Amplificador de potencia de audio Evolución desde un amplificador básico a un amplificador operacional y su utilización como amplificador de potencia de audio

Amplificador de tres etapas con realimentación total • • •

Se logra estabilizar la polarización y la ganancia de tensión Tiene relativamente alta impedancia de entrada y baja de salida Se obtiene baja distorsión armónica

Identificamos el realimentador y redibujamos (Considerando solamente el comportamiento en alterna)

El diseño anterior se puede mejorar notablemente empleando en la primera etapa un par diferencial

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Notar que la eficiencia es muy baja debido a la polarización de la tercera etapa por medio de una resistencia (R7)

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Se mejora el rendimiento incorporando un carga activa para la tercera etapa, de manera de llevar el rendimiento cerca del máximo posible para la clase A

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Analizar el rendimiento de la etapa de salida clase A

Eliminación del capacitor de salida C2 • • •

Se divide la fuente fijando el punto medio como común (masa) Ahora puedo conectar directamente la carga sin C2 Notar que ya no es necesario el divisor resistivo para la polarización de la base de T1

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Analizar el funcionamiento y el rendimiento de la etapa de salida clase A

Mejorando la etapa de salida •

Cambiando la etapa de salida de clase A a clase B

Transferencia de la etapa de salida clase B VO VCC+ VBE5 = - 0,7V

VI VBE4 = 0,7V VCC-

Deformación de la señal de salida por cruce

Corrección del cruce por realimentación VO VI

VO

VI

Corrección del cruce por polarización Con fuente de polarización

VO

VI

Corrección del cruce por polarización Con resistor térmico

Corrección del cruce por polarización Con diodos

El diodo tiene menor inercia térmica que el termistor y su deriva térmica es similar a la del transistor

Corrección del cruce por polarización Con transistor

El transistor permite reemplazar a varios diodos con el circuito multiplicador de Vbe y tiene las misma deriva térmica que la juntura base emisor de los transistores de salida

Mayor estabilidad térmica de etapa de salida •

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

Mejoramiento del comportamiento de la segunda etapa •

Se logra aumentando el beta de los transistores de salida con tecnología Darlington de manera que se logre el aumento de la ganancia de la segunda etapa aislándola de la impedancia de carga

Mejoramiento del comportamiento de la segunda etapa • Se incrementa la ganancia de tensión de la segunda etapa mediante el aumento de la impedancia vista por el colector del transistor T3

• Una forma es mediante la tecnología Bootstrap (tirabotas).

Mejoramiento del comportamiento de la segunda etapa • Otra forma es mediante la implementación de una carga activa

Mejoramiento del comportamiento de la segunda etapa • La batería auxiliar se reemplaza por una tensión de referencia lograda con dos diodos

Mejoramiento del comportamiento de la primera etapa • Se reemplaza la resistencia de polarización del par diferencial por una fuente de corriente

• Se logra mejorar el manejo de tensiones de modo común y el CMRR

Mejoramiento del comportamiento de la primera etapa • Otra mejora importante es reemplazar la carga resistiva de T1 por una activa lograda con un espejo de corriente

• Se logra duplicar la ganancia de la primera etapa

Mejoramiento del comportamiento de la primera etapa • Para mejorar la linealidad de la etapa de entrada se agrega realimentación local por medio de resistencias en los emisores

Amplificador de audio = Amplificador Operacional

Amplificador de audio de potencia

Especificaciones Potencia 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% Distorsión armónica total = 0,01% de 20 Hz a 20KHz a 1W/8ohm Distorsión por intermodulación = 0,01 % a 1W/8ohm Distorsión por intermodulación transitoria (TIM)= rara vez especificado Ancho de banda = 10 Hz a 100 KHz a 1W/8ohm Ancho de banda de potencia = 10 Hz a 50 KHz a 50W/8ohm Sobreimpulso de la tensión de salida = rara vez especificado Factor de amortiguamiento = 200 Impedancia de entrada = 50 Kohm Tensión de offset a la salida = ±20mV entre 20 y 50 ºC de temp. amb. Consumo sin señal = 5W Protección contra cortocircuito a la salida Protección contra tensión continua a la salida