Marco Teorico De Vumetro

1. MARCO TEORICO 1.1. Amplificadores de potencia Un amplificador de potencia es aquel cuya etapa de salida se ha diseñado para que sea capaz de generar uno rangos de tensión e intensidad más amplios de forma que tenga capacidad de transferir a la carga la potencia que se requiere. Cuando se diseñan utilizando amplificadores operacionales, 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.

Figura 2.1 Configuración de amplificador de potencia con Opam.

1.2. Clasificación de los amplificadores de potencia Los amplificadores de potencia se clasifican en tipo A, B, AB, C y D. En este trabajo solo nos basaremos en el empleo de amplificadores de tipo AB y A.

1.2.1. Amplificadores de clase AB Este tipo de amplificadores funcionan básicamente como los amplificadores en clase B, excepto en el que se inyecta una pequeña corriente de polarización para que ya estén conduciendo previamente a la llegada de la señal. No se diseñan en clase A. Se diseñan casi en corte, pero sin llegar a estar en ese estado. De esta forma se consigue eliminar la distorsión de cruce.

La principal dificultad es conseguir la estabilidad del punto de funcionamiento.

Figura 2.2 Estabilidad de punto de funcionamiento

2.2.1.1 El par Darlington Dicho par es una configuración compuesta de dos transistores en cascada. Esta combinación de transistores posee algunas características deseables que la hacen más útil que un solo transistor en ciertas aplicaciones. Por ejemplo, el circuito tiene alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida y alta ganancia de corriente. Una desventaja del par Darlington es que la corriente de fuga del primer transistor es amplificada por el segundo.

Figura 2.3 Configuración par Darlington Si los dos transistores se conectan de la manera mostrada en la figura 2.3, los betas de los dos transistores se multiplican, formando una combinación que parece un solo transistor de 𝛽 alta. El par Darlington

se puede utilizar en configuraciones EC o ES (emisor común o emisor seguidor). La impedancia de entrada de ambos transistores no es la misma, ya que el punto de operación del primer transistor es diferente del segundo. Esto se debe a que la carga equivalente en el primer transistor es 𝛽2 (RE || RL), mientras que la carga en el segundo transistor es sólo RE || RL. En la práctica, el primer transistor puede tener un manejo de potencia menor que el segundo. La resistencia de entrada del segundo transistor constituye la carga del emisor del primer transistor.

Figura 2.4 Par Darlington con carga RL Se puede diseñar un amplificador de alta ganancia de corriente utilizando la conexión de un par Darlington y transistores. Esta configuración se conoce como amplificador clase AB cuasicomplementario con par Darlington, e incorpora un par Darlington con transistores NPN y un par retroalimentado consistente en un transistor NPN y uno PNP. Los transistores Q2 y Q4 son transistores NPN similares capaces de manejar alta potencia. Los transistores Q1 y Q3 son complementarios y no necesitan manejar alta potencia. La carga efectiva para Q1 y Q3 es bRL (donde b es la ganancia de corriente del transistor de salida), que es grande comparada con RL. Por tanto, el punto de operación para estos transistores es mucho menor en la línea de carga que el de los transistores Q2 y Q4.

Figura 2.5 amplificador clase AB cuasi complementario con par Darlington 1.3. TRANSISTORES EN SIMETRÍA COMPLEMENTARIA Los tipos más populares de amplificadores clase B push-pull que utilizan dos seguidores-emisores y fuentes de alimentación tanto una positiva como una negativa. Este es un amplificador complementario porque un seguidor-emisor utiliza un transistor npn y el otro un pnp, los cuales conducen en alternancias opuestas del ciclo completo de entrada. Observe que no hay voltaje de polarización de cd en la base (VB = 0). De este modo, sólo el voltaje de la señal hace que los transistores conduzcan. El transistor Q1 conduce durante el semiciclo positivo de entrada y Q2 lo hace durante el semiciclo negativo.

Figura 2.6 Configuración de transistores en simetría complementaria 1.4. DISTORSIÓN DE CRUCE

Cuando el voltaje de cd en la base es cero, ambos transistores se apagan y el voltaje de la señal de entrada debe exceder VBE antes de que conduzca un transistor. Debido a esto, existe un lapso de tiempo entre las alternancias positivas y negativas de la entrada cuando ningún transistor está conduciendo, como muestra la. La distorsión resultante en la forma de onda de salida se llama distorsión de cruce.

1.5. POLARIZACIÓN DEL AMPLIFICADOR PUSH-PULL PARA OPERACIÓN EN CLASE AB Para superar la distorsión de cruce, la polarización se ajusta para superar apenas el VBE de los transistores; esto produce una forma modificada de operación llamada clase AB. En la operación clase AB, las etapas push-pull se polarizan para una leve conducción, aun cuando no esté ninguna señal presente. Esto se puede hacer con una configuración de divisor de voltaje y diodo. Cuando las características de D1 y D2 llegan a ser casi iguales a las características de las uniones base-emisor, la corriente en los diodos y la corriente en los transistores son las mismas; esto se conoce como espejo de corriente. Este espejo de corriente produce la operación clase AB deseada y elimina la distorsión de cruce. 1.6. Vúmetro Para este proyecto se estudió el circuito integrado LM3915. Un vúmetro es un dispositivo que se usa a menudo en equipos de audio, su función es mostrar el nivel de la señal en unidades de volumen (VU). Este vúmetro está construido a base del circuito integrado LM3915 que no es más que un conjunto de amplificadores operacionales configurados como comparadores en cascada.