Trabajo Practico N°8 - "Amplificadores de potencia clase B"

1) Para el siguiente amplificador en simetría complementaria, sabiendo que la fuente de alimentación VCC= 40V, VEE= 40V, y el resto de  los componentes RG=600 Ω, R1=10KΩ,R2=47K Ω, RL= 8 Ω,Q1=,Q2=MJD253,D1=D2=1N4001,C1=1 µF.

Para ver cuánto amplifica aplicamos a la entrada 2,5Vpk.

Vce=28,63 V

Ic=1,47 A

a) La potencia de salida teniendo en cuenta que V1=18Vp y F=1KHZ.

b) Máxima potencia disipada por los transistores.

d) Potencia suministrada por la fuente.

e) Rendimiento teórico y real.

2) El siguiente circuito representa un amplificador de potencia en simetría complementaria, y cual estudiaremos su comportamiento utilizando el programa Multisim.
Dibuje el circuito de la figura teniendo en cuenta que el interruptor J1 esté abierto, la señal de entrada deberá ser senoidal con Vi = 50mV y frecuencia 1000 Hz, el potenciómetro de entrada puesto a mínimo (a masa) y la tensión de la fuente de alimentación Vcc = 0V.

a) Cierre el interruptor y comience a aumentar la tensión de alimentación hasta 

que los amperímetros indiquen una IE de 220 mA. Verifique que la tensión de 

alimentación en este caso debería ser Vcc = 20 V.

b) Conecte un osciloscopio en RL y aumente el nivel de señal de entrada accionado la tecla de control sobre el pote de manera que a la salida haya máxima excursión de señal sin deformación. Atención si la señal de salida

muestra evidencia de una distorsión de cruce, aumente poco a poco la tensión de alimentación Vcc hasta que desaparezca la distorsión.

Variamos el potenciómetro hasta el 90% para obtener una señal de salida sin distorsión y lo mas simétrica posible.

Siendo Vi la señal de color amarillo en el canal B, y la señal de salida la de color rojo en el canal A.
Vi= 9,6 mV
Vo=347 mVp

c) Determine los valores del punto de funcionamiento estático en todos los transistores.

Q1:
Ic=6,3 mA
Vce=2,21V
Q2:
Ic=219mA
Vce=9,75V
Q3:
Ic=220mA
Vce=10,24V
d) Calcule la disipación térmica de los transistores.

En este caso los 3 transistores presentan las mismas características por eso pueden ser capaces de disipar 0,6W a 30ºC de temperatura ambiente.
e) Realice la medición del rendimiento de potencia de la etapa.

Pcc=4,69W
PL=8,18mW
n%=(PL/Pcc).100
n%=3,83%
f) Realice el análisis de la respuesta en frecuencia del sistema.

fci=349Hz
fcs=312,3 KHz
BW=311,9 KHz
g) Realice el análisis de la distorsión armónica.

THD= 3,43%

h) Partiendo de las mediciones y cálculos de los parámetros determinados en el circuito elabore una tabla de todas las características técnicas de la etapa.

3) El circuito que muestra en la figura es un amplificador de potencia de salida cuasi-complementaria.

Estudiaremos su comportamiento utilizando el programa Multisim y determinaremos el siguiente circuito:

Vo:

a) Descripción del circuito, explicando detalladamente cada etapa.

En éste circuito que analizamos es un amplificador con una salida cuasi-complementaria. Esta etapa se encontrara la configuración Darlington en la salida del amplificador. Como para empezar, en el circuito amplificador vemos que utiliza un LM741 pero en la configuración no-inversor mediante de éste modo se podrá obtener un mayor nivel de tensión a la entrada. Ahora, vamos con la explicación de cada transistor. En el transistor 1 y el transistor 2 están para la protección de los siguientes transistores que son los 5 y 6. Por otro lado, los transistores 3 y 5 funciona como una configuración Darlington para una mayor potencia, los transistores 4 y 6 se usan para formar la aplicación PNP de potencia  tal cual como los transistores 3 y 5. Por otra parte, la resistencia R18 conectado con el capacitor C5 se forma una red Zobel para el circuito conectado a la carga del circuito RL=4ohm.
b) Medición del rendimiento de potencia de la etapa.

c) Calculo de disipación térmica de los transistores y diseño de los disipadores.

Calculos:

d) Medición de la polarización y análisis grafico del punto de funcionamiento de los transistores.

Q1:

Q2:

Q3:

Q4:

Q5:

Q6:

e)Análisis de la respuesta en frecuencia del sistema.

g) Corriente máxima de cortocircuito.

h) En función de los parámetros analizados confeccione una tabla de las especificaciones técnicas de la etapa.

5) Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.

En éste trabajo práctico hemos aprendido a analizar y comparar todas las diferencias de las ventajas y desventajas de los circuitos amplificadores clase B con las de amplificadores de clase A. En fin, hemos aprendido en éste trabajo práctico todos los beneficios de la etapa cuasi-complementaria del circuito con el que hemos hecho en el ejercicio 3), midiendo sus parámetros y con eso hemos aprendido el significado del por qué se llamaba la etapa “cuasi-complementaria”.

Trabajo Pràctico Nº7 "Amplificadores de potencia en clase A"

Antes de empezar con este trabajo práctico daremos algunas definiciones:
Ta:  es la temperatura ambiente (donde se encuentra el dispositivo, puede ser mayor dentro de un gabinete).
Tj: es la temperatura de la unión o juntura.
Rjc: es la resistencia térmica que existe entre la unión y el encapsulado.
Rcd: es la resistencia térmica que existe entre el encapsulado y el disipador.
Rda: es la resistencia térmica que existe entre el disipador y el ambiente.


1) Determinar el disipador adecuado para que el transistor BD135 pueda disipar 5W sin sufrir desbocamiento térmico.

2) Calcular la máxima potencia que puede disipar el transistor TIP41, si utilizamos un disipador con una Rtda=50ºC/W.

3) Determinar el disipador adecuado para que el transistor TIP107 pueda disipar 10W sin sufrir desbocamiento térmico.

4) Calcular la máxima potencia que pueda disipar el transistor BD136, si utilizamos un disipador con una Rtda=30ºC/W.

5) Un amplificador de potencia tiene como transistor de salida un 2N3055. Calcular la resistencia térmica del disipador, sabiendo que dicho transistor tiene que disipar 25W y que por problemas de diseño no puede superar el mismo 80mm de longitud por necesidades de montaje.

6) Calcular la máxima potencia que puede disipar un transistor 2N1711 a una temperatura ambiente de 40ºC suponiendo que el montaje del mismo se realizó:
a) Sin disipador.

En este caso usamos el parámetro Rja (resistencia térmica  entre la juntura y el ambiente) que es el que el fabricante especifica para el calculo de la potencia sin disipador.


b) Con un disipador que tiene Rtda=1,5ºC/W.

7) Un amplificador clase A cuyo circuito se indica a continuación:

Utilizando el software aplicado se le determina las principales características, la impedancia de entrada y salida, la ganancia de tensión y de potencia, el ancho de banda, y la distorsión.
a) En primer término haremos la determinación de la impedancia de salida del amplificador.
Como primer paso variamos la frecuencia hasta determinar la frecuencia en la que se obtiene la máxima ganancia, luego de esto determinamos la tensión de entrada máxima en la que no se produce distorsión en la tensión de salida cuando no tiene resistencia de carga.
Vimax=1,9 Vp - 1KHz 

Medimos la tensión de salida al vació (llave abierta) para luego poder determinar la resistencia de salida (Ro).
Vo=3,54 Vef
Vo=4,99 Vp

Cerramos la llave conectando el potenciometro, variamos este hasta lograr que la tensión de salida sea la mitad a la medida al vació (llave abierta), es en este momento en que el valor del potenciometro es igual a la resistencia de salida de este amplificador.

Abrimos la llave para medir el valor del potenciometro el cual es el mismo que el valor de Ro.
Ro=1K5
b) Determinación de la impedancia de entrada del amplificador.
Conectamos un potenciometro en serie con el generador para medir la impedancia de entrada, a continuación observaremos el valor de la tensión de salida cuando la llave esta en la posición 1, es decir el potenciometro sin conectar.

Ahora ponemos la llave en la posición 2 conectando el potenciometro en serie con el generador, luego variamos el valor del potenciometro hasta obtener la mitad de la tensión de salida que obtuvimos cuando la llave estaba en la posición 1, es en ese momento cuando el valor del potenciometro es igual a la impedancia de entrada Ri.

Para terminar se pone la llave en la posición 1 otra vez para medir el potenciometro y determinar la Ri.

Ri=4,25 K
c) Medición de la ganancia del amplificador.

d) Medición de la potencia de salida del amplificador.
Variamos la tensión de entrada hasta lograr la máxima tensión de salida sin que esta recorte con una resistencia de carga igual a la resistencia de salida (Ro).
Vi=3Vp
Vo=2,77 Vef

Po=5,2mW
e) Ensayo de la respuesta en frecuencia (ancho de banda) del amplificador.

fci=24,6 Hz
fcs=48,2 KHz
BW=48,17 KHz
f) Determinación de la distorsión armónica.
Usando el analizador de Fourier del software determinamos la distorsión armónica.

Tabla de valores de cada componente armónica y la distorsión total armónica (THD:(

g) Partiendo de las mediciones y cálculos de los parámetros determinados en el circuito elabore una tabla de todas las características técnicas de la etapa.

8) Diseñar un amplificador clase A con un grupo Darlington.
a) Características del transistor utilizado:
Utilizamos el transistor 2N6038 el cual es PNP.

Potencia máxima disipada en continúa: PDMAX= 40w

Tj = 150ºC

Encapsulado èTO-225A

b) Cálculos de diseño de la etapa:

c) Valores del punto de funcionamiento estático.

d) Medición del rendimiento de potencia de la etapa.

e) Cálculo de disipación térmica del transistor y diseño 
del disipador.

Análisis gráfico del punto de funcionamiento del transitor:

g) Análisis de respuesta en frecuencia.

Para analizar la respuesta en frecuencia hemos conectado un bode plotter en la entrada y la salida del circuito que vemos en la siguiente imagen.

En ésta imagen observaremos como se ve la respuesta en frecuencia gracias a la función del blode plotter del circuito que hemos implementado.

i)Partiendo de las mediciones y cálculos de los parámetros determinados en el circuito elabore una tabla de todas las características técnicas de la etapa.

10) Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.

En éste trabajo práctico hemos podido observar y obtener diferentes conclusiones por el comportamiento de cada transistor que utilicemos con relación a la disipación. Además hemos visto la capacidad de disipación de las temperaturas cuando un transistor tiene o no tiene disipador. Por otra parte hemos podido aprender a usar el gráfico de fourier que se utiliza para la medición de la distorsión armónica del transistor.