martes, 22 de noviembre de 2011

Trabajo Práctico N°8 : Amplificadores de Potencia

Objeto:
  • Analizar las características lineales de los amplificadores de potencia en clase B
  • Estudiar los bloques funcionalesnmás importantes usados en el diseño de las etapas de potencia en simetría complementaria
  • Analizar las diferentes estructuras circuitales para amplificadores de potencia, incorporando conocimientos relativos a estrategias de implementación y diseño
  • Analiar las condiciones de disipación térmica correcta, sin que sufra desbocamiento térmico de cada dispositivo de potencia y determinar el rendimiento de potencia
  • Determinar las especificaciones térmicasde la etapa
  • Buscar para los diseños de los circuitos las soluciones prácticas que mejor se adapten a las consignas del presente trabajo
  • Verificar para cada diseño el funcionamiento de la etapa utilizando software de simulación aplicado
  • Presentar el informe del TP  correctamente en tiempo y forma

Desarrollo Práctico:

1) Para el siguiente amplificador en simetría complementaria, sabiendo que la fuente de alimentación Vcc=50V. Vee=50V, y el resto de los componentes RG=600ohm, R1=10kohm, R2=47kohm, RL=8ohm, Q1=, Q2=MJD253, D1=D2=1N4001, C1= 1uF.

Calcular:
a) La potencia de salida teniendo en cuenta que V1=18vp, F=1Khz.




PL = 12,25 W

b) Máxima potencia disipada por los transistores.

Pdmax = 63,33 W

c) Análisis en continua del circuito.
Ic = Vcc . Rc
Ic = 3,63 mA

Vce = Vcc - Ic . Rc
Vce = 36,9 V

d) Potencia suministrada por la fuente.

Ps = 55,7 W

e) Rendimiento teórico y real. 
Rendimiento real:

n = 0,785
n= 78,54 %

Rendimiento teórico:



n = 0,012
n = 12,88 %

2) El siguiente circuito representa un amplificador de potencia en simetría complementaria, y al cual estudiaremos su comportamiento utilizando el programa Multisim.
A continuación se dará una guía detallada del procedimiento de ensayo, como así también las mediciones que se deberán obtener.
Dibuje el circuito de la figura teniendo en cuenta que el interruptor J1 esté abierto, la señal de entrada deberá ser senoidal con Vi=50mV y frecuencia 1000Hz, el potenciómetro de entrada puesto a mínimo(a masa)  la tensión de la fuente de alimentación Vcc=0V
a) Cierre el interruptor comience a aumentar la tensión de alimentación hasta que los amperímetros indiquen una Ie de 220mA. Verifique que la tensión de alimentación en este caso debería ser Vcc=20v. 
 
b) Conecte un osciloscopio en RL y aumente el nivel de señal de entrada accionado la tecla de control sobre el pote de manera que a la salida haya máxima excursión de señal sin deformación. Atención si la señal de salida muestra evidencia de una distorsión de cruce, aumente poco a poco la tensión de alimentación Vcc hasta que desaparezca la distorsión.
c) Determine los valores del pinto de funcionamiento estatico en todos los transistores.
Transistor T1:
Icq = 6 pA = 0 A
Vceq = 0,05 mV = 0 V
  
Transistores T2 y T3:
Cómo medirlos:

 Ie2 = 13 nA = 0 A
Ie3 = 5 nA = 0A
Vce = 0,281 V

d) Calcule la disipación térmica de los transistores.
Potencia necesaria:
 

 siendo que PL = 28.6 mW


Pdmax = 11,44 mW

Potencia que soportan los transistores:

Pdmax = 576,9 mW


Los transistores no requieren disipadores.

e) Realice la medición del rendimiento de potencia de la etapa.

n = 0,05
n = 5,26 %

f) Realice el análisis de la respuesta en frecuencia del sistema

Ancho de banda: 307 KHz

g) Realice el análisis de la distorsión armónica.
 
h) Partiendo de las mediciones y cálculos de los parámetros determinados en el circuito elabore una tabla de todas las características técnicas de la etapa.


3) El circuito esquemático que muestra la figura es un amplificador de potencia de salida cuasi-complementaria.
Estudiaremos su comportamiento utilizando el programa Multisim y determinaremos:
a) Descripción del circuito, explicado detalladamente cada etapa.

La señal Vi es inyectada en el amplificador operacional LM741, configurado en un circuito no inversor. En cuanto a la función de los transistores:
T1 y T2 protejen a T5 y T6, respectivamente, de posibles cortocircuitos que se puedan producir en la salida del circuito.
T3 y T5 están conectados en configuración Darlington, siendo equivalentes a un solo transistor NPN con una ganancia mucho mayor.
T4 y T6 también se conectan en Darlington, formando un transistor PNP con aumento de potencia
Por último, R18 y C5 conforman la llamada "Red Zobel"
Este circuito está hecho con el objetivo de utilizar el transistor PNP de potencia, debido a que éstos no son fabricados.


b) Medición del rendimiento de potencia de la etapa.
 

siendo que:
Vo = 5.275 V

n =0,109
n = 10,9 %

c) Calculo de disipación térmica de los transistores y diseño de los disipadores.

Potencia necesaria:

 

Siendo que:
PL = 4,03 mW

Pdmax = 1,6 mW


Potencia que soportan los transistores:

Pdmax = 576,9 mW



Los transistores no requieren disipadores.
d) Medición de la polarización y análisis grafico del punto de funcionamiento de los transistores.

Transistor T1:
Icq = 6,6 mA
Vceq = 2,016 V
Transistor T2:
Icq = 12 mA
Vceq = 2,27 V
Transistor T3:
Icq = 13 mA
Vceq = 36,56 V
Transistor T4:
Icq = 3,73 uA
Vceq = 38,77 V




Como medir los transistores T5 y T6:


Transistor T5:
I = 3,16 mA
V = 37,85 V
Transistor T6:
I = 2,48 mA
V = 38,15 V
e) Análisis de la respuesta en frecuencia del sistema.

Ancho de banda:  7,81KHz
f) Análisis de la distorsión armónica.


  

g) Corriente máxima de cortocircuito.
h) En función de los parámetros analizados confeccione una tabla de las especificaciones técnicas de la etapa.



4) Se desea proyectar una etapa de potencia de clase B en simetría cuasi complementaria de manera que entregue:
RL = 4 Ohm   Po = 2W

a) Descripción del circuito

b) Diseño teórico del amplificador

Debido a lo extenso de este punto, dejamos a continuación el link en donde pueden descargar el ejercicio hecho en Word:
http://www.mediafire.com/download.php?7bssjzs21ubell3

c) Cálculo de disipación térmica de los transistores

d) Diseño de la red Zobel


Si resulta:  Rz = R
Entonces: 
e) Diseño de la red contra sobre intensidades

f) Implementación final con valores comerciales y verificación de la polarización de todos los transistores

T1 = BD535
T2 = BD536
T3 = BC337
T7 = BC558B

C'= 100 uF
C = 1 mF

C1 = 10 uF
C2 = 100 uFC8 = 27 uF

R1 = 0,33 Ω
R2 = 0,33 Ω
R5 = 100 Ω
R6 = 82 Ω
R7 = 330 Ω
R8 = 8,2 KΩ
R9 = 82 KΩ
R10 = 15 KΩ
R11 = 50 kΩ (preset)
R12 = 800 Ω
R13 = 27 Ω
g) Cálculo final del rendimiento real del sistema

h) Realizar una simulación del comportamiento del circuito con Multisim, obteniendo en forma práctica la polarización de todos los transistores, la sensibilidad, la respuesta en frecuencia (en módulo y fase), la distorción armónica y la potencia de salida.

Cicuito completo:

Polarización de los transistores:

Respuesta en frecuencia:
El ancho de banda es de  655,7 KΩ
 
 

Análisis Fourier:
 
 El THD es del 0,61 %

Potencia de salida:
Se verifica que la potencia de salida = 2 W

5) Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.

El objetivo principal de esta actividad fue el realizar enteramente por cuenta propia una etapa de potencia en clase B, proceso el cual es es mostrado en el último ejercicio. Para poder lograr esto, primero observamos el comportamiento teórico de estos circuitos, para luego hacer todo tipo de mediciones sobre unos ya hechos, con lo cual también podemos comparar las diferencias que poseen con respecto a los de clase A.
 

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