Trabajo Práctico N°7 : Amplificadores de potencia en clase A.

Objeto:

• Analizar las características lineales de los amplificadores de potencia en clase A.
• Analizar las potencias que intervienen en una etapa, buscando que el circuito cumpla la condición de operación segura.
• Realizar el trazado de las rectas de carga estática y dinámica, analizando la ubicación del punto Q para que cumpla con la máxima excursión de señal simétrica sin deformación.
• Hallar el rendimiento de potencia.
• Analizar las condiciones de disipación térmica correcta, sin que sufra desbocamiento térmico.
• 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 en forma.

Software aplicado:

• Multisim.

Desarrollo Práctico:

1. Determinar el disipador adecuado para que el transistor BD135 pueda disipar 5W sin sufrir desbocamiento térmico.

Rtda = 15,7 ºC/W

 2.-Calcular la máxima potencia que pueda disipar el transistor TIP41, si utilizamos un disipador con una Rtda= 50° C/W.

  

 

 

 

Pdmax = 1,81 W

3.- Determinar el disipador adecuado para que el transistor TIP07 pueda disipar 10W sin sufrir desbocamiento térmico.

Rtda = 7,2 ºC/W

4.Calcular la máxima potencia que pueda disipar el transistor BD136, si utilizamos un disipador con una Rtda= 30° C/W.

Pdmax = 2,76 W

5.Un amplificador de potencia tiene como transistor de salida un 2N3055.Calcular la resistencia térmica del disipador, sabiendo que dicho transistor tiene que disipar 25W y que por problemas de diseño no puede superar el mismo 80mm de longitud por necesidades de montaje.

Rtda = 3,4 ºC/W

6.Calcular la máxima potencia que puede disipar un transistor 2N1711 a una temperatura ambiente de 40°C suponiendo que el montaje del mismo se realizó:

       a) Sin disipador.
       b) Con un disipador que tiene Rtda= 1,5°C/W.

       a)
            
           



Rtja = 219 ºC/W

       

          
Pdmax = 730 mW

       

       b)

            

   

           
   

   


Rtda = 1,5 ºC/W

         

          

Pdtmax = 26 W

7. Un amplificador clase A, cuyo circuito se indica a continuación:

Utilizando software aplicado se le determinará las principales características la impedancia de entrada y salida, la ganancia de tensión y de potencia; el ancho de banda, y la distorsión.

a) En primer término haremos la determinación de la impedancia de salida del amplificador.
Conectar los instrumentos  en la forma que se indica a continuación para realizar esta determinación.

Impedancia de salida:

 La impedancia de salida es igual a 1,5 KOhms

b) Determinación de la impedancia de entrada del amplificador. Armar el montaje que se muestra a continuacion.

La impedancia de entrada es igual a 5 Kohms

c) Medición de la ganancia de tensión del amplificador.

Vo= 1.3 V

Vrms=  Vo/raiz de 2 = 0,91

Rx= 1.5 K

dBm1= 20.log (Vrms / 0.775.V) + 10.log (600 ohm/Rx)

dBm1= -2.497

Vi=  1V

Vrms= Vo/raiz de 2 = 0,7 V

Rx= 5 K

dBm2= 20.log (Vrmsi / 0.775 V) + 10.log ( 600 ohm /Rx i)

dBm2= -10,1

G=dBm1 - dBm2 = 7,43

La ganancia de este circuito es de 7,43 veces

Ps= Vrms a la 2/Rx

Ps= 5.633 . 10 a la -4 W

d)Medicion de la potencia de salida del amplificador.

e)Ensayo de la respuesta en frecuencia (ancho de banda) del amplificador.

 

f)Determinacion de la distorsion por diversos métodos.

La THD es de 0,14 %

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

8. Diseñar una amplificador clase A con un grupo Darlington sabiendo que la potencia de salida es de 2 W y la tensión máxima excursión simétrica de señal sin deformación de salida es de 20 Vpk.


a) Características del transistor utilizado:
 

Transistor utilizado: 2N6036
Estructura del transistor: PNP
Maxima potencia disipada en continua por el colector(Pc): 40w
Limite de VCb: 60v
Limite de VCe: 60v
Maxima corriente de colector: 4A
Tj: 150ºC
Encapsulado: TO126

b) Los cálculos de diseño de la etapa:

PL = 2 W   Vopk = 20 V

Rendimiendo(n%) = (PL/Pcc) . 100 
Rendimiento elegido 18%

Pcc = (PL/n%) . 100 = (2w/18%) . 100
Pcc = 11,11 W
Pcc = Vcc . Icq = 11,11 W
Adoptamos Vcc = 60 V

Por lo tanto:
Icq = Pcc / Vcc = 185mA

Adoptamos Icq=200mA para que la potencia de salida nos de más aproximada

Pdt max =  Icq . Vceq
Adoptamos Vceq = 20v

Pdt max = 200mA . 20v 
Pdt max = 4w

Calculo de RC Y RE:

Vcc - Icq . (RC+RE) - Vceq = 0

60v - 200mA.(RC+RE) - 20v = 0

40v/200mA = RC + RE
RC + RE = 200ohm

Adoptamos:
RC = 100ohm    RE = 100ohm

Calculo de R1 y R2:

Adoptamos R1 = 2,7k, R2 = 1k

Vbb = (Vcc. R2) / (R1+R2)
Vbb = (60v.1k) / (2,7k+1k)
Vbb = 16,5v

Rbb = R1//R2 = 2,7k//1k
Rbb = 730ohm

Asi es como queda el circuito:

c) Valores del punto de funcionamiento estático:
 

En base a los cálculos del punto anterior:
Vceq = 20v
Icq = 200mA

d)Medición del rendimiento de potencia de la etapa.:
 

n% = (PL/Pcc) . 100

PL= 2w   

Pcc= 11,11w

n = (2w / 11,11w)
n% = 18%


e) Cálculo de disipación térmica del transistor y diseño del disipador:
Icq = 200mA
Vceq= 20v

Pdt max = Icq . Vceq
Pdt max = 4w

Rtjc = 1,5°C/w
Rtcd = 0,8°C/w
tj = 150°C
ta = 50°C 

Rtda = tj - ta  - Rtjc - Rtcd
          Pdtmax
Rtda = 22,7°C/w

f) Medición de la polarización y análisis grafico del punto de funcionamiento de los transistores:

 

Medición de la polarización:

Punto de funcionamiento:

Icq = 200mA
Vceq= 20v

 

g) Análisis de la respuesta en frecuencia del sistema:

 

  

h) Análisis de la distorsión armónica:

i) Partiendo de las mediciones y cálculos de los parámetros determinados en el circuito elabore una tabla de todas las características técnicas de la etapa:

  

9. Un amplificador clase A con acoplamiento por transformador, suministra a una carga RL = 16 ohm, una potencia PL = 2 W.
Calcular:
a) Características del transistor utilizado.
b) Los cálculos de diseño de la etapa.
c) Valores del punto de funcionamiento estático.
d) Determinación de la relación de transformación, y las características constructivas del transformador.
e) Medición del rendimiento de potencia de la etapa.
f) Cálculo de disipación térmica del transistor y diseño del disipador.
g) Medición de la polarización y análisis gráfico del punto de funcionamiento de los transistores.
h) Análisis de la respuesta en frecuencia del sistema.
i) Análisis de la distorsión armónica.
j) Partiendo de las mediciones y cálculos de los parámetros determinados en el circuito, elabore una tabla de todas las características técnicas de la etapa. 

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

Al observar los comportamientos que tiene un amplificador con respecto a la disipación se pudo hacer un análisis del mismo, en que también se muestran las diferencias entre el uso o directamente desuso de los disipadores. Aprendimos a medir la distorción armónica, factor importante para la calidad del amplificador, además de aprender también a utilizar la tabla de cálculo de los disipadores.