7mo Informe Previo L. Analógicos 2017-2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER´IA ´ ´ FACULTAD DE INGENIER´IA ELECTRICA Y ELECTRONICA

EL AMPLIFICADOR DE POTENCIA DE SIMETR´IA COMPLEMENTARIA. 20141245D - PAJUELO VILLANUEVA, MIGUEL ANGEL 20144554H - QUISPE SAVERO, DAVID 20144553A - SERRANO RAMOS, FERNANDO DIONISIO 20141370C - CHAVEZ SANCHEZ, ROMARIO EVARISTO 20142649A - ROJAS ROJAS, IVAN LUIS EDUARDO

´ LABORATORIO DE CIRCUITOS ANALOGICOS

Amplificador de potencia de simetr´ıa

1.

Laboratorio de Circuitos Anal´ogicos

OBJETIVOS Dise˜ nar, simular, implementar y analizar un amplificador sim´etrico complementario.

2.

EQUIPOS Y MATERIALES

1. Un Osciloscopio 2. Un Mult´ımetro 3. Un Generador de ondas. 4. Dos Fuente DC 5. Transistores : Dos (02) BD135 o similar ; Uno (01) BD136 o similar ; Uno (01) 6. TIP41 o similar ; Uno (01) TIP42 o similar ; Uno (01) 2N2222A o similar ; Uno (01) 7. 2N2907 o similar 8. Resistencias y Condensadores de acuerdo al dise˜ no.

3.

´ FUNDAMENTO TEORICO

En el amplificador push-pull (en el cual se utilizan dos transistores del mismo tipo), se requiere para su funcionamiento de dos excitaciones desfasadas 180o , una con respecto a la otra, para aplicarlas a las bases de los transistores y as´ı obtener una salida completa. Este desfasaje se logra con un transformador cuyo secundario ten´ıa dos salidas con punto com´ un. A continuaci´on se ver´a c´omo se evita usar transformadores en la entrada y en la salida, a requisito de que se usen dos transistores complementarios (uno NPN y otro PNP). Tal amplificador es llamado AMPLIFICADOR DE SIMETRIA COMPLEMENTARIA. Se denominan transistores complementarios (o par machado o matched pair) a un par de transistores tipo PNP y NPN cuyas caracter´ısticas de ganancias, potencias, etc. son iguales o muy similares. Se denominan transistores complementarios (o par machado o matched pair) a un par de transistores tipo PNP y NPN cuyas caracter´ısticas de ganancias, potencias, etc. son iguales o muy similares. Las ventajas y desventajas de estos amplificadores en comparaci´on con los amplificadores pushpull se enumerar´an posteriormente.

Figura 1: Circuito b´asico UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER´IA

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La condici´on que deben cumplir V 1 y V 2 es que polaricen de tal modo a Q1 y Q2 que estos trabajen sim´etricamente y en clase B (corrientes en reposo cero). Se hace V 2 = V CC/2 a fin de que V CEQ1 = V CEQ2 = V CC/2 y los dos transistores est´en al corte simult´aneamente (clase B). De lo contrario, si V 1 < V 2, entonces conducir´a Q1 y se cortar´a Q2 (ICQ1 > 0, ICQ2 = 0); y si V 2 < V 1 entonces conducir´a Q2(ICQ2 > 0, ICQ1 = 0), lo cual nos permite una operaci´on sim´etrica de los transistores. La tensi´on en la uni´on de los emisores ser´a: V E = V CC/2 Se puede ver con las condiciones anteriores que: V BE1 = V BE2 = 0eICQ1 = ICQ2 = 0 Podemos ver ahora qu´e ocurre cuando la tensi´on de se˜ nal Vin toma valores positivos y negativos.

Figura 2: Semiciclo positivo y negativo En el semiciclo positivo de Vin la tensi´on en bases se hace m´as positiva que la tensi´on en los emisores: VB >VE Lo cual hace que Q1 conduzca y Q2 permanezca en corte. El sentido de las corrientes se indican en la fig 2a y 2b, n´otese que IL1 = Ie1 Para el semiciclo negativo V E > V B, lo cual abre a Q1 y hace conducir a Q2. La corriente en la carga es: IL2 = Ie2 De este modo, la carga est´a alimentada medio ciclo de V in por Q1 y el otro medio ciclo por Q2 DISTORSION DE CRUCE: Debido a que las caracter´ısticas de entrada base-emisor de los transistores reales es tal que para tensiones peque˜ nas base-emisor, el transistor pr´acticamente no conduce. Reci´en este comienza a hacerlo cuando se supera cierto valor (la tensi´on de codo o tensi´on umbral, V y), que es aproximadamente 0,2V para transistores de Ge y de 0,6V para los de Si. La tensi´on de salida tiene la forma que se observa en el siguiente gr´afico:

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Figura 3: Tensi´on de salida Se puede notar en la fig.5 que existe cierta zona alrededor de los puntos V b = 0, para los cuales ninguno de los transistores conduce, lo que acarrea una distorsi´on en la forma de onda en la salida (proporcional a la se˜ nal iB1–iB2), llamada distorsi´on por cruce (o de cross over). Esta distorsi´on se evita polarizando directamente las junturas base-emisor de Q1 y Q2 de modo que exista entre ellas una tensi´on igual a la tensi´on de codo. Una forma simple de lograr esto es, colocando una resistencia (de peque˜ no valor) entre las bases de Q1 y Q2 de modo que se ocasiona una ca´ıda de tensi´on en ella suficiente para tener polarizados ligeramente a los transistores (ver fig. 4). RD se escoge de modo que cumpla con la anterior ecuaci´on con: V BE1 = V BE2 = 0,2 (Ge) ´o 0,7 (Si) La elecci´on de RD para polarizar adecuadamente la juntura base-emisor de Q1 y Q2, es un poco delicada, debido a que una peque˜ na variaci´on de la tensi´on VBE provoca grandes cambios de corriente de colector, por lo cual, con un valor demasiado peque˜ no de VRD no se eliminar´a satisfactoriamente la distorsi´on de cruce. En cambio, si la tensi´on es demasiado grande, trae como consecuencia distorsi´on para niveles grandes de se˜ nal, ya que cada transistor conducir´a m´as de medio ciclo, lo cual har´a que las corrientes de conducci´on se traslapen con las corrientes que deja conducir el otro transistor. Pr´acticamente entonces, el amplificador debe trabajar en clase AB. Pero la corriente de colector, para evitar la distorsi´on de cruce, es tan peque˜ na que se puede decir que su forma de trabajo es clase B. La polarizaci´on de las junturas base-emisor se hace para que cumpla dos funciones: a) Evitar la distorsi´on de cruce o “cross-over” b) Estabilizar la polarizaci´on de Q1 y Q2 contra variaciones de temperatura. La forma m´as simple de polarizar en clase AB es mediante una red resistiva. Este esquema no es satisfactorio debido a que si la polarizaci´on es poca, la distorsi´on de cruce sigue siendo severa y, si es mucha, la corriente de colector ser´a alta, los transistores disipar´an m´as potencia pudiendo destruirse o acortar dr´asticamente su tiempo de vida y la eficiencia disminuir´a. Este tipo de polarizaci´on es m´as efectivo cuando la fuente de alimentaci´on es regulada pero no permite la compensaci´on por variaci´on de temperatura en las junturas base-emisor.

4.

INFORME PREVIO

1. Obtenga la ecuaci´ on dIc / dT para el amplificador de potencia de la figura; estime que Q1, Q2, Q3, Q4, tienen temperaturas aproximadamente iguales.. La condici´on que deben cumplir V 1 y V 2 es que polaricen de tal modo a Q1 y Q2 que estos trabajen sim´etricamente y en clase B (corrientes en reposo cero). Se hace V 2 = V CC/2 a fin de que V CEQ1 = V CEQ2 = V CC/2 y los dos transistores est´en al corte simult´aneamente (clase B). De lo contrario, si V 1 < V 2, entonces conducir´a Q1 y se cortar´a Q2 (ICQ1 > 0, ICQ2 = 0); y si V 2 < V 1 entonces conducir´a Q2(ICQ2 > 0, ICQ1 = 0), lo cual nos permite una operaci´on sim´etrica de los transistores.

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La tensi´on en la uni´on de los emisores ser´a: V E = V CC/2 Se puede ver con las condiciones anteriores que: V BE1 = V BE2 = 0eICQ1 = ICQ2 = 0 Podemos ver ahora qu´e Q1, Q2, Q3 y Q4 poseen temperaturas iguales. 2. Dise˜ ne el circuito amplificador de la figura bajo las siguientes premisas.

Figura 4: Circuito a implementar 3. Aplique las fuentes DC al circuito y verifique los voltajes de polarizaci´ on conforme a su dise˜ no; si son pr´ oximos prosiga.

Figura 5: Tabla 1 4. Con fuente Vin con una se˜ nal de voltaje de 1Vp-p y 1KHz;y anote en AC:

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Figura 6: Tabla 2 5. Efect´ ue un barrido de frecuencia y anote:

Figura 7: Tabla 3

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