Los amplificadores de emisor común (CE) están diseñados para producir un gran oscilación de voltaje de salida a partir de un voltaje de señal de entrada relativamente pequeño de solo unos pocos milivoltios y se utilizan principalmente como «amplificadores de señal pequeños» como vimos en los tutoriales anteriores.
sin embargo, a veces se requiere un amplificador para manejar grandes cargas resistivas como un altavoz o para manejar un motor en un robot y para este tipo de aplicaciones donde se necesitan altas corrientes de conmutación se requieren amplificadores de potencia.,
la función principal del amplificador de potencia, que también se conoce como un «amplificador de señal grande» es entregar energía, que es el producto del voltaje y la corriente a la carga. Básicamente, un amplificador de potencia es también un amplificador de voltaje, la diferencia es que la resistencia de carga conectada a la salida es relativamente baja, por ejemplo, un altavoz de 4Ω o 8Ω, lo que resulta en altas corrientes que fluyen a través del colector del transistor.,
debido a estas altas corrientes de carga, los transistores de salida utilizados para las etapas de salida del amplificador de potencia, como el 2N3055, deben tener mayores clasificaciones de voltaje y potencia que los generales utilizados para amplificadores de señal pequeños como el BC107.
dado que estamos interesados en entregar la máxima potencia de CA a la carga, mientras consumimos la mínima potencia de CC posible de la fuente, nos preocupamos principalmente por la «eficiencia de conversión» del amplificador.,
sin embargo, una de las principales desventajas de los amplificadores de potencia y especialmente del amplificador de clase A es que su eficiencia de conversión general es muy baja, ya que las grandes corrientes significan que se pierde una cantidad considerable de potencia en forma de calor. El porcentaje de eficiencia en amplificadores se define como la potencia de salida r.m.s. disipada en la carga dividida por la potencia de CC total tomada de la fuente de alimentación como se muestra a continuación.
Amplificador de Potencia Eficiencia
- Donde:
- η% – es la eficiencia del amplificador.,
- Pout – es la potencia de salida de los amplificadores entregada a la carga.
- Pdc-es la alimentación de CC tomada de la fuente.
para un amplificador de potencia es muy importante que la fuente de alimentación de los amplificadores esté bien diseñada para proporcionar la máxima potencia continua disponible a la señal de salida.
amplificador de clase a
el tipo de configuración de amplificador de potencia más utilizado es el amplificador de clase A., El amplificador de clase A es la forma más simple de amplificador de potencia que utiliza un solo transistor de conmutación en la configuración de circuito emisor común Estándar como se ha visto anteriormente para producir una salida invertida. El transistor siempre está sesgado «encendido» para que conduzca durante un ciclo completo de la forma de onda de la señal de entrada produciendo una distorsión mínima y una amplitud máxima de la señal de salida.,
esto significa que la configuración del amplificador de clase A es el modo de funcionamiento ideal, ya que no puede haber distorsión de crossover o desconexión en la forma de onda de salida incluso durante la mitad negativa del ciclo. Las etapas de salida del amplificador de potencia de clase A pueden usar un solo transistor de potencia o pares de transistores conectados entre sí para compartir la alta corriente de carga. Considere el circuito amplificador de clase A a continuación.
circuito amplificador de una etapa
Este es el tipo más simple de circuito amplificador de potencia de clase A., Utiliza un transistor de un solo extremo para su etapa de salida con la carga resistiva conectada directamente al terminal del colector. Cuando el transistor cambia «ON», hunde la corriente de salida a través del colector, lo que resulta en una caída de voltaje inevitable a través de la resistencia del emisor, limitando así la capacidad de salida negativa.
la eficiencia de este tipo de circuito es muy baja (menos del 30%) y ofrece pequeñas salidas de potencia para un gran drenaje en la fuente de alimentación de CC., Una etapa de amplificador de clase A pasa la misma corriente de carga incluso cuando no se aplica ninguna señal de entrada, por lo que se necesitan disipadores de calor grandes para los transistores de salida.
sin embargo, otra forma sencilla de aumentar la capacidad de manejo de corriente del circuito mientras que al mismo tiempo obtener una mayor ganancia de potencia es reemplazar el transistor de salida única con un Transistor Darlington. Estos tipos de dispositivos son básicamente dos transistores dentro de un solo paquete, un pequeño transistor «piloto» y otro transistor «conmutador» más grande., La gran ventaja de estos dispositivos es que la impedancia de entrada es adecuadamente grande, mientras que la impedancia de salida es relativamente baja, lo que reduce la pérdida de potencia y, por lo tanto, el calor dentro del dispositivo de conmutación.
configuraciones del transistor de Darlington
el valor total de ganancia de corriente Beta (β) O HFE de un dispositivo de Darlington es el producto de las dos ganancias individuales de los transistores multiplicadas juntas y los valores β muy altos junto con las altas corrientes de colector son posibles en comparación con un solo circuito de transistor.,
para mejorar la eficiencia de potencia total del amplificador de clase A, es posible diseñar el circuito con un transformador conectado directamente en el circuito del colector para formar un circuito llamado amplificador acoplado al transformador. El transformador mejora la eficiencia del amplificador haciendo coincidir la impedancia de la carga con la de la salida de los amplificadores utilizando la relación de vueltas ( n ) del transformador y un ejemplo de esto se da a continuación.,
circuito amplificador acoplado al transformador
como la corriente del colector, el Ic se reduce por debajo del punto Q quiescente establecido por el voltaje de polarización de la base, debido a las variaciones en la corriente de base, el flujo magnético en el núcleo del transformador colapsa causando un emf inducido en los devanados primarios del transformador. Esto hace que una tensión instantánea del colector se eleve a un valor del doble de la tensión de alimentación 2Vcc, lo que da una corriente máxima del colector de dos veces Ic cuando la tensión del colector está en su mínimo., A continuación, la eficiencia de este tipo de configuración de amplificador de clase A se puede calcular de la siguiente manera.
El r.m.s. Tensión del colector está dada como:
El r.m.s. Colector de corriente está dada como:
El r.m.s., Por lo tanto, la potencia entregada a la carga (Pac) se da como:
la potencia promedio extraída de la fuente (Pdc) se da por:
y, por lo tanto, la eficiencia de un amplificador de clase A acoplado con transformador se da como:
Un transformador de salida mejora la eficiencia del amplificador haciendo coincidir la impedancia de la carga con la impedancia de salida de los amplificadores., Mediante el uso de un transformador de salida o señal con una relación de giros adecuada, las eficiencias del amplificador de clase A que alcanzan el 40% son posibles con la mayoría de los amplificadores de potencia de clase A disponibles comercialmente que son de este tipo de configuración.
sin embargo, el transformador es un dispositivo inductivo debido a sus devanados y núcleo, por lo que es mejor evitar el uso de componentes inductivos en circuitos de conmutación de amplificadores, ya que cualquier campo electromagnético generado puede dañar el transistor sin una protección adecuada.,
también otra gran desventaja de este tipo de circuito amplificador de clase a acoplado con transformador es el costo adicional y el tamaño del transformador de audio requerido.
el tipo de «clase» o clasificación que se da a un amplificador realmente depende del ángulo de conducción, la porción de los 360o del ciclo de forma de onda de entrada, en el que el transistor está conduciendo. En el amplificador de clase A, el ángulo de conducción es un 360o completo o el 100% de la señal de entrada, mientras que en otras clases de amplificador, el transistor conduce durante un ángulo de conducción menor.,
es posible obtener una mayor potencia de salida y eficiencia que la del amplificador de clase A mediante el uso de dos transistores complementarios en la etapa de salida con un transistor siendo un tipo NPN o N-channel mientras que el otro transistor es un tipo PNP o P-channel (el complemento) conectado en lo que se llama una configuración «push-pull».
este tipo de configuración de amplificador de potencia generalmente se llama amplificador de Clase B y es otro tipo de circuito de amplificador de audio que veremos en el siguiente tutorial.,
