AMPLIFICADORES DE POTENCIA- CLASIFICACION A ; AB ; B y C Al estudiar Amplificación con un transistor partimos de la premisa que la etapa estaba polarizada ( I C y V CE de C.C.) en el centro de la recta de carga, punto Q. También se hizo notar los puntos extremos: CORTE y SATURACIÓN. LO VISTO: Figura:TR02_01. Hay circuitos electrónicos, que por su aplicación requiere el punto Q de funcionamiento en otra posición de la recta de carga, para aumentar la potencia de salida o por razones de requerimientos de diseño y esto da origen a las diferentes clases: 1
Figura:TR02_02. Figura:TR02_03 Aquí se usó un transistor PNP y uno NPN de características eléctricas iguales, también se lo llama simetría complementaria. Si hubieran sido 2 PNP o 2 NPN, la complementación de fase se debe realizar con transformador 2
Figura:TR02_04. Aplicaciones: Amplificación de potencia en Audio, señales de sensores e instrumentación que requieren respuesta lineal. Figura:TR01_05. Cuidado: Se llaman de banda angosta por su respuesta relativa (formato) en función de la frecuencia. Pero en radiofrecuencia entre f1 y f2 pueden ser varios KHz o MHz y esto es superior a la banda de audio ( 20 Hz - 20 KHz). Aplicación: En transmisión de RF(radio-frecuencia), son circuitos sintonizados (resonantes) fo: f de resonancia. FUENTE BASICA LINEAL (regulador lineal) Definición general: se trata de un componente o un circuito electrónico que tiene por objeto mantener la tensión de salida constante por variación de la tensión de entrada y también por la variación de demanda de corriente en la carga (dicho de otro modo, con RL variable). Estas variaciones, pueden presentarse por separado o simultáneamente y la Vo debe permanecer cte. Por su funcionamiento: pueden ser LINEAL o de CONMUTACION (switching) Por su configuración: hay 2 tipos SERIE o PARALELO 3
Figura:TR02_06. Hay 2 razones para utilizar reguladores o fuentes de alimentación Estabilizadas: 1- Casi todos los circuitos electrónicos, con la variación de la tensión de alimentación se modifica la polarización de continua de sus Amplificadores y produce perturbaciones en la señal de salida. 2- Atenúa enormemente el Factor de rizado (ripple) el usar fuentes estabilizadas Valor eficaz del ripple Factor de Rizado (%)= ------------------------------ x 100 Tensión c.c. obtenida (después del filtrado) Descripción de los 2 tipos básicos 1- Serie 2- Paralelo, (o en derivación) Para comprender debemos tener presente que elegido un transistor adecuado en baja frecuencia la capacidad interelectródica es muy pequeña y su salida puede considerarse como una Resistencia Variable Rv = V CE / I C comandada por V BE e I B 4
Figura:TR02_07. R : representa una resistencia limitadora de corriente o bien la Req. de la salida rectificada y filtrada. RL: es la resistancia de carga, que puede ser constante o variable v: representa al componente o transistor que regula propiamente la tensión de salida Regulador Paralelo Se estudiará primero, por ser el menos utilizado, quedando exclusivo para aquellos circuitos de muy bajo consumo y bajo costo siempre que se alimenten desde una rectificación, y no de pilas o baterías. Porqué? Si observan el esquema anterior e imginan una RL muy grande o infinita (terminales abiertos), toda la CORRIENTE circula por el Regulador. Conclusión: siempre hay conducción de corriente El mas simple es el diodo Zener (nombre del Físico que lo descubrió). DIODO ZENER (primer regulador paralelo) Controlando adecuadamente las impurezas de una juntura PN, y trabajando al diodo en Polarización Inversa, dentro de ciertos límites de corriente, era posible, sin llegar a romper las ligaduras covalentes. La conducción en esa zona de trabajo, alrededor de 6V es por Campo Electrico y para tensiones mayores es por Avalancha, conduccion aumentada por choques de 5
electrones con suficiente energía que movilizan a otros electrones y se suman a la conducción. La tensión Zener VZ aprox. igual a 6V, el resto es por Avalancha, pero a todos se los conoce como DIODOS ZENER. Figura:TR02_08. El diodo Zener es el regulador básico paralelo (un componente) En el comercio se consiguen: Se pide por V Z y P D V Z = 3 a 200 V P D = 50 mv a 50 W P D por lo tanto I Z = ---- = I Z máx. V Z P D : Potencia de Disipación a 25 C Regulador Serie: 6
Si reconocemos a la V CE /I C = Rv es un transistor en serie con la carga RL, y que esa Rv varía con la velocidad conque se puede modificar la V BE e I B. Que dicha velocidad puede ser 1 µs o 10 ns o quizás menor, que frente a un periodo de una onda de 50-60Hz --->20 o 18 ms ésta se ve como c.c. 1 us=10-6 seg. 1 ns=10-9 seg Comparar con 1ms=10-3 seg. Diagrama en Bloques Figura:TR02_09. Vi: varía cuando varía la tensión de línea y esto es normal que así suceda. Vo: varía cuando RL varía, hay cargas que son variables. En electrónica, muchos efectos concurrentes (como podría ser Vi y RL variando simultáneamente) se estudian por separado y luego se superponen. 7
Esto se conoce como Teorema se Superposición. Descripción: R1: es una resistencia que suministra una corriente aproximadamente constante, que tiene 2 caminos a la I B de T1 y a la I C de T2. I = I B (T1) + I C (T2) R Z : Garantiza al diodo Zener estar en la zona de trabajo aún con T2 al corte. R Z es la referencia, no cumple otra función. R2 y R3: forman un divisor de la tensión Vo, de manera que a la base de T2 ingresa una muestra de Vo. V Z : es la tensión de referencia. T2: toma la muestra y la compara con la referencia y Amplifica. Supongamos que en un instante (algunos ms), Vi permanece fijo y varía RL disminuyendo, esto genera un aumento de la I L. El aumento de I L hace disminuir Vo. Al disminuir Vo, disminuye la muestra y T2 tiende a conducir menos I= I B (de T1)+ I C (de T2). Esto hace ingresar mayor IB a la base de T1, la V CE de dicho transistor disminuye, o sea, Rv disminuye y Vo aumenta al valor original, que es prefijado como tensión regulada. Figura:TR02_10. Reguladores de Fuentes integradas lineales Bajo los mismos principios antes descriptos, se fabrican circuitos integrados con 15,20 o mas transistores que contienen todo y pueden ser : 1) Reguladores fijos. 2) Reguladores ajustables, aquí lo único externo es la referencia. El descripto (con componentes discretos),también se pueden hacer ajustables. 8
Figura:TR02_11. Figura:TR02_12. Viene de salida negativa también: 9
Figura:TR02_13. Siempre se especifica V D : Tensión de drop-out, que es la mínima requerida para que funcione. Iq: es la corriente de polarización que necesita el circuito interno. En el regulador ajustable. Para no complicar el dibujo no se pusieron los capacitores de entrada y salida, pero siempre van, para drenar a masa cualquier transistor de alta frecuencia proveniente de la línea de 220 Vca. Toda señal indeseada se le llama ruido o perturbación. Fuentes conmutadas (switching) Las fuentes lineales para algunos Amperios son las mas adecuadas por costo y volumen. Hay una zona de potencia que es indistinto usar lineal o switching. Pero en mayores potencias por costo y volumen las fuentes switching son las adecuadas únicamente. 10
Diagrama en bloques Figura:TR02_14. Inversor de frecuencia: Se llama a todo circuito que se alimenta de C.C. y la transforma en C.A. Circuito de Control: es un circuito integrado, que incluye comparador, Referencia, Oscilador, Modulador de ancho de Pulso, que comanda la base del inversor. En este tipo de Fuente, el transistor trabaja como llave (switch) es decir, a corte y saturación /. CIRCUITO DE CONTROL 11
Este es la clave de todo el funcionamiento, es un circuito integrado, que actualmente incluye al transistor de potencia trabajando como llave interruptora, el transistor puede ser bipolar o MOS. Cuando se elige, viene con un oscilador de frecuencia fija 20,50 o 100 KHz. La secuencia de funcinamiento es la siguiente: Por ejemplo, un incremento de demanda de corriente de carga IL (disminución de RL) disminuye la tensión de la muestra el comparador interno con respecto a la referencia de una salida que obliga al Modulador de ancho de pulsos a aumentar el tiempo de conducción del transistor y éste cargas al inductor con núcleo L con mas energía (corriente), para satisfacer la demanda solicitada en la carga. El Modulador de ancho de pulso S1: Estado ON (saturación) S2: Estado OFF (Corte) Los cruces por cero por segundo son ctes.(frecuencia fija). Figura:TR02_15. Interpretar al transistor como una switch, simplifica enormemente los diferentes tipos de fuentes conmutadas = Switching Power Supply. Esquema general de una Fuente Conmutada 12
REGULADOR FLYBACK (hacia atrás) Figura:TR02_16. Ventajas: - Alta ganacia en tensión y corriente. - Existe aislación galvánica el transformador aisla Vi de Vo - Los puntos en los devanados indican que la salida está en contrafase (180º), con respecto a la entrada. - Si estuvieran en fase, la transferencia de energía será +-----+ S1=ON Forward +-----+ - Los 20,50 o 100 KHz, frente a las frecuencias de líneas 50/60 Hz, hace posible la rectificación de 1/2 onda, con muy bajo riple y con bajos valores de C (capacidad). Conclusión: Al desarrollarse circuitos integrados de control, cada vez mas operativos, estas fuentes se usan en equipos portátiles de consumo e industriales, con solo alimentarlo con una pila de 1.5 V generan ± 5V u otras tensiones para alimentar a toda la circuitería. 13
Desventaja: - Requiere transformador grande, para eliminar el ripple que genera y transfiere a la carga. REGULADOR FORWARD (adelante) Ventajas: - Menor ripple - Menor tamaño del transformador Desventaja: - Requiere un transformador con 3 devanados Existen otros tipos: Pero son consecuencia de los básicos enunciados Por ejemplo: Convertidor BUCK BUCK es potencial opuesto al aplicado. CONCLUSION: Al aumentar la potencia operativa de los circuitos integrados de control, se producen reguladores de todos los requerimientos, por ejemplo: desde una pila de 1.5 V generar Vcc = +- 5V u otras tensiones para alimentar toda la circuitería de un equipo portátil. FIN TEMA 2 Corregido por Hernando Castillo, Ayudante de Segunda, año Revisado por Adolfo Gonzalez, Profesor Titular, año 14