10a clase amplificadores de potencia

Amplificadores de potencia
Son los circuitos de salida de varios equipos,
que le dan potencia a las señales que
amplifican o sirven para acoplar cargas de
baja impedancia a salidas de alta
impedancia.

Los amplificadores de potencia se clasifican de acuerdo a:
a)Por clase de funcionamiento (ángulo de conducción)
b)Por tipo de acoplamiento entre etapas
c)Por rango de frecuencias de funcionamiento
d)Por ancho de banda
e)Por nivel de señal.
Por clase de funcionamiento:
Clase tipo A: Son aquellos transistores que siempre trabajan en la zona
activa, o sea que por su colector circula corriente los 360º del ciclo de la
señal. El punto Q se sitúa cerca de la mitad de la recta de carga. De forma
que la señal no se corte ni se sature en el transistor a fin de obtener una
señal con cero o la mínima distorsión posible. Con una pobre eficiencia del
circuito, menor al 33%.
Clase tipo B: En este caso en el transistor, la corriente del colector sólo
circula 180º o sea medio ciclo del ciclo de la señal. El punto Q se sitúa en el
corte, entonces sólo la mitad positiva del voltaje alterno de la señal en la
base, produce corriente en el colector. Por lo que se necesitan dos
transistores en disposición contra-fase o complementaria para un buen

funcionamiento. Reduciendo la disipación de potencia de los transistores y
aumentando la eficiencia de funcionamiento del circuito al 78.5%. aun que
la distorsión del circuito aumenta un poco.
Clase tipo C: Se entiende que es un circuito en el que la corriente de
colector, sólo circula menos de 180º del ciclo de la señal. Por lo que
generalmente se puede decir que es un amplificador de pulsos. Ya que se
usan pulsos cortos de corriente en la base para hacer conducir el colector
sólo parte del ciclo de entrada, y usando circuitos de carga que hacen el
efecto de un volante poder recuperar la señal de entrada, disminuyendo
grandemente la disipación del transistor y aumentando la eficiencia del
circuito a valores que están por encima del 90 %.
Por tipos de acoplamiento:
Por condensador: Se usa para aislar la polarización
DC del circuito del circuito siguiente o anterior,
evitando el cambio del punto Q y por tanto la
posición de la recta de carga, inestabilisando el
circuito, y su respuesta.
C
C
V C C
R
R
R

Por transformador: Este tipo de circuito se usa con
dos propósitos uno para aislar como en el caso
anterior el circuito en DC de sus vecinos y evitar
los cambios de polarización, la estabilidad del
punto Q, y a la vez la de acoplar la impedancia de
salida de un circuito a la impedancia de entrada
del siguiente circuito. La única desventaja es la
limitación del ancho de banda debida a la
respuesta del tipo de transformador.
T
V C C
T
R
Acoplamiento directo:
Cuando existe una conexión directa entre el colector
del primer transistor y la base del segundo transistor,
implica que tanto las señales de polarización como
las señales alternas se hallan acopladas. Por tanto
no hay una frecuencia límite inferior o superior,
dando un gran ancho de banda. Este tipo de
acoplamiento es ideal, pero va apareciendo un
aumento en el nivel DC, a medida que más etapas
V C C

Se unen al circuito haciendo necesario usar transistores complementarios
o circuitos cambiadores de nivel para compensar estos cambios. A este
último sistema también se lo llama Amplificador de corriente continua.
Por rangos de frecuencia de funcionamiento:
Amplificadores de Audio: Se los llama así cuando los amplificadores
funcionan dentro de un rango de frecuencias que van desde los 20 Hz
hasta los 20 KHz, o sea en el rango de audición para el oído humano
dentro de la gama de la ondas radioeléctricas.
Amplificadores de Radiofrecuencia: son todos aquellos amplificadores
que se usan para amplificar señales que van desde los 20 KHz en adelante,
como ultrasonidos, BF, IF de AM, AM, CW, HF, FM, TV, UHF, VHF, MW, etc.
Por ancho de Banda:
Banda estrecha: El ancho de banda cuyo rango de frecuencias de trabajo
es bastante pequeño en relación con la frecuencia central de
funcionamiento, la mayoría son amplificadores sintonizados, por lo que la
carga en corriente alterna es un circuito resonante con un alto Q. su salida
puede estar acoplada por capacidad o por transformador.

Banda ancha: cuando el ancho de la frecuencia es una fracción grande de
la frecuencia central de funcionamiento, como los amplificadores de video,
son generalmente amplificadores no sintonizado acoplados directamente y
con cargas resistivas para señales de corriente alterna.
Por nivel de señal:
Señal pequeña: Se dice de los amplificadores cuya corriente pico a pico en
el colector del transistor es menor al 10% de la corriente de colector sin
señal alterna (en reposo). Se usan normalmente para amplificar señales
muy pequeñas o débiles y llevarlas a niveles medios con muy baja o
distorsión nula, sin importar su eficiencia (amplificadores clase A).
Señales grandes: Se llaman a los amplificadores cuyos transistores
conducen la corriente de colector pico a pico empleando toda la recta de
carga en la excursión de la señal alterna. Estos amplificadores usan señales
medias y se emplean para excitar los amplificadores de potencia
( normalmente vienen impulsados por amplificadores de pequeña señal).
Amplificadores de Potencia: Son amplificadores que transforma unos pocos
mili-vatios en vatios y hasta en cientos de vatios, Para impulsar grandes
cargas.

Rectas de carga:
Cada amplificador tiene un circuito equivalente para corriente
continua y otro para corriente alterna, y cada uno tiene su propia
recta de carga, de acuerdo a los parámetros de cada circuito. Por
eso se dice que tiene dos rectas de carga.
Para el funcionamiento con pequeña señal la posición del punto Q
no es crítica. Pero para amplificadores de señal grande, tiene que
ubicarse en la mitad de la reta de carga de alterna a fin de
conseguir la máxima excursión de la señal con la mínima distorsión
posible.
Recta de carga para DC:
En un amplificador con polarización por divisor
C
C
R 1
V C C
R L
R 2
+
C
R E
V in
De voltaje en la base, una forma de mover el
punto Q es variando el valor de R2. Para
valores grandes de R2 el transistor entra en
saturación y su corriente viene dada por:
IC(sat) = VCC/(RC+RE)
Para valores muy pequeños de R2 llevan el

transistor a la zona de corte y su voltaje será:
VCE(corte) = VCC
Podemos ver al lado la gráfica de la recta de carga
en DC, con el punto Q.
Recta de carga AC:
*
Ic
>
V c c /( R c + R e )
Q
V c c0
>
R e c ta d e
c a r g a D C
V c e
Veamos en la figura el circuito equivalente para AC del amplificador
con divisor de voltaje en la base. Con el emisor a tierra, al estar
Desacoplado por el condensador, RE no afecta
el funcionamiento. Además la resistencia del
colector para corriente alterna es menor que la
resistencia del colector para continua.
r cR 1 R 2
Ic q
Vcc
V c e /( R c + R e )
R e c ta d e
c a r g a A C
*
Q R e c ta d e
c a r g a D C
Vceq+IcqRc
>
<V c e
Vceq
Ic
Ic q + V c e q /R c
Por lo tanto cuando llega una señal de
alterna, el punto Q de operación instantáneo
se mueve a lo largo de la recta de carga de
corriente alterna. En otras palabras, la
corriente sinoidal pico a pico y el voltaje
vienen determinados por la recta de carga

Para señal alterna.
Ya que la recta de carga de AC tiene una pendiente mayor que la de
DC el máximo pico a pico (MPP) de salida es siempre menor que el
voltaje de alimentación MPP< VCC .
Ejemplo: Si el voltaje de alimentación es 10 V, la salida sinoidal pico
a pico es menor de 10 V.
Recorte de señales grandes:
Cuando el punto Q está en el centro de la recta de carga para DC, la
señal alterna no puede usar toda su recta de carga sin recortarse,
produciendo distorsión en la señal, efecto no deseable.
Un amplificador para señales grandes bien diseñado tiene el punto Q
en medio de la recta de carga para señal AC, consiguiendo en este
caso la máxima señal de salida pico a pico sin recorte.
Salida máxima: cuando el punto Q está por debajo del centro de la
recta de carga para AC el pico máximo (MP) de la salida es MP =
ICQrC y si el punto Q está por encima del centro de la recta de carga
para la señal AC, el pico máximo de salida es MP = VCEQ.

Para cualquier punto Q el pico máximo de salida es:
<>
Q
*
>
>
Ic
V c e
Ic q . r e
>
*
<
V c e
V c e
>
Ic
Q
>
MP = ICQrC o VCEQ
El que sea menor. Luego el
máximo pico a pico de la salida
será el doble del máximo pico.
MPP = 2MP
Con esto podemos ver la
detección de averías para
Determinar la salida máxima sin recorte. Cuando el punto Q está en
el centro de la recta de carga para la señal alterna ICQrC = VCEQ
Se diseña para satisfacer esta condición lo máximo posible,
considerando la tolerancia de las resistencias de polarización.
V b
1 0 K
1 K
V C C+ 1 0 V
V e
2 ,2 K
3 ,6 K
6 0 0 1 0 K
Ejemplo:
Hallar ICQ, VCEQ, rC, y MPP. Del divisor de base
Vb = (10 Vx2,2 K)/(10 K+2,2 K) = 1,8 V
ICQ = (Vb–VBE)/RE = (1,8-0,7)/1 K = 1,1 mA
VCEQ = VCC- RCICQ-REICQ = 10-(1,1mAx3,6K) –
(1Kx 1,1mA) = 10-3.96-1.1 = 4.94 V

rC = RC R║ L = (3,6Kx10K)/(3,6K+10K) = 2.65 K
ICQrC = 1,1mAx2.65K = 2,92 V
Viendo cual de los dos voltajes es el menor valor entre ICqrC = 2,92 y VCEQ =
4,94 vemos que ICQrC = MP = 2,92 V es el menor.
Por tanto el valor de MPP = 2MP = 2x2,92V = 5,84 VPP
Amplificadores Clase A:
El amplificador con polarización de voltaje por
divisor de voltaje en la base se usa frecuentemente
como amplificador tipo clase A, ya que la señal de
salida no está recortada, y en este tipo de
amplificador, la corriente de colector circula
durante todo el tiempo del ciclo de la señal de AC.
Ganancia de Potencia: Además de loa ganancia de
voltaje todo amplificador tiene una ganancia de
potencia definida como:
G = POUT/PIN
La ganancia de potencia es igual aq la potencia de
salida dividida por la potencia de entrada de señal.
R 2
R E
R L
+
C
V C C
C
C
V in
R 1

Ejemplo:Si la POUT = 10 mW y la PIN = 10 µW, cuál será la ganancia de
potencia del circuito?
G = 10 mW/10 µW = 1000 veces.
Potencia de Salida: Si se mide el voltaje de salida con un voltímetro RMS, la
potencia de salida viene dada por POUT = VRMS
2
/RL . Cuando medimos el
voltaje de salida pico a pico con un osciloscopio entonces POUT = VOUT
2
/8RL ,
el 8 sale de VPP = (2√2)2
La máxima potencia de salida se produce cuando el
amplificador está generando la salida máxima pico a pico. En este caso VPP
iguala la salida máxima pico a pico y por tanto la potencia de salida maxima
es:
POUT(MAX)= MPP2
/8RL
Disipación de potencia en el transistor: Si no hay una señal que exite al
transistor la potencia de disipación es:
PDQ = VCEQ x ICQ
Debido a esto se dice que la disipación de potencia es igual al voltaje en DC
por la corriente en DC.
Cuando aparece una señal, la potencia de disipación del transistor
disminuye, ya que el transistor transforma parte de la potencia de reposo

En potencia de señal. Por esta razón la disipación de potencia sin señal es el
peor de los casos. Luego la disipación del transistor debe ser mayor que PDQ
para que el transistor no se destruya.
Consumo de corriente: La fuente de voltaje DC proporciona la corriente IDC
al amplificador. Esta corriente tiene dos componentes, a) la corriente de
polarización a través del divisor de voltaje y b) la corriente de colector que
atraviesa el transistor. Se llama corriente de consumo de la etapa, si
tenemos varias etapas hay que sumar la de cada etapa para obtener el
consumo total.
Rendimiento: La potencia que entrega la fuente de alimentación al
amplificador es: PDC = VCC x IDC
Podemos comparar los diseños de los amplificadores de potencia usando el
rendimiento definido como:
η = (POUT/PDC)x100%
O sea es la potencia de la señal de salida, dividida entre la potencia en
continua de entrada entregada por la fuente. Nos indica que tan eficiente
un amplificador transforma la potencia de entrada en pote4ncia de salida

Alterna. Esto es importante en equipos alimentados con pilas, pues así
tendrán mayor duración.
Como todas las resistencias excepto la de carga tienen pérdidas, el
rendimiento η < 100%. El máximo rendimiento en un amplificador clase A es
del 25%.
Cuando el consumo es de unos pocos milivatios, el consumo de corriente de
la fuente es aceptable, pero en etapas de potencia donde el consumo es de
varios vatios no es permisible el consumo alto de corriente y no se usan
amplificadores clase A.
Ejemplo: El voltaje de salida es de 6.3 Vpp y la
impedancia de entrad a la base es de 3 KΩ. a) Cuál
es la ganancia de potencia del circuito?
El circuito equivalente para AC donde Zin es:1 0 K
V C C
4 .7 K
5 0
m V p p 6 8 0
+
V eV b
2 ,2 K
3 ,6 K
1 0 V
2 .2 K 3 .6 K3 K1 0 K Ic 4 .7 K

ZIN = 10 K 2.2 K 3 K = 1.13 K║ ║ Ω.
La potencia de entrad en continua es:
PIN = (50 mVPP)2
/ 8x1.13 KΩ = 0.277µW
La potencia de salida alterna es:
POUT = (6.3VPP)2
/8x4.7K = 1,02 mW
Entonces la ganancia de potencia es:
G = 1.02mW/0,277µW = 3,682
La potencia disipada por el transistor será, veamos el voltaje de base para
hallar la corriente de emisor.
Vb = (10Vx2.2K)/(10K+2.2K) = 1.8 V luego VE = Vb- VBE = 1.8 – 0.7 =1.1V
Entonces IE = 1.1V/680Ω = 1,62 mA entonces VCEQ será:
VCEQ = Vcc – IEx3.6K – VE = 10V – 4.17V – 1.1V = 3.07V
Luego la disipación de potencia en el transistor es: PDQ = VCEQxICQ = 3.07Vx
1.62mA = 4,97 mW. Luego el rendimiento será, Ipolarización = 10V/12.2K =
0.82 mA luego el consumo de corriente total es en DC sin señal: IDC =
0.82mA+1.62mA = 2.44mA Luego la potencia de entrada en DC es PDC =
VCCxIDC = 10Vx2.44mA = 24.4 mW. Por tanto el rendimiento es:
η = (1,02 mW / 24.4 mW) x 100% = 4.2%

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