Amplificador de potencia en clase A.
Cuando un amplificador se compone unicamente de una etapa, se suele decir que dicho circuito es un amplificador de potencia, ya que es la propia etapa la que se encarga de realizar la realimentación y de proporcionar la potencia adecuada de salida para excitar al altavoz. En esta clase práctica analizaremos un circuito amplificador con un único transistor que forma el llamado amplificador de potencia en clase A.
Clase A.
Los amplificadores de potencia de clase A son aquellos en los que circula corriente durante todo el periodo de la señal de entrada, incluso en ausencia de esta.
En este apartado vamos a estudiar la etapa de potencia de un amplificador clase A que solo difiere en otras etapas en clase A en su transistor que es de potencia, y la potencia que disipará será mayor que en los primeros.
El punto estático de funcionamiento está situado en el centro de la recta de carga.
Según la clasificación de estos tipos de amplificadores, como el funcionamiento del amplificador es igual cuando hay señal como en ausencia de señal, estamos hablando de que el rendimiento del mismo es de 50% como máximo (pero en la práctica solo se encuentran valores comprendidos entre el 20% y 35%), lo que indica que el rendimiento de este tipo de amplificador es muy malo.
También podemos clasificar al amplificador en clase A de acuerdo a como acopla su carga, pudiendo clasificarlos como:
● Acoplamiento de carga directa.
● Acoplamiento por transformador.
En esta práctica veremos los acoplamientos directos, ya que aunque todavía se siguen usando amplificadores de potencia con acoplamiento por transformador, estos son demasiados caros y solo mejoran un poco más el rendimiento del amplificador para este funcionamiento en clase A.
Clase A con acoplamiento directo.
Este circuito está formado por un transistor de potencia en emisor común sin resistencia de emisor, pues dicha resistencia implica una pérdida de potencia.
A la hora de diseñar un amplificadortendremos en cuenta estas dos posibilidades:
● Las magnitudes del amplificador.
● La potencia deseada.
Según las características internas de un transistor tales como la máxima potencia de disipación (PCEmax), y la corriente que puede circular por el colector máxima (ICmax), podemos determinar la resistencia de carga y la tensión de alimentación para determinar la máxima potencia de salida.
Si conocemos la potencia deseada y la resistencia de carga, a partir de aquí podemos determinar la tensión de alimentación y las características mínimas del transistor.
Magnitudes del amplificador.Según la hoja de características del fabricante, podemos determinar los máximos valores para la potencia y la corriente, así como la hipérbola de disipación máxima, podemos representar estos datos en una recta de carga.
Pero podemos encontrar dos casos diferenciados según la potencia a disipar por el transistor:
● Dicha recta no corta la hipérbola de disipación máxima.
En el primer caso, se representa una salida de un transistor sobredimensionado y por lo tanto no existirá ningún problema para el funcionamiento ya que trabajará dentro de sus valores de disipación de potencia.
● La recta de carga corta en dos puntos a la hipérbola.
En el segundo caso el transistor posiblemente acabe destruido, ya que se producirá un exceso de calentamiento.
El ambito ideal es aquel en el cual la hipérbola de la potencia es tangencial a la recta de carga del transistor como se ve en la imagen superior.
En este caso el transistor trabajará en el límite de seguridad. El punto de polarización estará en el centro de la recta de carga para que la excursión de la corriente de salida sea máxima, coincidiendo con el punto de tangencia de disipación máxima y sus valores serán:
VCEQ = VCEmax ÷ 2 ; ICQ = ICmax ÷ 2
El valor de la resistencia de carga RL y de la intensidad máxima ICmax será:
RL = VCEmax ÷ ICmax ; Imax = ICmax ÷ 2
La potencia de salida en la carga, será:
PL = I2efRL =
(Imax ÷ √ 2)2RL=
(Imax ÷ 2 √ 2)2RL=
(I2Cmax ÷ 8) RL = (V2cc ÷ R2L x RL ÷ 8=
(V2cc ÷ 8 RL
La potencia máxima disipada por el transistor viene dado por:
PD = VCEQ x ICQ
V2cc ÷ 4RL
Relacionando las primeras fórmulas, podemos calcular la potencia en la fuente de alimentación:
Pcc = Vcc x ICQ
Vcc x (ICmax ÷ 2) =
(Vcc ÷ 2) x (Vcc ÷ RL) =
V2cc ÷ 4RL
Y el rendimiento de conversión viene dado por:
µ = PL ÷ Pcc =(V2cc / 8RL) ÷ V2cc / 2RL) = 0.25
Lo que implica un rendimiento del 25%.
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