ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase A Inconvenientes • El mayor inconveniente de la etapa de salida clase A es que presenta una elevada disipación de potencia en ausencia de señal AC de entrada. En gran cantidad de aplicaciones el amplificador de potencia pasa largos periodos de tiempo en standby sin señal AC de entrada. La potencia disipada en estos periodos es una potencia desaprovechada. El minimizar dicha potencia es importante por las dos razones siguientes: • En sistemas operados mediante baterías es importante reducir en la medida de lo posible el consumo de los diferentes circuitos, con la finalidad de aumentar el tiempo de autonomía de éstos. • Al disiparse dicha potencia en los distintos elementos activos del circuito la temperatura de unión de éstos aumenta, y por tanto la posibilidad de un fallo en el funcionamiento del circuito debido a un exceso de temperatura.
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ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B • La etapa de salida clase B en parte soluciona estos inconvenientes ya que en ausencia de señal AC de entrada prácticamente presenta una potencia disipada nula.
vDD Q1 + Vi -
Q2
-vDD tecnun
Io
Vo RL
• Para suministrar la potencia requerida se emplean dos transistores en vez de uno como en la etapa de salida clase A. Cada transistor conduce de forma alternada cada semiciclo de señal de entrada, de ahí que esta etapa también reciba el nombre de push-pull.
1
ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B Curva característica de transferencia vDD Q1 + Vi -
Q2
Io
Vo RL
-vDD tecnun
ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B Curva característica de transferencia
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ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B Formas de onda de la señal
Si se ignora la distorsión de cruce, se muestran las corrientes que circulan por cada transistor en cada semiciclo de la señal de entrada.
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ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B Eficiencia de conversión de potencia Para calcular la eficiencia de conversión de potencia, η, de una etapa clase B, se desprecia la distorsión de cruce y se considera el caso de una senoide de salida de amplitud de pico V0. El promedio de potencia en la carga será:
P L=
2 1 (V0) 2 RL
La corriente tomada de cada fuente estará formada por semiondas senoidales de pico de amplitud de V0/RL. Entonces, el promedio de corriente tomada de cada una de las dos fuentes de alimentación será: T
T
1 1 IC1= I (t)·dt = T c1 T 0
2πt V0 1 V0 sin ·dt = π RL RL T
0
Por tanto la potencia promedio total tomada de cada una de las dos fuentes será:
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PS=
2 V0 π RL VDD
3
ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B Eficiencia de conversión de potencia La eficiencia estará dada por:
η=
PL π V0 = PS 4 VDD
Se deduce que la máxima eficiencia de salida se obtiene cuando V0 sea máximo. Este máximo está limitado por la saturación de Q1 y Q2 a VDD-VCEsat ~VDD. A este valor de voltaje de salida de pico, la eficiencia de conversión de potencia es:
η=
π = 78.5 % 4
Este valor es mucho mayor que el obtenido en la etapa clase A (25 %).
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ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B Disipación de potencia A diferencia de la etapa clase A, que disipa la máxima potencia en condiciones de reposo (v0=0), la disipación de potencia en reposo de la etapa clase B es cero. Cuando se aplica la señal de entrada, el promedio de potencia disipada es:
2 V0 PD=PS-PL= π V RL DD
2 1 (V0) 2 RL
Por simetría se observa como la mitad de la potencia disipada PD la disipa Q1 y la otra mitad Q2. Por tanto cada transistor debe ser capaz de disipar ½·PD. La potencia máxima disipada la obtendremos derivando la ecuación anterior:
dPD=0
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V0máx=
2 π VDD
PDmáx=
V2DD π2 ·RL
En el punto de máxima disipación de potencia, la eficiencia se puede evaluar al sustituir el valor de V0máx en la expresión obtenida, anteriormente, para la eficiencia. La eficiencia obtenida es η=50 %.
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ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B Disipación de potencia
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El precio pagado es un aumento en la distorsión no lineal como resultado de aproximar la región de saturación de Q1 y Q2.
ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B Reducción de la distorsión de cruce
vDD Q1
A0 + Vi -
+
Q2
Io
Vo RL
• La banda de distorsión de cruce de + 0.7V se reduce a + 0.7V/A0. • Limitado en la frecuencia de operación debido al operacional de entrada.
-vDD tecnun
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ETAPAS DE SALIDA Etapa de salida Clase B Operación con una fuente 2·vDD