Amplificador de potencia de audio - de potencia de audio...O =10,8 © Zona capacitiva ... (o...

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  • Amplificadores de potencia de audio

  • n

    Multiplicador de Vbe

  • ste circuito opera alimentado por una fuente de corriente

    BECE VRRV

    += 1

    2

    1

    Tener en cuenta que VBE

    depende de la corriente de

    colector

  • Variacin de la tensin VCE en funcin de la corriente I1

    BE2

    1CE VR

    RV

    += 1

    ( ) 121CE IRRV +=Zona corte

    del transistor

    Zona activa del

    transistor

    R1 = R2 = 1K

  • Variacin de la tensin VCE en funcin de la corriente I1

    21 RR =

    y las resistencias R1 y R2

  • Impedancia del multiplicador

    10I

    Vz 10mAI1

    CE1

    =

    R1 = R2 = 1K

  • Impedancia del multiplicador como sistema realimentado

    ( )( )( )

    8

    RRRRRRgm

    RRfa

    zZ

    1PI11O

    1OOO

    +=

    += 1//////1

    //1

    2

    mA10ICQ =

    V0,4Agm /=

    750RPI =

    300=

    V100VA =

    K10RO =

    f

    1R1f =

    ZOZO

    a

  • Impedancia del multiplicador en funcin de la frecuencia

    Circuito utilizado para anlisis por simulacin

  • Impedancia del multiplicador en funcin de la frecuencia

    10,8ZO =

    Zona capacitiva

    Zona inductiva

    (La grfica se obtuvo por simulacin con R1=R2=1K , I1=10mA e IALTERNA=0,1mA)

    Zona resistiva

  • Impedancia del multiplicador en funcin de la frecuencia

    Circuito utilizado para anlisis por simulacin

    Correccin con capacitor

  • Impedancia del multiplicador en funcin de la frecuencia

    10,8ZO =Zona

    capacitiva

    R1=R2=1K I1=10mA IALTERNA=0,1mA C1=5nF, 10nF y 20nF

    5nF

    10nF20nF

    Correccin con capacitor

    Zona resistiva

  • Variacin de la tensin del multiplicador con la temperatura R1 = R2 = 1K

    3,4mV/C37C

    27C

  • Mejoramiento del multiplicador de VBE para independizarloan ms de la corriente de polarizacin

    3CBE2

    1CE RIV1R

    RV

    +

    Tener en cuenta que VBE

    depende de la corriente de

    colector

  • Variacin de la tensin VCE en funcin de la corriente I1

    1KRR 21 ==

    y la resistencia de colector R3

    R3=0R3=10

    R3=20

    R3=30R3=40

  • Estudio evolutivo de un amplificador de tensin orientado a su aplicacin en amplificador de

    potencia de audio

  • Amplificador de tres etapas

    Sumador

    Ganancia relativamente

    baja

    Ganancia relativamente

    alta

    Ganancia unitaria de tensin y muy alta de corriente

    Baja excursin de tensin a la

    salida

    Alta excursin de tensin a la

    salida

    Amplificador de Tensin

    Impedancia de salida muy baja

    +

    _Separador

  • Circuito analizado en la clase de Realimentacin

    La topologa de la etapa de salida resulta poco eficiente en amplificadores de potencia

    ETAPA DE SALIDA CLASE A

    ETAPA DE GRAN AMPLIF. DE TENSIN

    ETAPA DE COMPARACION(O SUMADOR)

  • La realimentacin permite estabilizar la polarizacin y la ganancia de tensin. Tambin selogra relativamente alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida y reducidadistorsin armnica.

    Se opera con doble fuente en serie (o fuente dividida) fijando el punto medio comomasa, lo que permite conectar directamente la carga sin capacitor de acoplamiento.

    Amplificador de tres etapas con realimentacin

    Alta ganancia Separador

    Sumador

    BAJAZ

    ALTAZ

    X1

    fPo

    lariz

    aci

    n

    Carga

    Generador

    Desa

    copl

    e CC

    Fuente

  • La topologa de etapa de salida mas comnmente utilizada es clase B

    Amplificador de tres etapas con realimentacin total

    ETAPA DE

    SALIDA CLASE B

  • VO

    VI

    VI

    VO

    afa

    VV

    I

    O

    +

    1

    a

    0f =

    VO

    aV

    V

    I

    O ='

    Slew Rate

    Reduccin del cruce por realimentacin

  • Transferencia de la etapa de salida clase B

    VO

    VIVBE4 = 0,7V

    VBE5 = - 0,7V

    VCC+

    VCC

    Sin correccin de cruce

  • Deformacin de la seal de salida

    VO

    VI

  • VO

    Distorsin armnica = 15% con Vi=3Vpico

    Notar la presencia de armnicas altas, tanto pares como impares

    Anlisis espectral de la seal de salida

  • Transferencia de la etapa de salida clase B

    VBEQ4

    VBEQ5

    Con correccin de cruce

    ICQ4

    ICQ5

    VO

    VI

    VCC+

    VCC

    VB4

    VI

    VI

    VB5

  • VCEQ4 = -VCEQ5VCE

    ICQ4Q

    IC4

    IC4MAX --IC5MAX

    --IC5

    --ICQ5

    VBEQ4 = 0,6V = -VBEQ5

    Polarizacin de los transistores con ICQ=1mA

    t

    VSP1=VCE

    t

    IC4

    ICIC5

  • Deformacin de la seal de salida

    VO

    VI

    Distorsin armnica = 2% , Vi=3Vpico, ICQ=1mA

  • Anlisis espectral de la seal de salida

    VO

    Distorsin armnica = 2% con Vi=3Vpico

    Notar una reduccin relativa de las armnicas impares mas bajas

    Polarizando los transistores con ICQ=1mA

  • VCEQ4 = -VCEQ5VCE

    ICQ4Q

    IC4

    IC4MAX --IC5MAX

    --IC5

    --ICQ5

    Polarizacin de los transistores con ICQ=100mA

    t

    t

    IC4

    ICVBEQ4 = 0,75V = -VBEQ5IC5

    VSP1=VCE

  • VO

    Distorsin armnica = 0,3% con Vi=3Vpico

    Notar una reduccin relativa progresiva de las armnicas superiores

    Polarizando los transistores con ICQ=100mA

    Anlisis espectral de la seal de salida

  • VCEQ4=--VCEQ5VCE

    ICQ4Q

    IC4

    IC4MAX --IC5MAX

    --IC5

    --ICQ5

    VBEQ4 = 1V = -VBEQ5

    Polarizacin los transistores con ICQ=1A

    --IC5

    t

    IC4

    IC

    t

    --ICQ

    VSP1=VCE

  • VO

    Distorsin armnica = 0,08% con Vi=3Vpico

    Notar la fuerte reduccin relativa de las armnicas mas altas

    Polarizando los transistores con ICQ=1A

    La etapa est operando en clase A

    Anlisis espectral de la seal de salida

  • Correccin del cruce por polarizacin con diodos

    VO

    VI

  • Correccin del cruce por polarizacin y realimentacin

    VO

    VI

  • Incluyendo una etapa de salida clase B en el diseo del amplificador

    Cmo se fusiona la segunda etapa y la tercera etapa?

  • Incluyendo una etapa de salida clase B en el diseo del amplificador

    La corriente de polarizacin de los diodos es la misma que la del colector de T3

  • Incluyendo una etapa de salida clase B en el diseo del amplificador

    Los diodos tienen deriva trmica similar a la del transistores T4 y T5.Y menor inercia trmica que el termistor usado en diseos antiguos.

  • Incluyendo una etapa de salida clase B en el diseo del amplificador

    R permite un ajuste preciso de las corrientes de polarizacin ICQ4 e ICQ5

  • El transistor permite reemplazar a varios diodos con el circuito multiplicador deVbe y tiene las misma deriva trmica que la juntura base emisor de lostransistores de salida

    Incluyendo una etapa de salida clase B en el diseo del amplificador

  • Mayor estabilidad trmica de etapa de salida

    Se logra agregando una resistencia en serie con los emisores de los transistores de salida de manera de lograr una realimentacin en su polarizacin

  • Se logra aumentando el beta de los transistores de salida contecnologa Darlington de manera que se logre el aumento de laganancia de la segunda etapa aislndola de la impedancia de carga

    Mejoramiento del comportamiento de la segunda etapa

  • Se incrementa la ganancia de tensin de la segunda etapa medianteel aumento de la impedancia vista por el colector del transistor T3

    Una forma es mediante la tecnologa Bootstrap (tirabotas).

    Mejoramiento del comportamiento de la segunda etapa

  • Funcionamiento del circuito bootstrap (tira botas)

    x 0,99i

    i

    ivZ =

    Z

    iv ovii

    6'RvvvZ

    oi

    i

    =

    io vv 99,0=

    6'Rvvi oii

    =

    6'100 RZ =

    SP121etapa3i RZ =

    etapa3iT3 Z//Z.gmetapasegundaladetensindeGanancia =

  • Otra forma es mediante la implementacin de una carga activa

    Mejoramiento del comportamiento de la segunda etapa

  • La batera auxiliar se reemplaza por una tensin de referencialograda con dos diodos

    Mejoramiento del comportamiento de la segunda etapa

  • Mejoramiento del comportamiento de la primera etapa

    Se reemplaza la resistencia de polarizacin del par diferencial por unafuente de corriente

    Se logra mejorar el manejo de tensiones de modo comn y el CMRR

  • Mejoramiento del comportamiento de la primera etapa

    Otra mejora importante es reemplazar la carga resistiva de T1por una activa lograda con un espejo de corriente

    Se logra duplicar la ganancia de la primera etapa

  • Para mejorar la linealidad de la etapa de entrada se agregarealimentacin local por medio de resistencias en los emisores

    Mejoramiento del comportamiento de la primera etapa

  • Amplificador de audio = Amplificador Operacional

  • Especificaciones tpicasPotencia de salida = 50W sobre 8 ohm a 1KHz con THD 0,01%Potencia de salida = 80W sobre 4 ohm a 1KHz con THD 0,02%Distorsin armnica total = 0,05% de 20 Hz a 20KHz a 1W/8ohmDistorsin por intermodulacin = 0,05 % a 1W/8ohmDistorsin por intermodulacin transitoria (TIM)= rara vez especificadoAncho de banda = 10 Hz a 100 KHz a 1W/8ohmAncho de banda de potencia = 10 Hz a 50 KHz a 50W/8ohmSobreimpulso de la tensin de salida = rara vez especificadoFactor de amortiguami