Cabudare, Julio 2016

Judith Montilla C.I.: 18.263.657

Edgflormar Peña C.I.: 19.639.634

Fiorella Troiano C.I.: 24.616.234

Prof: Esperanza Gonzáles Asignatura: Electrónica Sección: Saia A

Amplificadores de Potencia

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INTRODUCCIÓN

Cuando una señal de entrada a un circuito presenta un voltaje de amplitud suficiente, las etapas conectadas a continuación

han de entregar ganancia de corriente para, de esta forma, poder excitar convenientemente a la carga. Estas etapas se

llaman comúnmente Amplificadores De Potencia o Etapas De Potencia y se dividen básicamente en cuatro grupos o

clases: A, B, AB y C, dependiendo de la forma de la señal de salida, a partir de una entrada senoidal.

En el presente informe se describen los fundamentos básicos de los amplificadores de potencia para comprender su

estructura interna, examinando los diferentes tipos y sus características de transferencia, así como su eficiencia en potencia.

AMPLIFICADORES DE POTENCIA

Un amplificador de potencia o etapas de potencia, es aquel cuya etapa de salida se ha diseñado para que sea capaz de

generar unos rangos de tensión e intensidad más amplios de forma que tenga capacidad de transferir a la carga la potencia

que se requiere.

Los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales con acoplamiento DC de muy alta ganancia.

Un amplificador de potencia consiste en una etapa de baja potencia basada en un amplificador operacional, a la que se

dota de una etapa (interna o externa) de potencia, con ganancia reducida, (habitualmente 1) pero con capacidad de

suministrar las intensidades que se necesitan. Para seguir manteniendo los beneficios de la realimentación, la etapa de

potencia debe estar incluida dentro del bucle de realimentación.

El amplificador operacional proporciona la alta ganancia que se necesita en el bucle de realimentación para reducir la no

linealidad y distorsión que introduce la etapa de potencia. Sin embargo, en estas configuraciones, la posible ganancia extra

de la etapa de potencia, y las cargas reactivas, introducen nuevos problemas de estabilidad. La siguiente figura representa

la estructura de un amplificador de potencia:

Clasificación:

Las etapas de potencias se clasifican en función del punto de trabajo en que se polarizan los dispositivos de potencia, y en

la fracción del ciclo de señal durante las que conducen, como consecuencia de ello.

1. Clase A:

Un amplificador clase A es aquel que presenta a su salida una señal copia de la entrada, pero

amplificada y sin distorsión. El elemento activo se polariza en el centro de la recta de carga

dinámica, para obtener una excursión simétrica de la señal de salida. Esto provoca que el

amplificador y, por tanto, el elemento activo disipe potencia aún en ausencia de señal de

entrada, y que el rendimiento sea muy pobre. La corriente de salida circula durante todo el ciclo de la señal de entrada

(360°).

Son amplificadores fundamentalmente lineales y debido a su bajo rendimiento en audio, sólo se utilizan para Potencias

muy pequeñas. Las alinealidades de los circuitos, originan distorsión por 2º armónica y cuando son del orden del 1%, ya

se percibe. Un circuito típico es un C-C o un D`arlington. Un ejemplo de amplificador de potencia clase A puede ser el de

la siguiente figura:

Amplificadores de Potencia

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Graficando:

El punto Q está en el centro y no se producirá ninguna distorsión en la salida

En este tipo de amplificadores el rendimiento máximo en % no llega a superar el 25%, y típicamente es del 15%.

2. Clase B:

El dispositivo se polariza en el extremo de la zona de respuesta lineal, y en consecuencia

sólo tiene capacidad de responder a señales con una determinada polaridad. En estas etapas

no se produce disipación de potencia cuando la señal es nula, pero requiere la utilización de

etapas complementarias para poder generar una respuesta bipolar. Además, al estar

polarizados en el corte introducen un tipo de distorsión asociada con el circuito de entrada llamada distorsión de cruce.

Se utiliza cuando las potencias de salida son del orden del watt. El punto de trabajo (Q) está situado, en el corte, por lo

tanto, un transistor conducirá solamente 180° (medio ciclo) caso por el cual, para amplificar los 360°, se necesitan dos

transistores. De esta manera, evitamos el problema del alto consumo de reposo que presentaba la clase A, y sólo se

consumirá corriente cuando haya que entregar potencia en la carga.

Poseen un rendimiento máximo de 78.5%, pero en la práctica, las caídas de tensión base emisor hacen que la eficiencia

de estas etapas sea inferior a este máximo de 78.5%.

En la figura, podemos observar una configuración típica de clase B:

Amplificadores de Potencia

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Funcionamiento en clase B respecto al de clase A:

Ventajas:

Mayor potencia de salida, debido a que la amplitud de las señales de salida que se puede obtener sin recorte es

casi el doble.

Pérdida de potencia en reposo despreciable, ya que el punto de trabajo está situado justo en la zona de corte.

Rendimiento mayor como consecuencia de los puntos anteriores: un 78.5% teórico de la clase B frente al 25% de

la clase A.

Inconvenientes:

En la configuración en contrafase es necesario emplear dos transistores idénticos para no introducir deformación

entre los semiciclos de la señal de salida.

Distorsión de cruce, producida porque los transistores no empiezan a conducir hasta que la VBE no alcanza unos

0.7V.

3. Clase AB:

Este tipo de amplificadores trata de corregir la distorsión de cruce recurriendo al montaje en

contrafase mediante diodos, situando el punto de polarización en el umbral de conducción, y

produciéndose, por tanto, un empeoramiento del rendimiento respecto a la clase B, ya que se

consume la potencia necesaria para dicha polarización en reposo. En este caso, si se aplica a la

entrada una señal senoidal, la señal de salida será cero en un intervalo de tiempo inferior a medio periodo.

Se polarizan los transistores como para que, aunque no haya señal en la entrada, haya una pequeña caída de tensión

(Vbe), para vencer la inercia del tiempo que tardan los transistores en llegar al valor de tensión de polarización (0,7 V)

para compensar la distorsión por cruce. El Rendimiento es del 60% o 70%. Ejemplo de clase AB:

Funcionamiento en clase AB respecto al de clase B

Ventaja:

Elimina la distorsión de cruce

Inconvenientes:

Mayor consumo de potencia debido a que circula corriente en reposo.

Menor rendimiento.

4. Clase C:

Se polarizan por debajo del corte y la carga se acopla mediante un circuito LC paralelo,

sintonizado a la frecuencia de la señal de entrada, de forma que se encuentra en estado de

corte la mayor parte del periodo de dicha señal y amplifica sólo durante cortos intervalos. Se

puede utilizar para amplificar señales de banda muy estrecha.

Amplificadores de Potencia

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La corriente de salida circula durante menos de medio ciclo. En la siguiente gráfica se puede ver la situación del punto de

trabajo sobre la recta de carga dinámica para cada tipo de amplificador de potencia:

5. Clase D:

Estos amplificadores se basan en transistores trabajando siempre en conmutación, es decir, en corte o saturación. El

principio de funcionamiento se basa en una señal cuadrada de frecuencia fija (de unos 100kHz), con modulación por

anchura de impulsos. Esto quiere decir que, si la entrada tiene una gran amplitud, los impulsos estarán más tiempo a cero

que a uno. Lo que ocurre, es que la energía que necesita el altavoz, no llega con una señal de tensión variable, sino que lo

hace con otra de nivel fijo, pero con un ciclo de trabajo que no es del 100% del tiempo, sino que está entrecortada. Para

poder reconstruir la señal, será necesario un filtro pasa bajos, que elimine las altas frecuencias introducidas en la

modulación. En la figura puede observarse, la variación de la anchura de los pulsos, en función de la señal de audio:

CONCLUSIONES

En este informe pudimos explicar las principales características de los amplificadores de potencia y el uso de amplificadores

operacionales de potencia que son compensados mediante la respuesta en frecuencia de la capacitancia interna. Los

amplificadores son indispensables en cualquier sistema de comunicaciones.

Los requerimientos de los amplificadores de potencia son distintos los requerimientos de los amplificadores de baja señal

de potencia. En principio, los amplificadores deben cumplir con la condición de transmisión sin distorsión, por lo menos en

la banda de paso de interés y, por consecuencia, deben ser lineales en el sentido de que sólo pueden modificar la amplitud

de la señal sin cambiar su forma de onda. La función principal de cualquier amplificador es aumentar el nivel de voltaje,

corriente o potencia de una señal de entrada, convirtiendo la potencia suministrada por una fuente de alimentación en

potencia útil de señal a la salida.

La eficiencia de un Amplificador clase A es de 25% comparada con la de un amplificador clase B que es de 50%. Un

amplificador clase A ofrece una señal de salida igual a la de entrada, pero amplificada. En clase AB la salida está amplificada

algo más de la mitad de la señal de entrada; en clase B sólo un semiciclo y en clase C parte de un semiciclo de dicha señal.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

“Principios de Electrónica”. A. MALVINO, Ed McGraw-Hill, 4ª Ed.,1991.

“Circuitos Electrónicos: Discretos e Integrados”. D. SCHILLING, C. BELOVE, Ed. McGraw-Hill, 1993, 3ª Ed.

“Circuitos micro electrónicos: Análisis y diseño”. Muhammad H. Rashid. Quinta edición. Editorial Thompson.