Lasfuentesdetensincontinuasehacencero(cortocircuito)osereemplazanporsuresistenciainternaparaAC.

Lasfuentesdecorrientecontinuasehacencero(circuitoabierto)osereemplazanporsuresistenciainternaparaAC.


26

1.1.2. POTENCIAINSTANTNEAYPOTENCIAPROMEDIOSi efectuamos el producto de la tensin y corriente totales en el transistorobtenemoslosiguiente:pce=vCEiC=(VCEvce)(IC+ic)=VCEIC+VCEicvceICvceic (1.7)Laexpresin(1.7)representalaecuacindelapotenciainstantneadisipadaporeltransistory lascomponentesdesealhacenquevareconel tiempo.Ennuestroestudionosinteresaprincipalmentelapotenciapromedio,lacualpuedeobtenersehallandoelvalorpromediodelapotenciainstantnea: T

PC=(1/T)pcedt (1.8) 0Trabajando con seales sinusoidales, la potencia promedio se puede expresarcomo:

PC=VCEIC0.5VceIc (1.9)Donde: Vce=tensinpicodesealsinusoidalcolectoremisor Ic=corrientepicodesealsinusoidaldecolector T=perododelasealLaecuacin1.9esvlidacuandoeltransistortrabajaenclaseA.EltrminoVCEICcorrespondealapotenciapromedioproducidaporlosnivelesdecontinuaeneltransistor(puntodeoperacin)Eltrmino0.5VceIccorrespondealapotenciapromedioproducidaporlosnivelesde seal en el transistor. El signo negativo nos indica que cuando hay seal eltransistor disipa menos potencia. Si el nivel de seal aumenta al mximo, lapotenciapromediodisipadaporel transistordisminuye almnimo. Si la seal sehacecero, lapotenciapromedioquedisipaeltransistoralcanzasuvalormximo.Estoltimoes importanteporquenos informaqueelamplificadorclaseAdisipamximapotenciacuandono tiene sealdeentrada.Observamos tambinqueeltrmino0.5Vce Iccorrespondealproductode losvaloreseficacesde latensinycorrientesinusoidales.Enlosequiposcomercialesseacostumbrahablardelapotenciarmsylapotenciapmpo.


27

El trmino potencia rms es un nombre comercial de la potencia promedio. Enrealidad losvaloreseficaces(orms)estndefinidospara latensinycorrientenopara la potencia; y, a partir de ellos, se obtiene la potencia promedio. Cuandoveamosqueenunequipocomercialdeaudiomencionaneltrminopotenciarms,deberemosentenderqueserefierenalapotenciapromedio.Enlosequiposcomercialestambinseacostumbrahablardelapotenciapmpo.Lapotenciapmposerefiereaunapotenciamusicalpicoevaluadaenundeterminadolapso (enesto se relacionams con lapotencia instantnea) yno tiene relacindirectacon lapotenciapromedio,quees laquesnos indica lacapacidadrealdelequipo. Incluso, puede variar de un fabricante a otro con equipos similares. Suvalor es mucho ms alto que el de la potencia promedio. En los equiposcomercialesalcanzavaloresentre810vecesmsaltosquelapotenciapromedio.1.1.3. LIMITESDELTRANSISTORBIPOLARDEPOTENCIALa cantidad de potencia que se le podr entregar a una carga, tendr un lmiteestablecido por los parmetros del transistor. De sus curvas caractersticaspodremosapreciardichaslimitaciones:1. Limitaciones de carcter trmico: La mxima potencia promedio que el

transistorpuededisiparest limitadapor latemperaturaque la junturabasecolectorpuede soportar.Por ello, todos losdiseosde circuitos incluirnunclculodelascondicionestrmicasparaasegurarquenoseexcedalamximatemperaturadejunturapermitida.

Pc(W)

- 1/Ojc

0 Tco

Pcmx

Tjmx Fig.1.1

jceslaresistenciatrmicaentrejuntura(j)ylacpsulaLapotenciapromedio(Pc)disipadaenelcircuitodecolectores igualalpromediodelproductode lacorrientedelcolectorporelvoltajecolectorbase.Lamximapotenciapromediodecolectorpermitidaesespecificadaporlosfabricantes.


28

Enelgrfico1.1observamosqueel transistorpuededisipar lapotenciamximahasta la temperaturade la cpsula Tc0 (comnmente 25 C).Despusde ella ladisipacin de potencia debe ser reducida. La magnitud de la inversa de lapendienterecibeelnombredeResistenciaTrmica,yesunparmetrodadoporlosfabricantes. Con ella podemos calcular qu potencia puede disipar un transistorcuandosutemperaturasuperaelvalorTc0.Limitacionesdecarcterelctrico:Relacionadascon la formade lascurvas,puescuandoqueremosamplificarunasealconlamenordistorsinposible,(claseA),sedebehacertrabajarelelementoactivoensuzonalineal(dondelascurvaspuedenconsiderarse lneas rectas,equidistantesyparalelas).De lascurvas seaprecia laslimitacionesdecorrienteytensinenelfuncionamientodeltransistor.

a. BVCEO (Breakdown tensin de colector emisor base abierta): Paragrandestensionesdecolector,lascaractersticaspierdenlinealidaddebidoalarupturaenlaunindecolector(similaralefectoZeneroavalancha).Entransistoresdepotenciaestosvalorespuedenestarentre50y200voltios.

b. icmax(mxima corrientede colector)paragrandes corrientesde colector,las caractersticas quedan muy juntas, perdiendo linealidad y ademssometiendoalasunionesadichascorrientes,sepuededaarfsicamentealtransistor.

c. PCmax:Enocasionesnohabrsealdeentradaenelamplificadoryluego,elpuntodeoperacindebecorresponderaunadisipacindecolectorqueseasegura.Enlafigura1.2,podemosobservarotrasdoszonas:

ZONA DE SATURACION

2

Ib = 0.2A

Ic (A)

ZONASEGURAPARA110GRADOS

25

6 Ib = 0.4A

4

Ib = 0.1A

Ib = 0.6A

Ib = 0.5A

Ib = 0.3A

5Vce,sat

0

10 Vce (V)

Ib = 0AZONA DE CORTE

152

Pcmax = 40W a 110 grados

8

ZONADERUPTURA

Pcmax = 150W a 25 grados

ZONASEGURAPARA25GRADOS

20

Fig.1.2

Saturacin:ParavaloresdeVCEVCE,sat,seapreciaque Ic esmuygrande

conlosresultadosconsideradosenicmax


29

Sonvalorestpicospara: Transistoresdebajapotencia(PcVce,sat=0.10.3v Transistoresdepotencia(Pc>1w):=>Vce,sat=12v

Corte: Es el lmite inferior de la corriente del colector, donde las curvastambinpierdenlinealidad.Ennuestroestudionoseconsideraestazona.

d. Elconjuntodelasconsideracionesanteriores,vaalimitarensuinterior,la

llamada regin o zona activa, donde se obtendr amplificacin lineal.Los lmites anteriores, comprenden las especificacionesdel transistor, lascualessernproporcionadasporelfabricanteen losmanualesrespectivosy que debern ser tomadas en cuenta en el diseo para una operacinadecuada.

Especificaciones:icmxBVCEOPcmax=VCEQICQDesdeluegotambinsedebeespecificarsu,fT,etc.Sisegraficanlasespecificacionesanteriores(figura1.3):

ANTES DE CORREGIR POR TEMPERATURA

Vce

ZONA DE OPERACION SEGURAPARA EL TRANSISTOR

BVceo

DESPUS DE CORREGIR POR TEMPERATURAIc

Fig.1.3

donde:Pcmaxadopta laformadeunahiprbola(equilterarespectoalorigendecoordenadas), que representa el lugar geomtrico de todos los puntos deoperacinenloscualesladisipacinesexactamentePcmax.


30

Hastaahora,enlasrelacionesdelanlisis,nosehantomadoencuentaloslmitesdel transistor. La consideracin de estos lmites y especificaciones permitirn laeleccincorrectadelpuntodeoperacin.Debetenerseencuentalosiguiente:1. De losgrficosanteriores,seobservaqueparaoperacinsegura,elpuntode

operacindebeubicarsedebajooen lahiprboladedisipacinmxima(layacorregidaportemperatura).

2. Adems, la lneaACconpendiente(1/Rac),debepasaratravsdelpuntoQeintersectarelejeVCEaunvoltajemenorqueBVCEOy

3. DebeintersectarelejeiCaunacorrientemenorqueiCmaxosea:2VCCBVCEO (1.10)2ICQiCmax (1.11)

Observacin Importante: se debe tener presente que lo anterior es paracondiciones demxima excursin simtrica, pues las rectas de alterna, podrancortar losejes,msalldedichos lmites (desde luegoen forma indeseableparanuestrocaso).Lamximaexcursin simtrica seobtiene trazando la rectamediana (figura1.4).Esta recta corta a la rectade cargadinmica endospartes iguales. Elpuntodecortedefinealpuntodeoperacinnecesarioparamximaexcursinsimtrica.Larectamedianaodemximaexcursinsimtrica(M.E.S.)seobtienemediantelarecta de carga dinmica. Es prcticamente la misma ecuacin, slo que conpendientepositivaytambincontienealpuntodeoperacin.Luego, particularizando, para tener condiciones ptimas, si se desea mximaexcursinsimtrica,setendrquecumplir:

IC0=(1/RL)VCEQ ycon: Pcmax=VCEQICQElpuntoQser: ICQ=(Pcmax/RL)

1/2 (1.12) VCEQ=(Pcmax*RL)

1/2 (1.13)SevequeenelpuntoQ.Lapendientedelahiprbolaes:

iC/VCE=ICQ/VCEQ=1/RL


31

Osea,lapendientedelalneaACeslamismaquelapendientedelahiprbolaylalneaAC es tangente a lahiprbola en elpuntoQ cuandoes lograda lamximaexcursinsimtrica(figura1.4).Estasconsideracionessontilesparaelcasodediseo.Finalmente, en el caso ms real y prctico, el otro lmite a considerar en losclculos, es el impuesto por la regin de saturacin. En nuestra configuracincircuital:VCE,sat.LamayoradelosconceptosanteriorestambinsonaplicablesalosFETs.

recta dc

Vce

IcQ

Pcmax

Ic = Vce / RL

BVceo

Q

recta ac

VceQ

Ic

Fig.1.4

1.2. ESTUDIO DE DIVERSAS CONFIGURACIONES DE AMPLIFICADORES DE

POTENCIADEAUDIOFRECUENCIAENCLASEALas ecuaciones que se van a deducir se aplican nicamente a las topologasmostradas.Cuandosetengantopologasdiferentes,setendrquehacerelanlisisrespectivoparalaobtencindelasecuacionescorrespondientes.1.2.1. AMPLIFICADORCLASEACONCARGAENCOLECTOR.Enlafigura1.5semuestraunamplificadordeestetipo:


32

R2 +VBB-

RbQ

R1 Rc Rc

RE

VCC VCC

RE

Q

Fig.1.5

Sepuedehallarelcircuitotheveninequivalenteen lamallabaseemisor,comosemuestraen la figura1.5.Estecircuitosertilparadeterminar losvaloresdeR1,R2yREquesonlosquepermitirnconseguirlacorrienterequeridaenelpuntodeoperacin. Rectadecargaesttica: VCC=IC(RC+RE+RE/)+VCE (1.14)Si:>>1,laexpresinsereducea: VCC=IC(RC+RE)+VCE (1.15)Rectadecargadinmica: vce=ic(RC+RE) (1.16)RectadeMximaExcursinSimtrica: vCE=iC(RC+RE) (1.17)1.2.11.PUNTODEOPERACINPARAMXIMAEXCURSINSIMTRICA(IDEAL):Comoenlaecuacin(1.17)seencuentraelpuntodeoperacin,secumplir: VCEQ=ICQ(RC+RE) (1.18)Reemplazando(1.18)en(1.15): VCC=ICQ(RC+RE)+ICQ(RC+RE) Dedonde: ICQ=VCC/[2(RC+RE)] (1.19)Y: VCEQ=VCC/2 (1.20)1.2.12.MXIMAPOTENCIADISIPADAPORELTRANSISTOR:Cono semencion anteriormente, cuando el transistor trabaja en claseA disipamximapotenciacuandonotienesealdeentrada.Entonces:


33

PCmx=VCEQICQ (1.21)1.2.13.MXIMAPOTENCIAENTREGADAALACARGA:Silacargaeslaresistenciadecolector,lamximapotenciadesealquerecibelacargaes:

PLmx=0.5(ICQ)2RC (1.22)EnelcasoideallatensincolectoremisordesaturacinesceroylamximatensinpicodesealserigualaVCEQ;entonces: PLmx=VCEQ2/2RC=VCC2/8RC (1.23)1.2.14.MXIMAPOTENCIAENTREGADAPORLAFUENTE:Lacorrientequeentregalafuenteestformadaporlacorrientetotalquevaporelcolectormslacorrientequevaporlareddepolarizacin(porR1).Esdecir:

pCC=VCC(iC+iR1)Si trabajamos con seales sinusoidales, podemos hallar fcilmente la potenciapromedio(dadoqueelpromediodeunasinusoideescero):

PCC=VCC(ICQ+IR1) (1.24)En los casos en que se cumpla: ICQ >> IR1, se puede hacer la siguienteaproximacin:

PCC=VCCICQ (1.25)

EstoltimosepuedelograrfcilmenteenlosamplificadoresconFETdebidoaqueellossecontrolancontensindeentradaytantoR1comoR2puedentenervaloreselevados.1.2.15.PUNTODEOPERACINPARAMXIMAEXCURSINSIMTRICA(REAL):Enelcasoreal, latensincolectoremisordesaturacinnoesceroyelloobligaacorregirlarectadeMximaExcursinSimtricaparaubicarelpuntodeoperaciny obtener lamxima tensin y corriente pico de seal reales. Esto se consiguedesplazandolarectadeM.E.S.sobreelejedetensionesunacantidadigualaVCE,sat:RectacorregidadeMximaExcursinSimtrica: vCE=iC(RC+RE)+VCE,sat (1.26)


34

Elpuntodeoperacinrealser: ICQ=[VCCVCE,sat]/[2(RC+RE)] (1.27) VCEQ=[VCCVCE,sat]/2 (1.28)Estosvaloresrealeslosutilizaremosparalosclculosdepotencia.1.2.16.EFICIENCIA:Laeficienciasedefinecomolarelacindelamximapotenciapromedioentregadaalacargadivididaporlamximapotenciapromedioentregadaporlafuente:

=PLmx/PCC (1.29)ReemplazandolasexpresionesdePLmxyPCC,obtenemos:

=(0.5ICQ2RC)/(VCC(ICQ+IR1) (1.30)Enelcasoidealsetiene:VCE,sat=0,VCEQ=VCC/2,RE=0,ICQ>>IR1eICQ=VCC/[2(RC+RE)]

Conelloresulta:ideal=25% (1.31)

Enestetipodeamplificadoreslaeficiencianopuedepasardel25%y,porello,decada100vatiosqueabsorbende la fuenteentreganmenosde25a lacargayelresto lodisipanellosmismos.Estabajaeficiencia limita suusoaaplicacionesdepequea potencia o como etapa previa de amplificadores de potencia mseficientes.SubajaeficienciasedebeaqueRCyRedisipanpotenciadecontinuaydesealalavez.Unamejoraseconsigueevitandoque lasealpaseporReyque lacontinuapaseporRC,locualselograconlassiguientesconfiguraciones.1.2.17.FIGURADEMERITO:Eslarelacinentrelamximapotenciadedisipacindecolectordeltransistor,alamximapotenciadisipadaenlacarga:

F=PCmx/PLmx (1.32)ReemplazandolasexpresionesdePCmxyPLmxobtenemos:

F=VCCICQ/(0.5ICQ2RC)=(4(RC+RE)/RC (1.33) Si:RE=0,lafigurademritollegaa F=4.0 (1.34)


35

PROBLEMA1.1:Paraelsiguientecircuitoamplificadorconresistenciaencolector,determine:a) Elpuntodeoperacinb) Lamximaexcursinsimtricadelacorrientedelcolector;c) Calculelaspotenciasyeficiencia. Asuma:VCE,sat=0,silicio y=100

Rc = 1K

Ca1

VCC

ii

+vce-

Q

R2

VCC = 15 V

Rc

Re = 500R1

Re

Fig.1.6

SOLUCION:a) Aplicandola2leydekirchhoffalcircuitocolectoremisordelafigura1.6: CircuitoenDC:LaecuacindelarectadecargaDC(figura1.7)

Re

VCC = VCE + Ic Rc + Ie Re

VCC

15 = Vce + Ic (1.5K) ......(a)

Si B >> 1, entonces Ie = IcQ

Luego: VCC = Vce + Ic (Rc + Re)

Rc

Fig.1.7

CircuitoenAC:LaecuacindelarectadecargaAC(figura1.8)


36

Re

vce + ic Rc + ie Re = 0

vce = - ic (Rc + Re)

vce = - ic Rc - ie ReQ

ie = ic

vce = - ic (1.5K) ......(b)

Rc

Fig.1.8

De(a)y(b)seobservaqueambasrectastienenlamismapendiente(1/1.5kOhms)yquecoinciden(estnsuperpuestas).Luego,graficando: icmaxocurrecuandovCE=0En(a): icmax=15/1.5k=10mA

VCEQ7.5

10

ICQ = 5

vCE(V)

pendiente = - 1 / 1.5K

i C(mA)

VCC15

Fig.1.9

vCEmaxocurrecuando: iC=0En(a): vCEmax=15vPara lograrmxima excursin simtrica, seescogeelpuntodeoperacin (apartirdelcualseoriginanlasvariacionesdelasealqueocurrensobrelarecta


37

ACyqueenestecasocoincidencon laDC),enelcentrode la lneadecargadinmica.Porlotanto ICQ=5mA

VCEQ=7.5v puntodeoperacin(puntoQ)b) Y lamximaexcursinsimtricade lacorrientedecolector(picoapico),ser

de10mA(Lacorrientepicoser:Icm=5mA)c) Clculodelaspotenciasyeficiencia. Potenciaproporcionadapor la fuenteDC (despreciando lacorrienteenel

circuitodebase): De(1.25):PCC=VCCICQ=15v(5x10

3A)=75mW Potenciasuministradaalacarga(RC)ycircuitodeemisor(RE):

Enestecaso:

( ) ( ) ( )( ) ( )ECCMCQEL

T

ECCECCQEL

RRIIPP

dtRRiT

RRIPP

+

+=+

+++=+ 2

1

22

0

22

Encondicionesdemximaexcursinsimtrica(Icm=ICQ)Porlotanto max(PL+PE)=1.5k((5x10

3)2+(5x103)2/2)max(PL+PE)=56.25mW

Potenciadisipadaeneltransistor:

TPC=VCEQICQ+(1/T)vceicdt

0Como:vce=ic(Rc+RE)

TPC=VCEQICQ+(1/T)(Rc+RE)ic

2dt 0 T

PC=37.5mW(1/T)(1.5K)ic2dt 0

PC=37.5mW750(Icm2)


38

Seapreciaque lamximadisipacindecolectorocurrecuandonohaysealACenelcircuito,porlotanto

PCmax=37.5x103w

LamnimadisipacinocurrircuandoIcmseamxima,locualconIcm=ICQ=5x103Aporlotanto: Pcmin=37.5x103w(1500/2)(5x103)2 Pcmin=18.75x103w Eficiencia:de(37): =I2cmRc/(15v)(5x103A) =106I2cm/150Laeficienciamximaocurrirenestecircuitocuando lapotenciaentregadaalacargaseamxima,osea,cuando Icm=ICQ=5x10

3APorlotanto max=16.7%


39

SOLUCION:Podemosemplearelesquemadelafigura1.11:

QIRF840

VgR2 Rs

Ca1

RL100

Cs

VDD

R1

Fig.1.11

Delaecuacin1.22: PLmx=0.5(IDQ)2RL Dedonde: IDQ=[2Plmx/RL]1/2=63.2mADelashojasdedatostcnicosdelMOSFETIRF840obtenemos:Latensinumbralestcomprendidaenelrango: 2VVT4VDe las curvas caractersticas se observa que para VGS = 4.5V, ID = 1.2 A,aproximadamente,en laregindecorrienteconstante.Conestosdatospodemoshallar la constante K delMOSFET, la que nos servir luego para determinar latensinVGSQnecesariaparanuestropuntodeoperacin.

K=ID/(VGSVT)2Comoel fabricantenonosdaunvalorexactodeVTsinoun rango, trabajaremosconelvalorpromedioparahacerunaprimeraaproximacin:VT=(2+4)/2=3VLuego:K=0.53A/V2


40

Obtenemosahora latensinVGSQnecesariapara lograr lacorrientedelpuntodeoperacinrequerido: VGSQ=(IDQ/K)1/2+VT=(63.2mA/0.53A/V2)1/2+3=3.34VRs se emplea para ayudar a estabilizar el punto de operacin. Un valorrecomendadoparaelloes: Rs=(VGSQ+VT)/IDQ=100.38Tomaremoselvalorcomercialmscercano:Rs=100Acontinuacinhallamoslatensinnecesariadelpuntodeoperacin:De la ecuacin 1.26, adaptndolapara el casodelMOSFET: VDSQ = IDQ (RL) +VDSmnNo incluimos laresistenciaRsporqueelcondensadorCsactacomocortocircuitoparalasealylarectadeM.E.S.seobtieneapartirdelarectadecargadinmica.Emplearemosunatensindrenadorfuentemnimade1VLuego:VDSQ=IDQ(RL)+1=7.32VCon estos valores determinamos la tensin necesaria para la fuente dealimentacin,empleandolaecuacindelarectadecargaesttica:

VDD=IDQ(RL+Rs)+VDSQ=20VEl siguiente paso es determinar los valores de R1 y R2 para lograr el punto deoperacincalculado.Latensinenelterminaldecompuertarespectoatierraes:VG=VGSQ+IDQRs=9.32VComo lacorrientedecompuertaesprcticamentecero,R1yR2pueden tenerunvaloraltoybastardefinirunamnimacorrientequepaseporellas.Adems, losvaloresobtenidosdebenserlomscercanosposibleaunvalorcomercialSielegimos:R2=9.1KLacorrientequecirculeporellaser:IR2=9.32V/9.1K=1.024mAEntonces:R1=(209.32)V/1.024mA=10KConestosvaloresprocedemosahoraasimularelcircuitoen lacomputadoraparaajustarlosms.


41

Losresultadosdelasimulacinencontinuanosdanlossiguientesvalores:TensinenRe(nudoB):6.39VTensinenlacompuertarespectoatierra(nudoA):9.53VTensineneldrenadorrespectoatierra(nudoC):13.6VConestosvaloresobtenemos:IDQ=63.9mA,VDSQ=7.21VEste punto de operacin esmuy prximo al de diseo, por lo que no haremosajustes.Encondicionesdinmicas,podemosobservarenlasfiguras1.12y1.13seobservaque lamxima excursin simtrica se logra con una tensin de entrada de 170mVpico.Lamximatensinpicoenlacargaesde6.35VEstevalorescercanoalvalorpicorequerido(6.63V),porloqueelsiguientepasoesconstruirloenellaboratorioparaobtenerlosresultadosreales.

QIRF840

+

-VDD20V

1kHz

V1-170m/170mV

Ca10.33uF

Cs22uF

Rs100

RL100

R29.1k

R110k

Fig.1.12


42

0.000ms 1.000ms 2.000ms 3.000ms 4.000ms 5.000ms

20.00 V

15.00 V

10.00 V

5.000 V

A: q_2

Fig.1.13

ObtencindeCs:La resistencia aproximada que ve Cs es Rs. Como esta resistencia espequea,haremosqueCsdetermineellmiteregindebajafrecuencia.Como la frecuenciadeentradaes1KHz,haremosqueCsactemuchomsabajo.Sifijamosestelmiteen100Hz,podemosigualar:

RsCs=1/[2(100)]=0.0016Luego: Cs=16uFYpodemosemplearelvalorcomercialmscercano: Cs=22uF/10V ObtencindeCa1:LaresistenciaqueveCa1esmuchomsalta.HaremosqueCa1acteaunafrecuenciamuchomenorque100HzparaquenoinfluyaalavezqueCs.Sifijamossuoperacinen10Hz,podemosigualar:

[R1//R2]Ca1=1/[2(10)]=0.016Luego: Ca1=0.33uFYpodemosemplearelvalorcomercial: Ca1=0.33uF/16V

PROBLEMA 1.3: En el circuito de la figura siguiente: Ig(t) = 0.1 + 0.09 cos(wt)amperios,hFE=20.Halle:a)Lapotenciaentregadaporlabaterab)Lapotenciaconsumidaenelresistorde3.c)Lapotenciadisipadaporeltransistor


43

SOLUCION:a) Lacorrientedelgeneradoresigualalacorrientetotaldebase. iB(t)=0.1+0.09cos(wt) Lacorrientetotaldecolectores: iC(t)=hFE*iB(t)=2+1.8cos(wt) Potenciapromedioentregadaporlabatera: T

PCC=(1/T)VCCiC(t)dt 0 T

PCC=(12/T)[2+1.8cos(wt)]dt 0

PCC=12*2=24W

RL3

Ig(t)

Q

VCC12V

Fig.1.14

b) Lapotenciaconsumidaenelresistorde3. T

PRL=(1/T)i2C(t)RLdt 0 T

PRL=(1/T)[2+1.8cos(wt)]2RLdt 0 T

PRL=(3/T)[5.62+7.2cos(wt)+1.62cos(2wt)]dt 0

PRL=3*5.62=16.86W


44

c) LapotenciadisipadaporeltransistorT

PC=(1/T)vCEiC(t)dt0

vCE*iC(t)=VCC*iC(t)i2C(t)RL

Reemplazando: TPC=(1/T)[VCC*iC(t)i2C(t)RL]dt=2416.86=7.14W 0

1.2.2. AMPLIFICADOR DE POTENCIA EN EMISOR COMUN CLASE A CONCHOQUEENCOLECTORElesquemadelamplificadoreselmostradoen lafigura1.15:L,rl0,Ca2,CeEn este caso labobina acta como una alta reactanciapara la seal y como uncortocircuitoparalacontinua.LacargaseacoplamedianteelcondensadorCa2(elcualevitaquepasecorrientecontinuapor lacarga)yResedesacoplade lasealmedianteun condensadordebypassCe (paraquenopase sealporella).Estasmejoraspermitenaumentarlaeficienciaylagananciadepotencia.La resistencia rLes laquepresentaelalambrede labobinaencontinuay lacualdebeserpequea.

R2Ig(t)

R1

RL

Re

L

rL

1

2

Ca2

Ce

Q

VCC

Fig.1.15


45

1.2.21. Principio de funcionamiento: En el esquema, los resistoresR1, R2 yRecontribuyen a la polarizacin del circuito estableciendo el punto de operacinadecuado(claseA,zonalineal)ymanteniendolaestabilidaddelmismo.As,R1yR2formanundivisorde tensin a travsde la fuenteVCC; estedivisorproporcionacondicionesdepolarizacinalaunindeentrada(baseemisor),talesquelahacentrabajarenformadirectayestandolaunindesalida(basecolector)polarizadaenformainversa;eltransistorpodrtrabajarenlazonaactivayaptoparaoperacinenclaseA.LaconfiguracinequivalentedeThevenindelcircuitoes:

L rL

Ce

Ca2

Q

+ VBB -

RbRe

VCC

Ca1

RL

ig

Fig.1.16

Dondelasrelacionescorrespondientesson:VBB=VCCR1/(R1+R2)=VCCRb/R2 ; Rb=R1R2/(R1+R2) (1.35)R2=Rb(VCC/VBB) (1.36)R1=Rb/(1(VBB/VCC)) (1.37)Los transistores de potencia elevan su temperatura cuando estn enfuncionamiento y, debido a que los semiconductores son muy sensibles a latemperatura, se alterarelpuntodeoperacin.Porelloesnecesarioestablecertcnicasdeestabilizacinycompensacindelpuntodeoperacin.Unarelacin importantea tenerenconsideracinen laestabilidaddel puntodeoperacineslaquehayentreRbyRe.As,paraeliminarvariacionesdelacorrientedeemisordebidoalasvariacionesenel(o)delostransistoresdelmismotipoyquepodransacaraltransistordelpuntodetrabajo inicial, llevndoloazonasnodeseables(nolineales),setiene:


46

Re>>(1)Rb Rb


47

ElfactordeestabilidadSIseobtieneconlasiguienteecuacin:SI=IC/ICBO, cuando:VBE=0y=0MientrasmsgrandeesSI,elpuntodeoperacinesmsinestable.ElmnimovalorposibledeSIes1.LoscircuitosqueestabilizanelpuntodeoperacinrespectoavariacionesdeICBO,tambin se comportan satisfactoriamente ante variaciones deVBE y . Por ello,bastaobtenerunbuenfactordeestabilidadSI.Laecuacingeneralquegobiernalacorrientedecolectordeltransistores:IC=IB+(1+)ICBO (1.41)DerivandorespectoaICobtenemos:SI=(1+)/(1dIB/dIC) (1.42)Deestaecuacinconcluimosqueparavaloresgrandesde,SIseaproximaalaunidad.EltrminodIB/dICseobtieneapartirdelcircuitoqueutilicemos.ParaelclculodeSIseconsideraqueVBEynovaran.Tomemoscomoejemploelcircuitodelafigura1.7,cuyoequivalentedetheveninseencuentraaladerecha:EnlamallaBaseEmisorpodemosplantearlasiguienteecuacin:

VBB=IBRb+VBE+(IC+IB)ReDerivandoestaecuacinrespectoaIC:

dIB/dIC=(Re/(Re+Rb))ReemplazandoenlaecuacindeSIobtenemos:SI=(1+Rb/Re)/(1+(Rb/(1+)Re)) (1.43)Sihacemos:Rb=(1+)Re/10,tendremos:SI=(11+)/11Paraunvalorde=50,setiene:SI=5.55;elcualesunbuenfactor,siendo3elvalorptimo.Tambinobservamosquesiesmsgrande,elfactordeestabilidadempeora.Porejemplo,si:=100,SI=10.1.Enestecasoelfactordeestabilidadhaaumentadoy tendremosqueelegirotra relacindeRbconReparamantenerSIpequeo.


48

Msadelanteveremoslastcnicasdecompensacin.

R2+VBB-

RbQ

R1RcRc

Re

VCC VCC

Re

Q

Fig.1.17

El condensador Ca1 sirve como acoplamiento de la seal de la fuente ii, con eldispositivoamplificador.Para consideraciones del anlisismatemtico se asume que las capacidades sonmuy grandes (C ), demodo que las frecuencias de trabajo presentan unareactancia muy pequea pudiendo considerrseles como cortocircuitos. Enconsideraciones prcticas o reales, los valores a escoger deben cumplir con elcriterioanterior.As,porejemplo,elcondensadorCedebesertalquepresenteunareactanciaXcemuchomenorquelaimpedanciaqueve,lacualesReenparalelocon la impedancia de entrada del transistor reflejada al emisor (se ver enparmetros hbridos). Xce puede considerarse unas 10 a 100 vecesmenor, nodebiendo elegirse una capacidad excesivamente grande, pues pueden haberproblemasdetamao,transitorios,respuestadefrecuencia,corrientesdeperdida,etc.Sisetrabajanoenunafrecuencia,sinoenunrango(casodeAFde20Hza20KHz),lareactanciasecalculaconlafrecuenciamsbaja.


49

El inductormostrado en el colector tiene por objeto aumentar la eficiencia delcircuito respecto alque emplea resistencia en colector.Adems, permiteque latensincolectoremisoralcancedosveceselvalordelafuentedealimentacinVCC.Esimportanterecalcarqueestoesparamximaexcursinsimtrica,sindistorsin,pueslainductanciapuedehacerqueVCEseamayorque2VCC.El valor de la inductancia esmuy grande (L infinito) y se considera que suresistencia es muy pequea (rL 0). En la prctica se hacen consideracionesanlogasa lasde loscondensadores.LoschoquesempleadosenAFtienenncleodehierro.Enresumen: Los condensadores se comportan como cortocircuitos a las frecuencias de

trabajodesealycomocircuitosabiertosparalacontinua. Elinductorochoquesecomportacomocircuitoabiertoparalasealycomo

cortocircuitoparalacontinua.Porotro lado, laconfiguracindeemisorcomnproporcionaadecuadagananciade potencia. Posteriormente se vern el empleo de las configuraciones en basecomnycolectorcomn.1.2.23.Ubicacindelpuntodeoperacin:Como se ver,elpuntodeoperacinparaeste tipode circuitos (gran seal), sepuede determinar en forma analtica o grfica a partir de las ecuacionesdescriptivasdel comportamiento circuital. Las consideracionesa teneren cuentapara laubicacindelpuntodeoperacin son lasclasesdeoperacin, lmitesdeldispositivo y linealidad de la zona de trabajo, tratando de obtener la mximapotenciadeseal.Luego, para el circuito de la figura 1.8, aplicando la segunda ley de Kirchhoffalrededordelcircuitocolectoremisor:Encondicionesestticas(figura1.8),laresistenciadecargaDCesRe.Ylarectadecargaestticaes: VCC=VCE+ICRe (1.44)Encondicionesdinmicas(figura1.9),laresistenciadecargaACesRL.


50

Ylarectadecargadinmicaes: vce+icRL=0 (1.45)Apartirdelasexpresionesanteriores,sepodrdeterminarelpuntodeoperacin.Sesabeque:vCE=VCEQ+vceeiC=ICQ+icDedonde:(vCEVCEQ)=(iCICQ)RL (1.46)EstaexpresindelalneaACsepuedeescribircomo:(iCICQ)=(vCEVCEQ)/RL (1.47)La cual es asimilable a la expresin de una lnea recta y luego graficarlo en lascurvascaractersticasdesalidadeltransistorenemisorcomn(iCvsvCE)de(1.3)elmximovalordeicocurrecuandovCE=0porlotanto:iCmax=ICQ+VCEQ/RL (1.48)

CircuitoenDC:ecuacindelalneadecargaDC

Q

Si: B >> 1, entonces Ie = Ic

+Vce-

Vcc = Vce + Ic Re

Re

Vcc = Vce + Ie Re

VCC

Ie

Ic

Fig.1.18

CircuitoenAC:ecuacindelalneadecargaAC

Q +vce-

vce = iL RL = - ic RL

vce + ic RL = 0

Re

RL

ie

iL

ic = -vce / RL

ic

ic = - iL

Fig.1.19


51

Paraobtenermximaexcursinsimtrica,elpuntodeoperacindebebisectar lalneadecargaAC,detalmodoque:iCmax =2ICQ (1.49)Sustituyendoen(1.48):

2ICQ=ICQ+VCEQ/RLPortanto:ICQ=VCEQ/RL (1.50)Enconsecuenciaelpuntodeoperacin(puntoQ)seencontrarenlarecta:icRL=vce (1.51)Esta recta pasa a travs del origen (pendiente positiva) y su interseccin con lalneaDCdeterminaelpuntoQparamximaexcursin simtrica (enel caso realestarectanodebeiniciarseenelorigen,sinoenelpunto:Ic=0,Vce=Vce,sat).Enel caso de los FETs deber considerarse un voltaje mnimo drenadorfuente(VDSmn)paraevitar ingresara la regin triodo (queesequivalentea la zonadesaturacindelBJT).SepuededemostrarquelalneaicRL=vcebisectalalneaAC;enotraspalabras,querepresenta el lugar geomtrico de los puntos medios a las rectas AC (rectamediana).EnlaexpresindelalneaDC(1.44)ycon:IC=ICQ yVCE=VCEQ (puesnohayseal)Queda: VCC=VCEQ+ICQRe (1.52)yde(1.50): VCC=VCEQ+VCEQRe/RL VCC=VCEQ(1+Re/RL)Portanto VCEQ=VCC/(1+Re/RL) (1.53)Porlogeneral,Reseeligepequeaparaminimizarlasprdidasdepotencia.Luego,si:RL>>Re VCEQ=VCC (1.54)Ysisecumpleloanterior,laexpresin(1.50)seria ICQ=VCC/RL (1.55)


52

Elprocedimientoaseguirparalaconstruccingrficaes:1. GraficarlalneaDC(de1.44)2. GraficarlalneaicRL=vce(rectamediana)atravsdelorigen3. LainterseccinindicaelpuntoQ4. LalneaACsedibujaatravsdelpuntoQyconpendientes1/RLObservacionesImportantes:Esdegran importancia tenerencuentaquehay,enlas expresiones anteriores, frmulas generales y otras obtenidas para casosparticulares,siguiendociertascondicionesprevias.Estoesdeconsiderarenlosdostipos de problemas, anlisis y diseo, en los que se calcular generalmente laspotencias,puntosdeoperacin,etc,queseentregaroenqueestafuncionandoelcircuito, limitadopor losvaloresde loscomponentesya fijados (anlisis),oenelcaso del diseo en que si habrmayor libertad y puesto que no haymayoreslimitaciones (sino lashubiera),nospermitirasumir lascondicionespreviasparallegar a las frmulas particulares y ptimas. Esto se comprender mejor conejemplosilustrativosyconlaresolucindelosproblemaspropuestosenlaseccinrespectiva.Por otro lado, an no se consideran los lmites del transistor y de la regin decaracterstica lineal, esto con objeto de facilitar la comprensin delmtodo deanlisisempleadoycuyaspautasnosservirnposteriormente.1.2.24.CALCULODEPOTENCIAS:Elclculodepotenciasesmuyimportantepuesademsdeproporcionarnosinformacinsobrelapotenciaquesepuedeentregarala carga, nos permite apreciar si cumplimos con la capacidad de potencia quepuede disipar el transistor, si la fuente de alimentacin puede proporcionar lapotencia requerida, si los resistores empleados pueden soportar las potencias aque sern sometidos, asimismo, para poder disear o elegir los disipadoresadecuados,etc.Engeneral, lapotencia instantneaentregadaodisipadaporcualquierdispositivolinealonolinealestdadpor:p=V(t)I(t) (1.56)donde: V(t)eselvoltajetotalatravsdeldispositivo V(t)=Vpromedio+v(t) I(t)eslacorrientetotalquefluyeporeldispositivo I(t)=Ipromedio+i(t) i(t)yv(t)soncomponentesvariablesconeltiempo


53

Enlaprctica,loquetienemayorimportanciaeselvalorpromediodelapotenciainstantneayaqueestevalornos indicar,porejemplo, lacantidaddecalorporsegundoque sedisiparenuna resistenciao lapotenciamecnicaquehayquesuministraraungeneradorquealimenteaunadeterminadacarga.Estapotenciapromediosedenominaporestasrazones,lapotenciarealoactivaysuexpresines: Tp=(1/T)V(t)I(t)dt (1.57) 0Teselperiododecualquierparteperidicavariableconeltiempo,deV(t)oI(t)Luego: Tp=(1/T)(Vpr+v(t))(Ipr+i(t))dt (1.58) 0T T T Tp=(1/T)VprIprdt+(1/T)Vpri(t)dt+(1/T)v(t)Iprdt+(1/T)v(t)i(t)dt0 0 0 0Sii(t)yv(t)tienevalorpromedioigualacero(casodelasondassinusoidales): T T

(1/T)v(t)dt=(1/T)i(t)dt=0 0 0 T TEntonces:p=(1/T)VprIprdt+(1/T)v(t)i(t)dt (1.59) 0 0Estaecuacinexpresaquelapotenciamedia(opromedio)suministradaodisipadaporundispositivo,consistedelasumadelapotenciaentrminosDCylapotenciaentrminosAC.Luego,apartirdeloanterior:1.2.25.POTENCIAENTREGADAALACARGA:Enlosclculosposterioresseasumeque las impedancias de carga son puramente resistivos y por tanto el factor depotencia es la unidad. Para el circuito en estudio (figura 1) despreciando lapotenciadisipadaen la resistenciadeemisor, las corrientesyvoltajesde intersson:

iC=ICQ+ic iL=icifuente=iR2+iCHOKE (1.60)ifuente=iR2+(ic+iL)


54

considerando despreciable iR2 y como el choke tiene una inductancia muygrande, no fluye corriente AC a travs de l y como la corriente iL es slo AC(debido a Ca2), luego se puede representar dicho choke por una fuente decorrienteconstanteydevalorICQ ifuente=ICQ (1.61)adems:vL=iLRL=icRLSiconsideramosquelacorrientedesealessinusoidal: iL=Iimsenwt ic=IcmsenwtDe(1.60)y(1.61)sededucequeelmayorvalorpicoquepuedetenerlacorrienteACdecolector,esICQPorlotanto icmax=ICQsenwtLocualimplicaqueIcmmax


55

combinandocon(12): PLmax=V

2CC/2RL (1.65)

Observacin:Tenerpresentelasconsideracionesseguidasparaobtener(1.65),unade lascualeseratenerRepequea.RespectoacunpequeadebeserRe,de lasexpresiones iniciales del thevenin equivalente se observa que al disminuir Re,debemos disminuir Rb la cual resultara en un decremento de la ganancia decorriente(comosedemuestraconelestudiodelosparmetroshbridos).Estoseraun lmiteprcticoen laeleccindelvalordeReparaunvalordadodeestabilidadfrenteavariacionesdeytemperatura.1.2.26.POTENCIAPROMEDIOENTREGADAPORLAFUENTEDC T

Pfuente=PCC=(1/T)VCCifuentedt 0 T

PCC=(1/T)VCCICQdt 0

PCC=VCCICQ (1.66)osinconsiderar(1.61)

TPCC=(1/T)VCCiC(t)dt

0ydespreciandoiR2: T

PCC=(1/T)VCC(ICQ+iC(t))dt0

Conicsinusoidal:PCC=VCCICQ

Lacualesconstantee independientede lapotenciadesealpara lascondicionessindistorsinasumidasbajoestascondicionesysi ICQsehaelegidopara lograr lamximaexcursin:PCC=V

2CC/RL (1.67)

RL>>ReICQ=VCC/RL

1.2.27.POTENCIAPROMEDIODISIPADAENCOLECTOR:Lapotencia instantneadisipadaenuntransistorbajocualquiercircunstanciaestdadapor:

pT=vCBiC+vBEiE


56

donde: vCBiC=pC,eslapotenciadisipadaenlaunidaddelcolectorvBEiE,eslapotenciadisipadaenlaunindeemisor

como:iE=iC+iB,entonces

pT=vCEiC+vBEiBSi el transistor no es excitado hasta la saturacin, la contribucin del segundotrmino,vBEiB,esdespreciableysetendr:

pT=vCEiC

Estaecuacinnosindicaquelapotenciadisipadaeneltransistoresprcticamentelapotenciadisipadaenlaunindecolector: pC=vCEiCLapotenciapromediodisipadaenelcolectores:

TPC=(1/T)VCEiC(t)dt

0Donde:vCE=VCEQ+vce ; iC=ICQ+icSivceoicsonsinusoidales: T

PC=VCEQICQ+(1/T)vceicdt 0Paramximaexcursinsimtrica:

Pc=VCEQICQI2CQ(RL+Re)/2

SiRL>>Re:

Pc=VCEQICQI2CQRL/2=PCCPL

Luego: Pcmin=V

2CC/2RL

Sinseal: Pcmax=VCCICQ=V

2CC/RL

1.2.28. EFICIENCIA: Es un factor que indica la relacin de potencia de sealentregadaalacargaalapotenciaentregadaporlafuente


57

De(1.65)y(1.66): =PLac/PCC=I

2cm(RL/2)/VCCICQ (1.68)encondicionesmximas[Icm=ICQyde1.67] mx==50% (1.69)Lacualeslamximaeficienciaquesepodraobtenerdeestetipodeamplificadoryqueeseldobledelqueseobtienesiseusaresistenciaencolector.Serecuerdaqueestosclculossehacenconsealsinusoidal,puesenelcasodeondacuadrada laeficienciamximaquesepuedealcanzaresel100%.1.2.29.Figurademrito:Eslarelacinentrelamximapotenciadedisipacindecolectordeltransistor,alamximapotenciadisipadaenlacarga.

F=PCmax/PLmax (1.70)EnlascondicionesmximasF=2 (1.71)Esta figura de mrito es la mxima que posee el amplificador con choke encolector.PROBLEMA1.4:Enelcircuitodelafigurasiguiente,calcule:a)ElpuntoQparamximaexcursinsimtrica.b)R1yR2c)PLmx Eltransistoresdesilicio,con: =50d)PCC CeyCa2tienenreactanciadespreciablee)PCmx Ltienereactanciamuyalta.f)Laeficienciag)Especifiqueeltransistor.

RL100Ig(t)

Q

Ca2

Re11

LrL = 14

R1

VCC

12V

R2 Ce

Fig.1.20


58

SOLUCION:a) Puntodeoperacinparamximaexcursinsimtrica: RectaDC:VCC=IC(rL+Re)+VCE=25IC+VCE Laresistenciadelabobinaactaencontinuaydebesertomadaencuenta RectaAC: vce=icRL=100ic Rectademximaexcursinsimtrica:vCE=+iCRL DebidoaquenonosespecificanelvalordeVCE,satasumimosqueescero Comoestarectacontienealpuntodeoperacin,debecumplirse:VCEQ=+ICQ

RL ReemplazandoenlarectaDC:VCC=25ICQ+ICQRL=125ICQ Dedonde:ICQ=12/125=96mA Luego: VCEQ=+ICQRL=9.6Vb) R1yR2: Parabuenaestabilidaddelpuntodeoperacinobtenemos: Empleamos:Rb=(1+)Re/10=56.1 Luego:VBB=IBRb+VBE+IEQRe=96mA(56.1/50)+0.7+96mA(11)=1.86V De1.36: R1=Rb(VCC/VBB))=360 De1.37: R2=Rb/[1(VCC/VBB)]=66 c) ClculodePLmx: De1.64: PLmax=I

2CQRL/2=460.8mW

d) ClculodePCC: De1.66: PCC=VCCICQ=12*0.096=1.152We) ClculodePCmx: EnclaseAsetiene:PCmx=VCEQICQ=9.6*0.096=921.6mWf) Clculodelaeficiencia: De1.68 =I2CQ(RL/2)/VCCICQ=460/1152=39.9%g) Especificacindeltransistor: Lamximatensincolectoremisorquesoportares:2VCEQ Entoncesdebecumplirse:BVCEO>19.2V Lamximacorrientedecolectorqueconducires: 2ICQ Entoncesdebecumplirse:iCmx>192mA


59

Lamximapotenciaquevaadisipares:921.6mW Entonces debe elegirse un transistor que disipe ms de 921.6 mW a la

temperaturadetrabajo.PROBLEMA 1.5: En el siguiente circuito, el transistor tiene las siguientesespecificaciones: iCmx=300mA,BVCEO=40V,PCmx=1W,VCE,sat=0.5V,=50,silicio.Calcule:a) ElpuntoQparamximaexcursinsimtrica.b) Re,VCC,R1yR2c) PLmx d) PCC CeyCa2tienenreactanciadespreciablee) PCmxyPCmn Ltienereactanciamuyalta.f) LaeficienciaSOLUCION:a) Puntodeoperacinparamximaexcursinsimtrica: RectaDC:VCC=IC(Re)+VCE RectaAC: vce=icRL=100ic Rectademximaexcursinsimtrica:vCE=+iCRL+VCE,sat=100ic+0.5 Comoestarectacontienealpuntodeoperacin,debecumplirse:VCEQ=100

ICQ+0.5 ReemplazandoenlarectaDC:VCC=ReICQ+100ICQ+0.5 Paraelmximoaprovechamientodeltransistordebecumplirse: PCmx=VCEQICQ Conlasdosecuacionesanteriorespodemosobtenerunaecuacindesegundo

gradoparahallarICQ: ICQ=(VCE,sat/2RL)+[(PCmx/RL)+(VCE,sat/2RL)2](0.5) Reemplazandovaloresyefectuando: ICQ=97.5mA ReemplazandoenlarectadeM.E.S.obtenemos:VCEQ=10.25V


60

R2

RL100

Ig(t)

R1

Re

L

1

2

Ca2

Ce

Q

VCC

Fig.1.21

b) ObtencindeRe,VCC,R1yR2 ParaquelasprdidasenRenoseanmuyaltas,elegimos:Re


61

PROBLEMA1.6:Enelsiguientecircuito,sedeseaobtener4Wenlacarga.VCE,sat=1V,=50,silicio,VCC=12V.a) DetermineelpuntoQparamximaexcursinsimtrica.b) PCC CeyCa2tienenreactanciadespreciablec) Laeficiencia Ltienereactanciamuyalta.d) Indiquelasespecificacionesdeltransistor SOLUCION:a) DeterminacindelpuntoQparamximaexcursinsimtrica: PLmax=(VCEQVCE,sat)

2/2RL=I2CQRL/2 Despejando:VCEQ=[2RLPLmax]

1/2+VCE,sat=8.94+1=10V

ICQ=[2PLmax/RL]1/2=1A

b) ClculodePCC: PCC=VCC*ICQ=12*1=12W

R2

RL10

Ig(t)

R1

Re

L

1

2

Ca2

Ce

Q

VCC 12V

Fig.1.22

c) Clculodelaeficiencia: . De1.68 =PLmax/PCC=4W/12W=33.3%d) Especificacindeltransistor: Lamximatensincolectoremisorquesoportares:2VCEQ Entoncesdebecumplirse:BVCEO>20V


62

b) ClculodePCC: PCC=VCC*ICQ=12*1=12W Lamximacorrientedecolectorqueconducires: 2ICQ Entoncesdebecumplirse:iCmx>2A Lamximapotenciaquevaadisipares:4W1.2.3.AMPLIFICADORDEPOTENCIAENEMISORCOMUNCLASEACONACOPLOPORTRANSFORMADORElfuncionamientodeestoscircuitosessimilaraldechokeencolector.Enestecasoel primario del transformador hace el papel de la bobina de choke, pero seaprovecha lapropiedadde transformacinde impedanciasdeestosdispositivos.Sinembargo,tambintienensuslimitacionesy,porello,haremosunbreverepasodelosprincipiosfsicosinvolucradosensufuncionamiento.1.2.31. TRANSFORMADORES: Se denomina as a un conjunto de bobinasenrolladasenunmismoncleoyquetienenacoplomagntico.1.2.311.CAMPOMAGNTICOLacreacindelasondaselectromagnticasporlacorrienteelctricaesunadelasmltiplesmanifestaciones de la estrecha relacin que hay entre los fenmenoselctricos y magnticos. Todo desplazamiento de electrones engendra en laproximidadunestadoparticulardelespacioquesedenominaCAMPOMAGNTICO.Laagujaimantadadeunabrjula,orientndoseperpendicularmentealconductor,denota la presencia de un campomagntico creado alrededor de un conductorrecorridoporunacorriente.Sise invierteelsentidode lacorriente, laagujagiramediavuelta, loquedemuestraqueelcampomagnticotieneunapolaridadqueest determinada por el sentido de la corriente. El campo magntico de unconductorsepuedehacerms intensoarrollandoesteconductor (hilometlico)en formadebobina.Loscamposmagnticosde lasespirassesumany labobinarecorridapor lacorrienteactaamododeunverdadero imnrecto.Laaccindeesteimnserefuerzaintroduciendounabarradehierroenelinteriordelabobina.El hierro presenta a las fuerzasmagnticasmayor PERMEABILIDAD que el aire.Entonces el campo magntico se concentra en el NCLEO MAGNTICO asconstituido,yobtenemosunELECTROIMN.Sielncleoesdehierrodulce,pierdesu imantacin cuando se interrumpe la corriente (no conserva ms que unapequeapartededichaimantacin).Siesdeacero,permaneceimantado.Poresteprocedimientosefabricanactualmentelosimanesartificiales.1.2.312:INDUCCIONAscomo lasvariacionesde lacorrienteelctricaproducenvariacionesdelcampomagntico que ha creado, inversamente, las variaciones del campo magntico


63

engendran corrientes variables en los conductores. As es como aproximando oalejandoentre sun imnyunabobinahacemosaparecerenstauna corrienteperoslomientrassemuevaelimn,esdecirdurantelavariacindelcampo.Hayque sealar que es la variacin y no la simple presencia de un campo lo queengendralascorrientesenelconductor.Enlugardeunimn,sepuedeaproximarunelectroimn formadoporunabobina recorridaporuna corriente continua;elresultado ser elmismo. Tambin se puede fijar esta bobina en la vecindad oproximidaddelaotrayhacerquesearecorridaporunacorrientevariable;as,unacorrientealternaquerecorra laprimerabobinaoriginarunacorrientealternaenla segunda.Estamosenpresenciade los fenmenosde INDUCCIN. Sinque seanecesario establecer un contactomaterial, hay un ACOPLAMIENTOMAGNTICOentrelasdosbobinasenelconjunto,constituyendoasuntransformadorelctrico.1.2.313:LEYDELENZSeobservaquelacorrienteinducidaseoponeencadainstantealasvariacionesdela corriente inductora. Cuando esta aumenta, la corriente inducida circula en elsentidoopuesto.Ycuando lacorriente inductoradisminuye, lacorriente inducidacirculaenelmismosentido.Los fenmenosde induccinobedecensegnestoaunaleymuygeneraldelanaturaleza:ladelaaccinydelareaccin.Lacorrienteinducidadependede lavelocidaddevariacinde lacorriente inductoraascomodesuintensidad.

Fig.1.23

1.2.314:AUTOINDUCCIONSi la corriente que circula por una bobina, induce corrientes en otras bobinascolocadasensuproximidad,conmsrazn las induceen laspropiasespirasde labobina por la que circula. Este fenmeno deAutoinduccin est sometido a lasmismasleyesquelasquerigenlainduccin.Porconsiguiente,cuandolaintensidaddelacorrientequecirculaporlabobinatiendeaaumentar,seoriginaunacorrientede autoinduccin en sentido opuesto, que retarda el aumento de la corrienteinductora. Por esta razn, si se aplica una tensin continua a una bobina, lacorriente que en ella se establece no puede alcanzar instantneamente suintensidad normal; para esto necesita un cierto tiempo, tantoms largo cuanto


64

ms elevada es la autoinduccin de la bobina. Del mismo modo, cuandoaumentamos progresivamente la tensin en los extremos de la bobina, laintensidaddelacorrienteseguiresteaumentoconunciertoretardo,actuandolacorrientedeautoinduccinensentidoopuesto.Porelcontrario,sidisminuimoslatensinaplicadaalabobina,tambinseproducirladisminucindeintensidadconuncierto retardo,circulandoentonces lacorrientedeautoinduccinenelmismosentido que la corriente inductora y prolongndola en ciertomodo. En el casoextremo, cuando se suprime bruscamente la tensin aplicada a una bobina (abriendo, por ejemplo, un interruptor), la variacinmuy rpida de la corrienteinductoraprovocaunatensin inducidaquepuedeserdevalorelevadoyoriginarunachispaquesalteentreloscontactosdelinterruptor1.2.315:INDUCTANCIACuandoseaplicauna tensinalternaaunabobinadeautoinduccin, lacorrientealternaquecreaproduceuncampomagnticoalternoque,asuvez,mantieneunacorrientedeautoinduccinque seoponeconstantementea lasvariacionesde lacorriente inductora y, en consecuencia, impide que sta alcance la intensidadmxima que hubiera podido tener en ausencia de autoinduccin.No olvidemosque, cuando la corriente inductora aumenta, la corriente inducida va en sentidoinversoy,porconsiguiente,deberserrestada.Esteefectoseentiendecomosilaresistencianormal (sedicehmica)delconductorsesumaseaotra resistenciadebida a la autoinduccin. Esta resistencia de autoinduccin o INDUCTANCIA estantomselevadacuantomayores la frecuenciade lacorriente (puestoque lasvariaciones ms rpidas de la corriente inductora suscitan corrientes deautoinduccinmsintensasypuestoquelapropiaautoinduccinesmselevada).La autoinduccin de una bobina depende nicamente de sus propiedadesgeomtricas, nmero y dimetro de espiras y su disposicin. Aumenta con elnmero de espiras. La introduccin en ella de un ncleo de hierro intensifica elcampo magntico y eleva la autoinduccin en proporciones considerables. LaautoinduccindeunabobinaseexpresaenHENRIOS(H)oensubmltiplosdeestaunidad,elMILIHENRIO(mH)queeslamilsimadelhenrioyelMICROHENRIO(H),millonsimadelhenrio.En la figura1.24semuestra larelacinentre lacorriente inductoray lacorrienteinducida:Arriba, lacorrientealterna inductora.Abajo, lacorriente inducidapor lacorrienteinductora.

1. Lacorrienteinductoraaumentamuyrpidamente.Lacorrienteinducidaesde

sentidocontrario.


65

2. La corriente inductora no vara durante un corto intervalo. La corrienteinducidaesnula.

3. Lacorrienteinductoradisminuye.Lacorrienteinducidatieneelmismosentido.4. La corriente inductora no vara durante un corto intervalo. La corriente

inducidaesnula

Fig.1.24

1.2.316:ECUACIONESDELTRANSFORMADOREn el siguiente grficomostramos un transformador con dos arrollamientos. SiutilizamoslatransformadadeLaplaceobtenemoslasecuacionesquedescribensufuncionamiento.Enellasestamosdespreciandolasresistenciasdelosdevanados.

Fig.1.25

V1=sLpI1+sMI2 (1.72) V2=sMI1+sLsI2 (1.73)

Enconsecuencia,todocircuitoquetengalasmismasecuacionesdeltransformadorpodrserreemplazadoporl,sinquevarenlastensionesnicorrientesEn forma anloga,utilizando transformadores idealespodemosobtener circuitosque cumplan con las ecuaciones mostradas y todos ellos sern modelos deltransformador


66

Unodesusmodelosmsusadoseselsiguiente:

Ldpn:1

IDEAL

rp rs

Lm

rp = resistencia del primariors = resistencia del secundarioLdp = Inductancia de dispersin del primarioLm = Inductancia de magnetizacinn = relacin de transformacin

Fig.1.26

1.2.317:TRANSFORMADORIDEAL:Elconceptodeltransformadoridealesunasimplificacinquepermiterepresentartransformadores reales y puede ser utilizado como modelo inicial de untransformador.Si comparamos con el esquema de la figura 1.22, en el transformador ideal setiene:

rp=0,rs=0,Ldp=0,Lds=0yLm=Adicionalmente, el transformador ideal puede trabajar a cualquier frecuencia ymanejarcualquierpotencia.Todalapotenciaquerecibeenelprimariolatransfierealsecundario(tieneeficienciadel100%)Si: VpeIpsonlatensinycorrienteaplicadasalprimario,y VseIssonlatensinycorrienteenelsecundarioSecumplir:

Vp*Ip=Vs*Is (1.73)Sedefinelarelacindetransformacincomo:

n=Vp/Vs (1.74)Reemplazando1.74en1.75obtenemos:

n=Is/Ip (1.75)


67

Si dividimos Vp entre Ip obtendremos la impedancia (Zp) que se ve desde elprimario:

Zp=Vp/Ip=Vs*Is/Ip2=n2Vs/Is

DondeVs/Isrepresentalacargacolocadaenelsecundario:Osea: RL=Vs/IsPorello,llegamosalasiguienteexpresin:

Zp=n2RL (1.76)Que es una expresin muy utilizada incluso en los transformadores reales yrepresenta la resistencia (o impedancia) reflejada al primario. En forma anlogatambinsepuedeobtenerlaresistencia(oimpedancia)reflejadaalsecundario.Apesarqueestas relaciones sededucenparael transformador ideal tambin secumplenconbastanteaproximacineneltransformadorrealA continuacin veremos su aplicacin en el amplificador claseA con acoplo portransformador(figura1.23):

Ce

VCC

Vg

T

n:1

Q

Re

R1

R2

Ca1

RL

Fig.1.27

Elmtododeanlisisessimilaraldechokeencolector,considerndoseelefectode conversin de impedancia que lleva a cabo el transformador y tambin sueficiencia(eltransformadorrealpresentaprdidasenlosconductoresqueforman


68

susbobinasyensuncleo,porloquesueficiencianoesdel100%).Paraunclculoinicial,sepuedeusarelconceptodetransformadoridealyluegohacerlosajustesempleandolascaractersticasreales1.2.32. POTENCIA ENTREGADA A LA CARGA: En este caso, la resistencia parasealqueofreceelprimarioesdadaporlaecuacin1.76: Zp=n2RLEmpleandolaecuacin1.63:

PL=(I2Cmn2RL)/2 (1.77)Luego: PLmx=(I2CQn2RL)/2 (1.78)1.2.33.POTENCIAPROMEDIOENTREGADAPORLAFUENTEDCEmpleandolaecuacin1.66:

PCC=VCCICQ1.2.34.POTENCIAPROMEDIODISIPADAENCOLECTOR:Empleando laecuacin1.21:

PCmx=VCEQICQ1.2.35.EFICIENCIA:Aplicandolaecuacin1.68: =I2CQ(n2RL/2)/VCEQICQ (1.79)encondicionesideales[VCEQ=VCCyde1.67]

mx==50%1.2.36.FIGURADEMRITO:Aplicandolaecuacin1.70:

F=PCmax/PLmaxEnlascondicionesmximasF=2Estafigurademritoes lamximaparaestecircuitoyes lamximaqueposeeelamplificadorconacoploportransformador.PROBLEMA1.7:Enelsiguientecircuitosetieneuntransistordesiliciocon=100yademsPLmx=1W.Halle:a) ElpuntoQ.b) R1c) PCCtotald) PCmxyPCmne) total


69

Eltransformadoresideal.Lascapacidadestienenreactanciasdespreciables.SOLUCION:a) ClculodelpuntoQ: Laresistenciareflejadaalprimarioes:Rp=n2RL=64 Como ya est definida la potencia de salida, usamos la ecuacin 1.78 para

calcularICQ: PLmx=(I2CQn2RL)/2 Yobtenemos: ICQ=177mA RectaDC: 12=VCE+2IE Como:>>1entonces:IE=ICyobtenemos: 12=VCE+2IC

C1

12V

Re2

Ce

T

2:1

1 5

4 8R1

R222

Vg

RL16

Q

Fig.1.28

LarectaDCcontienealpuntodeoperacinypodemosobtener: VCEQ=11.64V

b) ClculodeR1:

Latensinen labasedeltransistorrespectoatierraes:VB=VBE+ IE (Re)=1.054VLacorrientequecirculaporR2es: IR2=1.054/22=47.9mAConestosdatospodemoscalcularR1:R1=(121.054)/(0.0479+0.177/100)=(10.946)(0.04967)=220.37


70

c) ClculodePCCtotal: PCCtotal=VCC(ICQ+IR1+IB)=12(0.177+0.0479+0.177/100)=2.72Wd) ClculodePCmxyPcmn:

El transistor en clase A disipamxima potencia cuando no tiene seal deentrada:PCmx=VCEQ*ICQ=(11.64)(0.177)=2.06WEltransistorenclaseAdisipamnimapotenciacuandotienemximasealdeentrada:PCmn=VCEQ*ICQPLmx=2.061=1.06W

e) Clculodetotal

total=PLmx/PCC=1/2.72=36.8%PROBLEMA1.8:Enelsiguientecircuito,halle:a) ElpuntoQb) PLmx Eltransistoresdesiliciocon=100c) PCCd) totalLascapacidadestienenreactanciadespreciable.SOLUCION:a) ClculodelpuntoQ: RectaDC: 12=VCE+4IE Como:>>1entonces:IE=ICyobtenemos: 12=VCE+4IC RectaAC: La resistencia reflejadaalprimarioporel transformadores:Rp=

n2RL=16 Luego: vce=18ic Re1noescortocircuitadaporCeyporellotambinintervieneenlarectaAC. ComoR1 yR2 estn definidas, el punto deoperacin lo determinan ellas y

debemoscalcularlo:


71

C1

C12V

Re22

RL4

Ce

T

2:1

1 5

4 8R1470

R256

Vg

Re12

Q

Fig.1.29

Laresistenciadethevenines: Rb=470//56=50Latensindethevenines: Vbb=(12*56)/(470+56)=1.28VParahallarICQplanteamoslaecuacinenlamallabaseemisor:Vbb=IBRb+VBE+IE(Re1+Re2)=(50/101)IE+0.7+4IEResolviendoparaIEobtenemos: IE=IC=0.13AReemplazandoenlarectaDCobtenemosVCEQ:VCEQ=11.48V

b) ClculodePLmx De1.78:PLmx=(I2CQn2RL)/2 Conviene usar la expresin en funcin de la corriente porque tambin hay

cada de seal en Re1. Si empleramos la ecuacin en funcin del voltaje,tendramosqueaplicarlaecuacindeldivisordevoltajeparahallarlatensinde sealque caeenelprimario,quees loquenos interesapara calcular lapotenciaquellegaalacarga.

Efectuando: PLmx=135.2mWc) ClculodePCC: Sabemosque: PCC=VCCICQ Estaexpresinseusacuandosepuededespreciarlacorrientequecirculapor

R1. Cuando nos piden hallar la eficiencia total, significa que no debemosdespreciar IR1Porestarazn lacalcularemosparahallarunvalormsexactodePCC

Entonces:PCC=VCC(ICQ+IR1)


72

Latensinen labasedeltransistorrespectoatierraes:VB=VBE+ IE(Re1+Re2)=1.22V

Luego: IR1=(121.22)/470=23mA Ahorapodemoscalcular:PCC=12(0.13+0.023)=1.836mWd) Clculodetotal total=PLmx/PCC=135.2/1836=7.36% Observamosquealnotenerseelpuntodeoperacinparamximaexcursin

simtrica,ademsdeRe1eIR1,hacenquelaeficienciasemuybaja.PROBLEMA1.9:DiseeunamplificadorclaseAacopladopor transformadorparaobtenerunapotenciade0.5Wenunacargade3.La impedanciadesalidadeltransistoresde70.Asumaquelaresistenciadeldevanadoprimarioes12ydelsecundarioes0.6.AdemsVCC=12V./SeempleareltransistorAD161cuyosdatostcnicosson:Tjmx=100C,PCmx=4W,VCE,sat=1V,BVCEO=20V, iCmx=1A,80320,germanio.SOLUCION:Emplearemoselsiguienteesquemacircuital:

C1

12V

ReCe

T

n:1

1 5

4 8R1

R2Vg

RL3

Q

Fig.1.30


73

El primer paso es determinar el punto de operacin necesario para lograr lapotencia requeridaen la carga, teniendoen cuentaquenodebenexcederse losvaloresdetensin,corrienteypotenciaespecificadosparaeltransistor.Comoeltransistorsoportaunatensinmximade20V,elpuntodeoperacinnodebesermayorque10voltios,debidoaqueenestoscircuitoseltransistormanejaunatensinmximaigual2VCEQ.Adems,porseguridadyporquelatensindesaturacinesde1V,esconvenientequeelpuntodeoperacinseamenorque10Vparanotrabajarenellmite.Debidoaquenoestdefinida la relacinde transformacin,podemoscalcularlaparalograrlapotenciarequeridaenlacarga.RectaDC: 12=VCE+(12)IC+IEReComo: >> 1 entonces: IE = IC .Adems, como tiene un rango, haremos losclculosconsuvalorpromedio:=(80+320)/2=200Acontinuacinobtenemos: 12=VCE+(12+Re)ICPorlasconsideracionesanterioresemplearemos. VCEQ=8VDeterminaremosICQenfuncindelapotenciarequeridaenlacarga:Laresistenciareflejadaalprimarioes:Rp=n2(RL+rs)Vemosquelaresistenciadeldevanadosecundariotambinser

Documents

Electronica Analogica 2