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FIEE-UNMSM. Aybar, Cocha, Osorio, Villalva, Zavala. Amplificador Clase B en Simetría Complementaria

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Amplificador Clase B en Simetría Complementaria Aybar Velásquez, Johnny Romario. Cocha Ore, Luis Eduardo. Osorio Sánchez, Luis Fernando. Villalva Contreras, Luis Miguel y Zavala Soto, Sandro. [email protected],[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica - UNMSM II. MATERIALES Y MÉTODOS Resumen--Los objetivos de esta experiencia fue estudiar el comportamiento de un Amplificador Clase B en Simetría Complementaria. Estudiar su funcionamiento con fuente de alimentación única y doble. Utilizamos el osciloscopio para ver la señal de entrada y salida para ver el umbral de conducción de los transistores y una distorsión y con el multímetro vemos las tensiones y corrientes de los transistores. Posee bajo consumo en reposo. En conclusión el amplificador clase B tiene una casi nula cuando está en reposo producen armónicos y es mayor cuando no tienen los transistores de salida con las mismas características técnicas-. Índice de Términos—Amplificador Clase B, osciloscopio, diodo, multímetro, salida pico a pico, umbral del transistor.

A. Equipos ,materiales y herramientas utilizados  Osciloscopio  Generador de señales  Fuente de alimentación doble  Multímetro  Punta prueba de osciloscopio  2 transistores complementarios 2N3904 y 2N3906  2 diodos 1N4148  9 resistores de 10Ω (2), 100Ω, 680Ω (2), 2.2KΩ (2) y 4.7KΩ (2)  Condensadores de 1µF, 10µF, 100µF  Protoboard  Cables de conexión diversos B. Esquemas

I. INTRODUCCIÓN AMPLIFICADORES DE CLASE B Amplificadores de clase B: un amplificador de potencia funciona en clase B cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante un semiperíodo de la señal de entrada. Uno de los principales inconvenientes de los amplificadores en clase A es que, en reposo, están consumiendo corriente por lo que el rendimiento de conversión se hace bastante bajo. Para mejorar este rendimiento, y por tanto aprovechar al máximo la potencia entregada por la fuente de alimentación, los amplificadores se suelen construir en clase B Por norma general, los amplificadores que se van a hacer trabajar en clase B, se montan con transistores que trabajen en contrafase (push-pull); con el fin de minimizar los armónicos que se pueden generar en este tipo de montajes, estos amplificadores adoptan una serie de montajes determinados. Circuito armado de la figura 9.1

Se les denomina amplificador clase B, cuando el voltaje de polarización y la máxima amplitud de la señal entrante poseen valores que hacen que la corriente de salida circule durante el semiciclo de la señal de entrada. La característica principal de este tipo de amplificadores es el alto factor de amplificación. Informe final de práctica de laboratorio

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12. Lentamente incremente el nivel de la señal hasta el punto en que aparezca un recorte en la señal de salida. Anote el voltaje pico a pico en la tabla 9.2. 13. Usando el multímetro, mida el valor RMS del voltaje de salida y anótelo en la tabla 9.2. Calcule y anote el valor de la potencia disipada en la carga. 14. Arme el circuito de la figura 9.3. Con el generador en 0V mida las tensiones continuas en las bases y emisores de los transistores, así como en la carga RL. Complete la tabla 9.3. A falta de de un condensador de 1μF, usamos 2 de 0,4μF en paralelo

15. Mida la corriente de reposo de los transistores ¿Son idénticas? ¿Por qué? 16. Repita el paso 5 ¿Se observa distorsión en la señal de salida del circuito? 17. Repita los pasos 11, 12 y 14. Complete la tabla 9.4.

III. RESULTADOS Tabla 9.1

Circuito armado de la figura 9.3

Vcc=10V IC1,sat

C. Procedimiento 1.

Implemente el circuito de la figura 9.1. Calcule Ic1. Anote este valor en la tabla 9.1

2.

Calcule el 2% de Ic1 y anote este valor en la tabla 9.1.

3.

Energice el circuito de la figura 9.1 con Vcc=5V

4.

Mida las tensiones DC en las bases de los transistores, emisores y en la carga RL.

5.

Ponga el generador a una frecuencia de 1KHz y el nivel de señal de salida del generador a 2Vpp.

6.

Observe la señal de salida en los extremos de la resistencia de 100Ω. ¿Qué tipo de distorsión es ésta? Anote el nombre.

7.

Observe el umbral de conducción de los transistores y mida la amplitud del umbral en la entrada.

8.

Reduzca la señal del generador a 0 y conecte el multímetro como amperímetro en serie con el colector del transistor (NPN). Tome como referencia la figura 9.2.

300μA

2% IC1,sat

6μA

Paso 4: Armando la figura 9.1 con Vcc=5V

Vb1 Ve1

2,8V 2,48V

VRL

0

2,17V 2,48V

Vb2 Ve2

Paso 6: La distorsión se llama: “Distorsión de cruce por 0”

Se puede apreciar la distorsión Paso 7: Vumbral = 0,7V Paso 9: Llega a 1mA en 7,7V

9.

Lentamente incremente Vcc hasta que IcQ=1mA. Tabla 9.2 (IcQ=1mA)

10. Utilice el multímetro para medir Vbe de uno de los transistores y anote el valor en la tabla 9.2. 11. Aumente el nivel de la señal del generador hasta obtener a la salida una señal de 8Vpp. Informe final de práctica de laboratorio

Mediciones 53mV Vbe 15,2V Vpp 3,05V Vrms

𝑃𝐿 =

𝑃𝐿 =

𝑉𝐿2 𝑅𝐿

(5,7𝑚𝑉)2 100Ω

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Pcarga (PL)

325mW

Tabla 9.3 (figura 9.3)

Vb1 Ve1 Vb2 Ve2 VRL Paso 15:

Mediciones 1,87V 1,3V 3,65V 24,08V 3,64V

Ic1=160mV

Ic2=210mA

Tabla 9.4

Vpp Vrms Pcarga

Mediciones 180mV 45,7mV 147,4mW

IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS 1. Calcule teóricamente las potencias máximas de los dos circuitos ensayados.

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Pmax = 56.8mw 2. Indique sus observaciones y conclusiones del experimento realizado:  El amplificador clase B posee bajo consumo en reposo.  Aprovecha al máximo la corriente entregada por la fuente.  Intensidad casi nula cuando está en reposo.  Producen armónicos, y es mayor cuando no tienen los transistores de salida con las mismas características técnicas, debido a esto se les suele polarizar de forma que se les introduce una pequeña polarización directa. Con esto se consigue desplazar las curvas y se disminuye dicha distorsión. 3. Busque en la bibliografía, el circuito de un amplificador de 5W a 10W de potencia de salida y emplee elementos discretos. Identifique las funciones de los componentes del circuito y calcule las tensiones y corrientes de reposo (entregue el diagrama esquemático del mismo). Estructura de una etapa de potencia o amplificación: La etapa de potencia es la encargada de suministrar la potencia a los altavoces al ritmo de la señal de entrada. Los altavoces son los que transforman la potencia eléctrica en potencia acústica. En la siguiente figura se representa como la etapa aumenta la tensión de la señal sin perturbar la forma de onda, suministrando además gran cantidad de corriente.

Señal de entrada (izquierda) y Señal de entrada (derecha) De una potencia en relación a su amplitud en voltios P max = Vcc . icc (rms) = 0,25 VCC.Ic(sat) IC =VCEQ/RL Vcc = 5v Ic = 5/0.1k= 50 mA Pmax = 62.5mw

La principal característica que define a una etapa de potencia o amplificación es la potencia que puede entregar a la salida. La típica etapa de potencia tendrá una tecla de encendido, un par de controles de nivel por ser estéreo y algún dispositivo que indique el estado de trabajo instantáneo: bien leds o bien medidores de aguja, uno por canal. La estructura global de una etapa de potencia es la siguiente:

Nota: Por amplificador o etapa de potencia se entiende todo el conjunto exceptuando el altavoz de la derecha. A continuación se explican en que consiste cada etapa de la figura 3 presentada anteriormente. P max = Vcc . icc (rms) = 0,25 VCC.Ic(sat) IC =VCEQ/RL Vcc = 5v Ic = 5/100+10= 45.4 mA Informe final de práctica de laboratorio

Control de entrada: es el punto a donde llega la señal de entrada. Driver: es la encargada de excitar la etapa de potencia. Para ello amplifica mucho la señal que recibe del control de entrada para elevar mucho su voltaje antes de pasarla a la etapa de amplificación.

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Etapa de potencia o de salida: es la encargada de dar la potencia necesaria a la señal. La señal que recibe tiene mucho voltaje, pero muy poca intensidad. Esta etapa es la que proporciona aumento de corriente eléctrica de la señal, sin embargo, apenas aumenta el voltaje que traía desde el driver, maneja tensiones y corrientes muy elevadas y es la que más recursos energéticos demanda la fuente de alimentación, es decir la que más consume. Esta es la etapa que se conecta al altavoz, donde se consume la energía eléctrica, transformándole en movimiento que genera ondas acústicas y calor. Fuente de alimentación: es un dispositivo que adapta la electricidad de la red eléctrica general, para que pueda ser usada por las distintas etapas. Un punto débil de las etapas de potencia suelen ser la fuente de alimentación, que no puede abastecer correctamente a la etapa de salida. Por ejemplo: una etapa de potencia estéreo tiene que duplicar las tres etapas (entrada, driver y salida) y puede usar una fuente de alimentación para todos. Los equipos de calidad estéreo incorporan dos fuentes de alimentación, una por canal. Protecciones: las etapas de potencia actuales incorporan diversas medidas de protección contra avería, que son más o menos sofisticados en función de la calidad y coste del equipo. Pueden ir desde el típico fusible a dispositivos activos de control de potencia.

4. Realizar una simulación del circuito experimentado, incluyendo los listados y gráficos correspondientes. Explique a qué se deben las diferencias con lo obtenido en la práctica.

V. CONCLUSIONES  El amplificador clase B posee bajo consumo en reposo.  Aprovecha al máximo la corriente entregada por la fuente.  Intensidad casi nula cuando está en reposo.  Producen armónicos, y es mayor cuando no tienen los transistores de salida con las mismas características técnicas, debido a esto se les suele polarizar de forma que se les introduce una pequeña polarización directa. Con esto se consigue desplazar las curvas y se disminuye dicha distorsión.

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REFERENCIAS [1]Robert L. Boylestad “Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos” (10ma edición). [2]Malvino “Principios de electrónica” (6ta edición) [3] Jacob Millman “Dispositivos y Circuitos Electrónicos” [4]Aguilar Peña, Valero Solas “Amplificadores De potencia: Teoría y problemas”. [5]Rashid, M. H. “Circuitos microelectrónicos. Análisis y diseño”.

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