1 Características Las principales características que debe satisfacer

ETAPAS DE SALIDA
Características
Las principales características que debe satisfacer la etapa
de salida de un amplificador son:
• Ser capaz de suministrar a una carga una potencia considerable con
niveles de distorsión armónica pequeños.
• Presentar una impedancia de salida pequeña de forma que la
ganancia en tensión apenas se vea afectada por la impedancia de la
carga.
• Ser capaz de satisfacer las características mencionadas
consumiendo una potencia DC pequeña y sin limitar la respuesta
frecuencial del amplificador.
tecnun
ETAPAS DE SALIDA
Clase A
Clase AB
Clasificación
Clase B
Clase C
tecnun
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ETAPAS DE SALIDA
El seguidor de emisor como etapa de salida
(Clase A)
vDD
+
Vi
-
Q1
Io
R3
Q2
IR
Q3
R1
Vo
RL
Normalmente IR será menor que
IQ por lo que la resistencia R2
será menor que R1, como se vio
en el capítulo anterior.
IQ
R2
-vDD
tecnun
ETAPAS DE SALIDA
Etapa de salida Clase A
Curva característica de transferencia
vDD
+
Vi
-
Q1
Io
R3
Q2
IR
Q3
R1
tecnun
R2
-vDD
Vi=Vbe1+V0
En este caso no puede considerarse Vbe1 Cte. ya que
se trata de gran señal, por lo que deberá expresarse
en función de IC1 e IS. También se supone R0>>RL.
Vo
I
kT
Vbe1= q ln C1
IS
RL
Si Q1 se encuentra en la región activa y βF>>:
IQ
IC1=IQ+
Entonces:
kT
Vi= q ln
V0
RL
IQ+
V0
RL
IS
+ V0
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ETAPAS DE SALIDA
Etapa de salida Clase A
Curva característica de transferencia
kT
Vi= q ln
V
IQ+ 0
RL
IS
+ V0
IQ>
VDD-VCE2sat
RL
RL>
VDD-VCE2sat
IQ
tecnun
ETAPAS DE SALIDA
Etapa de salida Clase A
Curva característica de transferencia
tecnun
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ETAPAS DE SALIDA
Etapa de salida Clase A
Formas de onda de la señal
Si se asume que VCEsat= 0 por simplicidad, y que la corriente de
polarización (IQ) se escoge de forma que:
IQ>
VDD-VCE2sat
RL
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ETAPAS DE SALIDA
Etapa de salida Clase A
Disipación de potencia
• En la transparencia anterior se ha observado como la máx.
disipación de potencia instantánea en Q1 es igual a VDD· IC1. Esto es
igual a la disipación de potencia en reposo de Q1. Entonces el
transistor Q1 disipa la máx. cantidad de potencia cuando v0=0. Como
esta condición puede fácilmente prevalecer durante tiempos de
periodos prolongados, el transistor Q1 debe tener capacidad para
resistir una continua disipación de potencia de VDD·IC1.
tecnun
• La disipación de potencia en Q1 depende del valor de RL.
Consideremos el caso extremo de RL=∞. En este caso iC1=IQ, y la
máxima disipación de potencia se dará para v0=-VDD, ya que en este
caso vCE1 presenta un valor máximo de 2VDD y la pD1=2VDD·IQ. Esta
condición normalmente no persistiría durante un intervalo
prolongado, por lo cual el diseño no necesita ser así de conservativo.
El promedio de disipación de potencia en Q1 es VDD·IQ.
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ETAPAS DE SALIDA
Etapa de salida Clase A
Disipación de potencia
• Una situación de mucho más riesgo se presentaría en el otro
extremo cuando RL=0, es decir un cortocircuito a la salida. En este
caso un voltaje positivo de entrada teóricamente resultaría en una
corriente infinita de carga. En la práctica circularía una corriente muy
elevada por Q1, llegando a producir su destrucción si la situación
persiste en el tiempo. Para evitar esta situación, las etapas de salida
suelen estar equipadas con protección contra cortocircuitos, como
veremos más adelante.
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• En cuanto al transistor Q2, éste conduce una corriente Cte. IQ, y el
máx. valor de vCE2 es 2·VDD, por lo que la máx. potencia instantánea
disipada será pD1=2·VDD·IQ. Al igual que antes esta condición no
suele prevalecer durante periodos prolongados de tiempo, por lo que
una cantidad más significativa para fines de diseño es el promedio de
la disipación de potencia en Q2, que es VDD·IQ.
ETAPAS DE SALIDA
Etapa de salida Clase A
Eficiencia de conversión de potencia
La eficiencia de conversión de potencia de una etapa de salida se define como:
η=
potencia de carga (PL)
potencia de alimentación (PS)
Para el seguidor de emisor considerado si se supone que el voltaje de salida es
una senoide con valor de pico V0, el promedio de potencia en la carga será:
P L=
2
1 (V0)
2 RL
La potencia suministrada por la fuente de alimentación es:
PS=2· VDD·IQ
Por tanto la eficiencia de conversión de potencia será:
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η=
(V0)2
4· VDD·IQ· RL
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ETAPAS DE SALIDA
Etapa de salida Clase A
Eficiencia de conversión de potencia
Como se ha visto anteriormente la amplitud máx. de señal de salida
que puede obtenerse, considerando vCE1=0 es:
V0=VDD=RL·I
Q
Por tanto la máx. eficiencia de
conversión de potencia que se puede
obtener mediante una etapa de salida clase A es:
(VDD)2
(V0)2
η=
= 0.25 Æ 25%
=
4· VDD·IQ· RL 4· (VDD)2
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La eficiencia máx. alcanzable del 25% es más bien baja, por lo que
no suele emplearse como etapa de salida en aplicaciones de gran
potencia (>1W). Por otra parte la tensión de salida suele limitarse a
valores más pequeños para evitar la saturación de los transistores y la
consiguiente distorsión no lineal, por lo que la eficiencia que se
alcanza normalmente es de 10% a 20%.
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