AMPIFICADORES CASE E GUÍA DE ABORATORIO Nº 6 Profeor: Ing. Aníbal aquidara. J.T.P.: Ing. Iidoro Pablo Perez. Ay. Diplomado: Ing. Carlo Díaz. Ay. Diplomado: Ing. Alejandro Giordana Ay. Alumno: Sr. Nicolá Ibáñez. UR: http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/electronico2/
CIRCUITOS EECTRÓNICOS II Amplificadore clae E Univeridad Nacional de a Plata FACUTAD DE INGENIERÍA 1-Introducción En un amplificador de alto rendimiento, incremento de la eficiencia que a primera vita parecen menore pueden er muy importante, por ejemplo, aumentar la eficiencia del 80% al 90% reduce a la mitad la pérdida.eto permite duplicar la potencia de alida,o reducir a la mitad el número de tranitore, o el volumen y peo de lo diipadore de calor, o reducir a la mitad el incremento de la temperatura de juntura y aí bajar la taa de falla del tranitor. El reciente incremento del coto de la energía provee mayor incentivo para acotar la pérdida en intalacione fija de alta potencia,e debe tener en cuenta ademá, que el ahorro de potencia en generador o batería puede er muy importante para equipo portátile o remoto. a mayor pérdida de energía e comúnmente la diipada en lo dipoitivo activo de alida, como tranitore o tubo de vacío. Para minimizarla, e intenta que diminuya : 1) el voltaje a travé del dipoitivo cuando la corriente fluye por el; 2) la corriente a travé del dipoitivo cuando exite voltaje en u terminale; 3) la duración de cualquier condición inevitable en la que apreciable corriente y voltaje exitan imultáneamente. a Clae C cubre la condicione (1) y (2). a Clae D cubre (1), (2) y (3),y e han hecho intento para reducir el tiempo de conmutación del dipoitivo y llevarla a regione de RF.a clae E oluciona el problema baándoe en una red de carga que etá intetizada para dar una repueta de tranición que logra el objetivo, incluo cuando lo tiempo de conmutación de lo dipoitivo on fraccione apreciable del ciclo de AC. El amplificador clae E ua como dipoitivo activo un witch y tiene un potencial de alta eficiencia porque lo etado on y off cumplen la condicione (1) y (2) y la (3) e logra por el uo de eta red de carga intetizada para mantener una óptima repueta de tranición a la operación cíclica del witch. 2- Operación y análii de un amplificador Clae E a Figura 1 muetra un amplificador Clae E, ete conite en un conmutador S, un choke ch en la alimentación, la capacidad C, un circuito intonizado C y una carga Z.Con una taa del 50% el conmutador S etá encendido la mitad del período, y apagado la otra mitad. Cuando S etá encendido, el voltaje a travé del mimo e cero, y cuando etá apagado, la corriente e cero. Depué del tranitorio inicial, en etado permanente, podemo plantear do ecuacione para el nodo A,una para cuando la llave e encuentra abierta (2.1) y otra para cuando la mima eta cerrada (2.2). i i c ( t) I i ( t) = 0 t π (2.1) dc o ( t ) I i ( t) dc o w = π w t 2π (2.2) Figura 1 : Circuito de un amplificador de potencia clae E. 110621 http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/electronico2/ Página 2 de 8
CIRCUITOS EECTRÓNICOS II Amplificadore clae E Univeridad Nacional de a Plata FACUTAD DE INGENIERÍA Generalizando a i o ( t ) io ( t) = α I dcen( wt + φ) (2.3) Tranformándoe la (2.1) y la (2.2) en ( t) = I dc( α en( wt +φ )) ( t ) = I ( α en( w t +φ )) ic 1 0 w t π (2.4) i dc 1 π w t 2π (2.5) Donde fuente. w e la frecuencia de la eñal, I dc e la corriente continua que proviene de la El funcionamiento óptimo de un amplificador Clae E requiere do condicione: dv dt T 2 = 0 T 2 v = (2.7) (2.6) ( t) 0 Teniendo en cuenta eta condicione reolvemo la ecuación 2.3, obteniendo: io ( θ) = 1.862 I dcen( θ 32,48º) 0 θ 2π (2.8) Pudiéndoe ahora calcular cual erá la impedancia valor calculado en 2.8. Z para que la corriente ( t) i o adopte el De donde ( t) ( t) v 28 j49º 28 Z = 1 = e = ( co 49º jen49º ) i w C w C + (2.9) o C 28 co 49º = = (2.10) wr wr 1836 Otra relación importante que podemo obtener de la ecuación 2.9, e la que exite entre la reitencia de carga R y la parte reactiva de Z. ( ) 1 co 49º = X ( en49 ) 1 Z = R º (2.11) X = tan 49 º R =1. 15R (2.12) Contructivamente la parte reactiva de la carga deberá er agregada i éta no la tuviere, quedando en erie con o, con lo que la inductancia deberá tener un valor o +. 110621 http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/electronico2/ Página 3 de 8
CIRCUITOS EECTRÓNICOS II Amplificadore clae E Univeridad Nacional de a Plata FACUTAD DE INGENIERÍA En la figura 2 motramo como ha de quedar el circuito equivalente i ponemo de manifieto que la carga Z eta compueta de la reitencia R má una como e deprende de la ecuación (2.9). Figura 2 : Circuito de un amplificador de potencia clae E con carga reitiva. De la relacione exitente entre la tenione y corriente del circuito, podemo calcular cuale erán lo valore máximo a lo que erá ometido el tranitor que oficie de llave. V máx = 3. 56 Vcc (2.13) (Figura 3) i máx = 2. 862 Idc (2.14) (Figura 4) Figura 3 : Forma de onda de voltaje ideal del amplificador clae E. De aquí en adelante, denominaremo forma de onda nominal de un amplificador clae E, a la de tenión de la llave que cumple con la condicione de la ecuacione 2.6 y 2.7, no exitirá tenión ni corriente por ella al momento de la conmutación. 110621 http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/electronico2/ Página 4 de 8
CIRCUITOS EECTRÓNICOS II Amplificadore clae E Univeridad Nacional de a Plata FACUTAD DE INGENIERÍA Figura 4 : Forma de onda de corriente del amplificador clae E. 3-Ecuacione de dieño R out real out con R ef = R + R perdida Ref P = P P R out ef = = ( V V ) CC R ef at ( V V ) CC P out at 2 2 451759 402444 576801 1. 001245 2 Q Q 451759 402444 576801 1. 001245 2 Q Q C 1 = 34. 2219 f R ef 91424 1. 03175 99866 + 2 Q Q Co = 2π 1 f Ref Q 1 1. 01468 1. 00121+ 104823 Q 1. 7879 o QRef + = 2π. f 110621 http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/electronico2/ Página 5 de 8
CIRCUITOS EECTRÓNICOS II Amplificadore clae E Univeridad Nacional de a Plata FACUTAD DE INGENIERÍA 4- DESARROO DE TRABAJO DE ABORATORIO: 4.1 Verificación y conexionado: Verificar la topología del circuito implementado. Ubicar en que ector e encuentra cada una de la etapa,(fuente, ocilador excitador, etapa de alida). Compararla con el diagrama equemático ( Circuito que e encuentra al final de la guía ). Situar lo punto de medición y ajute ( TPx, Cx ). Conectar canal A del ocilocopio a TP1 ( Forma de onda de colector, donde e debe obtener la forma de onda nominal del amplificador clae E ). Conectar canal B del ocilocopio a TP2 ( Forma de onda de la tenión en la carga, utilizada para calcular la potencia real a la alida ). Conectar voltímetro 1 entre TP3 y tierra ( Vcc utilizada para el calculo de la potencia de entrada ). Conectar voltímetro 2 entre TP3 y Vcc ( Idc utilizada para el calculo de la potencia de entrada ). Conectar el equipo a la alimentación de 220v y operar llave de encendido. 110621 http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/electronico2/ Página 6 de 8
CIRCUITOS EECTRÓNICOS II Amplificadore clae E Univeridad Nacional de a Plata FACUTAD DE INGENIERÍA 4.2 Ajute del amplificador : Con el preet VR2 ajutar la tenión de alimentación al mínimo. Utilizando lo capacitore variable Co y C ajutar la etapa amplificadora hata obtener la forma de onda nominal de un amplificador clae E. Obervar lo que ucede al variar la relación de trabajo, eto puede hacere operando obre el preet VR1. Aumentar la tenión de alimentación a 13v y repetir el ajute. 4.3 Viualización de la forma de onda : Utilizando el canal B del ocilocopio obervar la iguiente forma de onda y medir la diferencia de fae con la de colector. Tenión en la carga ( TP2, comparar con el ángulo teórico ). Corriente en el tranitor ( TP5, comparar con la figura 4 ). Excitación ( TP4, variar la relación de trabajo, ajutar al 50%) 4.4 Medición del rendimiento : Para cuatro ditinto valore de tenión de alimentación, medir la eficaz en la carga y la potencia de entrada, calcular el rendimiento en cada cao y armar una tabla con ello para poner de manifieto la poible variacione. Ecuacione a utilizar: Pin = VCC I DC P out real 2 RMS V Pout real = η % = 100 R P in 4.5 Elemento neceario para la realización del aboratorio : Circuito a enayar. 1 un generador de eñale 2 multímetro (uno como amperímetro y otro como voltímetro). 1 ocilocopio de doble trazo. 1 Detornillador pequeño. 1 Calibrador plático. 1 retro-proyector. 1 pantalla para proyección. 110621 http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/electronico2/ Página 7 de 8
CIRCUITOS EECTRÓNICOS II Amplificadore clae E Univeridad Nacional de a Plata FACUTAD DE INGENIERÍA 4.6 Circuito: 110621 http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/electronico2/ Página 8 de 8