Subido por Jesus Monago Cabello

Amplificador de Potencia

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Tema 1
Amplificadores de Potencia
Los sistemas eléctricos lineales destinados al accionamiento de algún elemento de
control (válvulas hidráulicas, motores, bobinas de deflexión, parlantes, antenas, líneas
telefónicas, etc.) utilizan en su etapa final, un amplificador capaz de entregar al
actuador la potencia requerida. En los casos en que la potencia a entregar es de
apenas unos mw (señales débiles), los circuitos no difieren mucho de los ya
estudiados. Cuando la potencia de salida supera los 100 mw (señales fuertes), las
técnicas de diseño son totalmente diferentes, ya que las impedancias que se manejan
son relativas e influyen en los parámetros de los dispositivos activos (transistores).
Transistores (BJT) de potencia
Disipadores
FN1016 160V 8A 70W 80MHz Transistor
Transistor For Power Amplifier
Un amplificador está formado por tres bloques principales bien diferenciados que son:
- Fuente de alimentación
- preamplificación
- Planta de sonido
Ejemplo:
TRAYECTORIA DE LA SEÑAL AMPLIFICADA
La figura ilustra el camino que sigue el sonido desde el computador, reproductor o fuente
de sonido, hasta la salida del parlante.
Hoy en día casi todos los reproductores son digitales, tales como: Reproductores MP3,
DVDs. Y por supuesto los computadores. En todos estos aparatos, la onda de audio se
genera electrónicamente a partir de los impulsos digitales grabados, sea en un CD, DVD,
memoria flash o en un disco duro.
A continuación la señal sale del reproductor y viaja a través de un cable apantallado,
hasta la entrada del amplificador (hasta aquí no tiene potencia suficiente para ser
escuchada), al atravesar el amplificador, crece en potencia y finalmente llega al
parlante, que es un transductor electroacústica encargado de empujar el aire,
generando una onda de sonido que percibimos con nuestros oídos.
La amplificación es efectuada por componentes activos como válvulas, transistores
y/o circuitos integrados, con el acompañamiento de componentes pasivos como
resistencias, condensadores, bobinas, diodos y transformadores.
Clasificación de los amplificadores de potencia
Tradicionalmente se consideran amplificadores de potencia aquellos que por manejar
señales de tensión y corriente apreciables no pueden ser analizados mediante la
búsqueda de un punto de trabajo y la aplicación del modelo de pequeña señal
correspondiente.
A continuación se presenta una clasificación de los amplificadores de potencia según
su campo de aplicación, agrupando los que poseen características similares.
1) Amplificadores para control (continua a 100Hz, carga: motor)
2) Amplificadores de baja frecuencia (hasta 100 KHz)
2.a) Amplificadores para equipos de sonido (carga: altavoz)
2.b) Amplificadores telefónicos (carga: línea)
3) Amplificadores de transmisión (hasta MHz, carga: línea)
4) Amplificadores de vídeo (tensiones altas, corrientes moderadas, carga hi-Z)
5) Amplificadores de emisión (RF, sintonizados, clases B y C)
En este tema se estudian los amplificadores del grupo 2.a, y en particular, los
amplificadores que entregan potencias de salida moderadas (1 W a 50W).
Los amplificadores de potencia suelen recibir en su entrada una señal con una
amplitud comprendida entre décimas de voltio y varios voltios. Esta señal procede de
una etapa amplificadora anterior (generalmente un circuito de control de volumen,
balance y tono o ecualización), capaz de suministrar exclusivamente corrientes de
pequeño valor (menos de 1mA).
Por lo tanto, la impedancia de entrada debe ser superior a unos 5K, siendo valores
típicos de 10K a 100K.
Para obtener una potencia en la carga de varios vatios, el amplificador debe ser capaz
de entregar en su salida tensiones eficaces entre varios voltios y decenas de voltios.
Además, como las cargas suelen ser de baja impedancia (p. ej. altavoces) deben
entregar corrientes de hasta varios amperios. Por lo tanto, la señal recibida debe ser
amplificada tanto en tensión como en corriente.
Puesto que los amplificadores de potencia se caracterizan por poseer un
comportamiento fuertemente no lineal, es necesario utilizar realimentación negativa
para mantener los niveles de distorsión dentro de un margen razonable. La
realimentación negativa facilita también la obtención del ancho de banda necesario
(20Hz a 20 KHz para audio).
Cuando la carga es un altavoz, es necesario que el amplificador posea una resistencia
de salida muy baja. De esta forma se obtiene un fuerte amortiguamiento de la
membrana del altavoz (efecto de freno eléctrico).
Conceptos complementarios:
El sonido: Es originado por vibraciones periodicas de un cuerpo con frecuencias
comprendidas entre 16 o 20 Hz y 20KHz y debe estar dentro de un medio material
adecuado para que las ondas puedan propagarse. Depende tambien del medio, la
velocidad de propagacion del sonido. Por ejemplo:
- En el aire a 0oC, la velocidad es 331 m/s
- En el aire a 20oC, la velocidad es 343 m/s
- En hidrogeno puro a 0oC, la velocidad es 1290 m/s
- En agua dulce, la velocidad es 1450 m/s
- En agua de mar, la velocidad es 1504 m/s
a) Intensidad: Esta determinada por la amplitud de la vibracion.Esta relacionada con la
energia que transporta la onda.Para medir la minima potencia que puede detectar un
oido normal, se usa la frecuencia de 1KHz y se reduce la potencia hasta el minimo
capaz de provocar sensacion auditiva.El oido responde en forma logaritmica a las
variaciones de potencia, por lo que los potenciometros usados para ajustar el
volumen son de tipo logaritmico.
Adicionalmente si la relacion entre la potencia final y la inicial es de 10 (= 101 ) se dice
que esta relación corresponde a 1 Bel, si la potencia final y la inicial es de 100 (= 102 )
se dice que esta relación corresponde a 2 Bel, y asi sucesivamente.Debido a que el oído
puede captar diferencias de potencias inferiores a 1 Bel se acostumbra usar una unidad
diez veces menor, el Decibel.Cuando tenemos una medida en decibeles, basta dividirla
por 10 para tener su expresión en Bel
Tambien se emplean unidades en decibels.
dbw: La letra w se refiere a que se usa como referencia 1 vatio. Es decir, la potencia de
un vatio equivale a 0 dbw.
dbm: La letra m se refiere a que se usa como referencia 1 mili vatio. Es decir, la
potencia de un mili vatio equivale a 0 dbm.
dbu: La letra u se refiere a que se aplica una potencia de 1 mili vatio a una carga de 600
ohmios. Para producer esa potencia la Resistencia debe recibir 0.775 voltios eficaces.
Transductores: Debido a que los amplificadores electronicos funcionan con
electricidad para amplificar un sonido es necesario convertirlo en una variacion electrica
directamente proporcional. El dispositivo que realiza esta operacion es un transductor
que recibe el nombre de microfono. Una vez que la señal ha sido amplificada con la
potencia requerida, se hace necesario convertirla nuevamente en sonido, para ello
usamos otro transductor que recibe el nombre de parlante o altavoz. Debe notarse que
estos transductores deben ser lo mas lineales posibles en todo el rango de trabajo para
impedir que los sonidos sean alterados con respecto a los originales.
Parámetros de los amplificadores de baja frecuencia:
Los parámetros que deben tener un buen amplificador de audio están regidos por
normas internacionales, como por ejemplo, la norma DIN 45 500. A continuación se
detallan los mas importantes:
a) Distorsion armonica (Harmonic Distortion):
Es originada por la falta de linealidad de los circuitos electrónicos. Se presenta cuando
en la salida aparecen componentes armónicas que no estaban presentes en la entrada,
lo cual constituye una deformacion. La norma mencionada exige que esta distorsión sea
menor del 1% a la potencia nominal. Los fabricantes especifican comunmente la
distorsion armonica total (THD).
Nota: Un amplificador lineal se caracteriza por presentar una tensión de salida que es
directamente proporcional a la tensión de la señal de entrada. La distorsion de una
señal producida por un amplificador, esta directamente relacionada con la existencia
de diferencias en el contenido armonico entre la señal de salida y la de entrada,
ademas de la ganancia. La distorsión puede deberse a:
• Fenómenos transitorios tales como arranque de motores, conmutación de capacitores,
efectos de tormentas o fallas por cortocircuito entre otras.
• Condiciones permanentes que están relacionadas con armónicas de estado estable.
En los sistemas eléctricos es común encontrar que las señales tendrán una cierta
distorsión que cuando es baja, no ocasiona problemas en la operación de equipos y
dispositivos. Existen normas que establecen los límites permisibles de distorsión,
dependiendo de la tensión de operación y de su influencia en el sistema.
TDD: Distorsión de demanda total
donde:
Ih = Magnitud de la armónica individual
h = orden armónico
IL = demanda máxima de la corriente fundamental de carga, que se calcula como el
promedio máximo mensual de demanda de corriente de los 12 últimos meses o puede
estimarse.
Fig. 1.1.1) Efecto en el voltaje por la
conmutación de capacitores
Fig. 1.1.2) Forma de onda de corriente
Nota: Qué es una armónica?, son las ondas de frecuencia enteras ó multiples de números enteros de las frecuencias
fundamentales, que dan lugar a una señal distorsionada no sinusoidal
Funcion original
Fig. 1.3.1) Forma de onda original y sus componentes
armónicos: 1ª ,5ª ,7ª ,11ª y Componentes armónicas
relativas a la fundamental de la señal
b) Impedancia:
La impedancia de carga de un amplificador debera ser de igual valor que su impedancia
de salida para obtener el maximo rendimiento del conjunto. Se mide en ohmios.
La norma exige 4 u 8 ohmios de impedancia de salida para los amplificadores de baja
frecuencia.
c) Potencia:
Es la energia por unidad de tiempo que puede entregar el amplificador al parlante.
Puede ser expresada de diferentes formas, pero la manera correcta es en vatios sobre
una impedancia de carga nominal, sobre un rango de frecuencias determinado sin
sobrepasar el porcentaje de distorsion armonica prefijado.
La norma establece que la potencia minima a suministrar por un amplificador de baja
frecuencia es de 6w.
d) Relacion señal / ruido (SNR):
Es la relacion entre la amplitud de la señal de audio y la amplitud de la señal de ruido.
Esta relación es mas reducida en la etapa preamplificadora y, por ello, estas etapas deben
estar mas protegidas y construidas con componentes de bajo ruido. Se expresa en decibels
Para una potencia de salida determinada. La norma exige una relacion senal / ruido
superior a 50 db para 50 mw de salida.
e) Respuesta de Frecuencia:
El amplificador debe reproducir fielmente todas las señales de baja frecuencia sin
aumentar ni disminuir su ganancia. Para ello se grafica la curva de respuesta con las
Frecuencias de audio en el eje x y la ganancia expresada en decibels en el eje y. La
norma exige una respuesta en frecuencia de 40 a 16,000 Hz con variacion de +/- 1.5 db
a la potencia nominal.
LIMITES DEL TRANSISTOR BIPOLAR DE POTENCIA
La cantidad de potencia que se le podra entregar a una carga, tendra un limite
establecido por los parametros del transistor. De sus curvas caracteristicas podremos
apreciar dichas limitaciones:
1.- Limitaciones de caracter termico : La maxima potencia promedio que el
transistor puede disipar esta limitada por la temperatura que la juntura base-colector
puede soportar. Por ello, los diseños de circuitos incluiran un calculo de las condiciones
termicas para asegurar que no se exceda la maxima temperatura de juntura permitida.
: Es la Resistencia termica entre la juntura (j) y la capsula.
Tc0 : Temperatura de capsula (comunmente a 25 oC)
La potencia promedio (Pc) disipada en el circuito de colector es igual al promedio del
producto de la corriente del colector por el voltaje colector-base. La maxima potencia
promedio de colector permitida es especificada por los fabricantes.
LIMITACIONES DE CARACTER ELECTRICO
Relacionadas con la forma de las curvas, pues cuando queremos amplificar una señal
Con la menor distorsion posible, (clase A), se debe trabajar el elemento activo en su zona
Lineal (donde las curvas pueden considerarse lineas rectas, equidistantes y paralelas).
De las curvas se aprecia las limitaciones de corriente y tension en el funcionamiento
del transistor.
a) Bvceo(“Break down”- tension de colector- emisor-base abierta): Para grandes tensiones
de colector, las caracteristicas pierden linealidad debido a la ruptura en la union de
colector (similar al efecto zener o avalanche). En transistores de potencia estos valores
pueden estar entre 50 y 200 voltios.
b) Icmax (maxima corriente de colector) para grandes corrientes de colector, las
caracteristicas quedan muy juntas, perdiendo linealidad y ademas sometiendo a las
uniones a dichas corrientes, se pueden dañar fisicamente al transistor.
c) Pcmax: En ocasiones no habrá señal de entrada en el amplificador y luego, el punto
de operación debe corresponder a una disipacion de colector que sea segura. En la figura
podemos observar otras dos zonas.
Saturación: Para valores de Vce ≤ Vce,sat, se aprecia que ic es muy grande con los
Resultados considerados en icmax.
Son valores tipicos para:
Transistores de baja potencia (Pc<1w): => Vce,sat=0.1 a 0.3v
Transistores de potencia (Pc>1w):=> Vce,sat= 1 a 2v
Corte: Es el limite de la corriente del colector, donde las curvas tambien pierden
Linealidad. En nuestro estudio no se considera esta zona.
Especificaciones del transistor:
Icmax ≥ 2IcQ
Bvceo ≥ 2Vcc
Pcmax= VceQ IcQ
(SOA)
Disipación de calor
Los transistores de potencia (y otros dispositivos de potencia) deben disipar una gran cantidad
de calor generado internamente. En el caso de transistores de potencia con BJT, la terminal
colector es la unión crítica; por eso, la cubierta del transistor siempre se conecta a la terminal
colector. Todos los transistores de potencia se diseñan para que proporcionen una gran área de
contacto entre ellos y un disipador de calor externo. El calor proveniente del transistor fluye a
través de su cubierta hacia el disipador de calor y luego se disipa en el aire circundante. Los
disipadores de calor varían en tamaño, número de aletas y tipo de material. Su tamaño depende
del requerimiento de disipación de calor y de la temperatura ambiente máxima en la cual el
transistor debe operar. En aplicaciones de alta potencia (unos cuantos cientos de watts), puede
requerirse un ventilador.
La maxima capacidad de trabajo bajo carga de un transistor de potencia se caracteriza
con su Area de Operacion Segura (SOA). La curva SOA debe ser estrictamente
respetada en todos los limites absolutos.
Clases de los amplificadores de potencia:
Clase A:
Son amplificadores que consumen corrientes continuas altas de su fuente de
alimentación, independientemente de la existencia de señal en la entrada. Esta
amplificación presenta el inconveniente de generar una fuerte y constante cantidad
de calor, que ha de ser disipada. Esto provoca un rendimiento muy reducido, al
perderse una parte importante de la energía que entra en él. Es frecuente en circuitos
de audio y en equipos domésticos de gama alta, ya que proporcionan gran calidad de
sonido, al ser muy lineal, con poca distorsión.
Tiene una corriente de polarización igual a la corriente de salida que pueden entregar.
Los amplificadores de clase A a menudo consiste en tres transistores de salida,
conectado directamente un terminal a la fuente de alimentación y el otro a la carga.
Cuando no hay señal de entrada la corriente fluye directamente del negativo
al positivo de la fuente de alimentación, consumiéndose potencia sin
resultar útil.
La corriente de salida circula durante todo el ciclo de la señal de entrada (360º). Son
fundamentalmente lineales y se utilizan para potencias pequeñas. Las alinealidades
de los circuitos originan distorsión por 2º armónica y cuando son del orden del 1%,
ya se percibe.
Uno de los principales inconvenientes de los amplificadores en clase A es que, en
reposo, están consumiendo corriente por lo que el rendimiento de conversión se hace
bastante bajo.
Rendimiento del 25%. Circuito amplificador acoplado con transformador alcanza
al 50%
a) Con señal en la entrada: Habrá consumo de potencia de fuente, debido a la
polarización y disipación del transistor.
b) Sin señal en la entrada:Tambien habrá consumo de potencia de fuente, debido a la
polarización del transistor.
Esto y su bajo rendimiento, son las limitaciones del amplificador de potencia clase A.
La señal de salida era idéntica a la señal de entrada, lo único que variaba era su
amplitud (se había producido una "amplificación" de la señal de entrada).
Otra característica, de este tipo de amplificadores, era que la señal de salida sale
invertida con respecto a la señal de entrada (por eso se le denomina, también,
"amplificador inversor de fase"), es decir cuando la señal de entrada se encuentra en el
valor de pico del semiciclo negativo, en la salida nos encontraremos en el pico del
semiciclo positivo.
Clase B :
Los amplificadores de clase B se caracterizan por tener intensidad casi nula a través
de sus transistores cuando no hay señal en la entrada del circuito.
Ésta es la que polariza los transistores para que entren en zona de conducción, por lo
que el consumo es menor que en la clase A, aunque la calidad es algo menor debido a
la forma en que se transmite la onda.
Se usa en sistemas telefónicos, transmisores de seguridad portátiles, y sistemas de
aviso, aunque no en audio.
Los amplificadores de clase B tienen etapas de salida con corriente de polarización
infinita. Tienen una distorsión notable con señales pequeñas, denominada distorsión
de cruce por cero, porque sucede en el punto que la señal de salida cruza por su nivel
de cero volt a.c. y se debe justamente a la falta de polarización, ya que en ausencia
de esta, mientras la señal no supere el nivel de umbral de conducción de los
transistores estos no conducen.
La corriente de salida solo circula, durante medio ciclo de la señal de entrada. Se
utiliza cuando las potencias de salida son del orden del watt. El punto de trabajo (Q)
esta situado, en el corte, por lo tanto un transistor conducirá solamente 180º (medio
ciclo) caso por el cual, para amplificar los 360º , se necesitan dos transistores.
Características
Se les denomina amplificador clase B, cuando el voltaje de polarización y la máxima
amplitud de la señal entrante poseen valores que hacen que la corriente de salida
circule durante el semiciclo de la señal de entrada. La característica principal de este
tipo de amplificadores es el alto factor de amplificación.
Se caracterizan por tener intensidad casi nula a través de sus transistores cuando no
hay señal en la entrada del circuito, por lo que en reposo el consumo es casi nulo.
Dado que ocupa un lugar intermedio entre los de clase A y AB, cuando el voltaje de la
señal es moderado funciona como uno de clase A, cuando la señal es fuerte se
desempeña como uno de clase B, con una eficiencia y deformación moderadas.
Ventajas
•Posee bajo consumo en reposo.
•Aprovecha al máximo la corriente entregada por la fuente.
•Intensidad casi nula cuando está en reposo.
•Su eficiencia alcanza al 78.5%.
Desventajas
•Producen armónicos, y es mayor cuando no tienen los transistores de salida con las
mismas características técnicas, debido a esto se les suele polarizar de forma que se
les introduce una pequeña polarización directa. Con esto se consigue desplazar las
curvas y se disminuye dicha distorsión.
•Presenta una distorsión de cruce cuando el nivel señal pequeña (a.c.) de entrada es
menor que el voltaje umbral vbe (0.7v) del transistor.
CLASE AB:
Estos amplificadores reciben su nombre porque con señales grandes se comportan
como un clase B, pero con señales pequeñas no presentan la distorsión de cruce por
cero de la clase B. Estos básicamente son la mezcla de los dos anteriores (clase A y
B). Cuando el voltaje de polarización y la máxima amplitud de la señal entrante
poseen valores que hacen que la corriente de salida circule durante menos del ciclo
completo y más de la mitad del ciclo de la señal de entrada, se les denomina:
Amplificadores de potencia clase AB.
Los amplificadores de clase AB reciben una pequeña polarización constante en su
entrada, independiente de la existencia de señal. Es la clase más común en audio, al
tener alto rendimiento (78.5%) y calidad.
Tienen dos transistores de salida, como los de clase B, pero a diferencia de estos,
tienen una grande corriente de polarización fluyendo entre los terminales de base y la
fuente de alimentación, que sin embargo no es tan elevada como en los de clase A.
Esta corriente libre se limita al máximo valor necesario para corregir la falta de
linealidad asociada con la distorsión de cruce, con apenas el nivel justo para situar a
los transistores al borde de la conducción. Este recurso obliga a ubicar el punto Q en el
límite entre la zona de corte y de conducción.
La corriente de salida circula durante algo mas de medio ciclo durante mas de medio
ciclo. Se polarizan los transistores como para que aunque no haya señal en la entrada
haya una pequeña caída de tensión (Vbe), para vencer la inercia del tiempo que tardan
los transistores en llegar al valor de tensión de polarización (0.7V) para compensar la
distorsión de cruce.
CLASE C :
Los amplificadores de clase C son conceptualmente similares a los de clase B en que
la etapa de salida ubica su punto de trabajo en un extremo de su recta de carga con
corriente de polarización cero. Sin embargo, su estado de reposo (sin señal) se sitúa
en la zona de saturación con alta corriente, o sea el otro extremo de la recta de
carga.
El amplificador clase «C» es exclusivo de «RF». Utiliza como «carga» un circuito
tanque. La característica principal de este amplificador es que el elemento activo
conduce menos de 180º, de una señal senoidal aplicada a su entrada. Es decir, que
amplifica solo una porción de la señal. Su otra característica, no menos importante es
la de su alto rendimiento en potencia.
Vbe
Ic
Esta es una etapa de potencia clase C, para transmisores en la banda de 40 metros
(pero puede ser modificado para operar en los 80 metros). La potencia es de algunos
centenares de miliwatts. Los condensadores deben ser todos cerámicos y el transistor
se debe montar en un buen disipador de calor.
CLASE D:
Los amplificadores de clase D tienen un elevado rendimiento energético, superior en
algunos casos al 95%, lo que reduce la superficie necesaria de los disipadores de calor ,
y por tanto el tamaño y peso general del circuito.
Aunque con anterioridad se limitaban a dispositivos portátiles o subwooferws, en los
que la distorsión o el ancho de banda no son factores determinantes, con tecnología
más moderna existen amplificadores de clase D para toda la banda de frecuencias, con
niveles de distorsión similares a los de clase AB.
Los amplificadores de clase D se basan en la conmutación entre dos estados, con lo que
los dispositivos de salida siempre se encuentran en zonas de corte o de saturación,
casos en los que la potencia disipada en los mismos es prácticamente nula, salvo en los
estados de transición, cuya duración debe ser minimizada a fin de maximizar el
rendimiento.
Esta señal conmutada puede ser generada de diversas formas, aunque la más común es
la modulación por ancho de pulso. Ésta debe ser filtrada posteriormente para recuperar
la información de la señal, para lo que la frecuencia de conmutación debe ser superior al
ancho de banda de la señal al menos 10 veces.
Los amplificadores de clase D requieren un minucioso diseño para minimizar la radiación
electromagnética que emiten, y evitar así que interfieran en equipos cercanos,
típicamente en la banda de FM.
Fig. Diagrama de bloques de un amplificador Clase D
AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE A
En un amplificador de señal pequeña, la señal de ca se mueve a lo largo de un pequeño
Porcentaje de la recta de carga de ca. Cuando la señal de salida es más grande y se
aproxima a los límites de la recta de carga de ca, el amplificador es uno de señal grande.
Tanto los amplificadores de señal grande como de señal pequeña se consideran clase A
si operan en la región lineal en todo momento, como ilustra la figura 1.
Los amplificadores de potencia clase A son amplificadores de señal grande cuyo objetivo
es proporcionar potencia (en lugar de voltaje) a una carga. Como regla empírica,
un amplificador puede ser considerado como amplificador de potencia si su capacidad
nominal es de más de 1 W y es necesario considerar el problema de disipación de calor en
los componentes.
Fig. 1 Operación de un amplificador clase A básico. La salida se
muestra desfasada 180° con respecto a la entrada (invertida).
Punto Q centrado
Recuerde que las rectas de carga de cd y ca se cortan en el punto Q; cuando éste se
encuentra en el centro de la recta de carga de ca, se obtiene una señal clase A
máxima. Este concepto puede examinarse en la gráfica de la recta de carga de un
amplificador mostrada en la figura 2(a). Esta gráfica muestra la recta de carga de c.a.
con el punto Q en su centro. La corriente en el colector varía desde su valor en el
punto Q, ICQ hacia arriba hasta su valor de saturación, Ic(sat.) y hacia abajo hasta su
valor de corte de cero. Del mismo modo, el voltaje en el colector con respecto al
emisor excursiona desde sus valor en el punto Q, VCEQ, hacia arriba hasta su valor de
corte, Vce(corte) y hacia abajo hasta su valor de saturación de casi cero. Esta
operación se indica en la figura 2(b).
El valor pico de la corriente en el colector es igual a ICQ y el valor pico del voltaje en el
colector con respecto al emisor es igual a VCEQ en este caso. Esta señal es la máxima
que se puede obtener con el amplificador clase A. En realidad, la salida no alcanza el
punto de saturación o corte, por lo que el máximo práctico es un poco menor.
(a)
Fig.2 La salida máxima clase A ocurre cuando el punto Q se encuentra en el centro de la
recta de carga en ca.
(b)
Si el punto Q no está centrado en la recta de carga de ca, la señal de salida se limita.
La figura 3 muestra una recta de carga de ca con el punto Q alejado del centro hacia la
región de corte. En este caso, el corte limita la variación de la salida. La corriente en el
colector sólo puede variar hasta casi cero y una cantidad igual por encima de ICQ. El
voltaje en el colector con respecto al emisor puede excursionar sólo hacia arriba hasta
su valor de corte y una cantidad igual por debajo de VCEQ. Esta situación se ilustra en la
figura 3(a). Si el amplificador es llevado un poco más allá de esta situación, “recortará”
en el corte, como se muestra en la figura 3(b)
Fig. 3 Punto Q cerca del corte.
La figura 4 muestra una recta de carga con el punto Q alejado del centro hacia la
región de saturación. En este caso, la saturación limita la variación de la salida. La
corriente en el colector puede excursionar sólo hasta casi la saturación y una cantidad
igual por debajo de ICQ. El voltaje en el colector con respecto al emisor sólo puede
variar hacia abajo hasta su valor de saturación y una cantidad igual por encima de
VCEQ. Esta situación se ilustra en la figura 4(a). Si el amplificador es llevado más allá,
“recortará” en la saturación, como muestra la figura 4(b).
Fig. 4 Punto Q cerca de saturación
Ganancia de potencia
Un amplificador de potencia entrega potencia a una carga. La ganancia de potencia
de un amplificador es el cociente de la potencia de salida (potencia entregada a la
carga) entre la potencia de entrada. En general, la ganancia de potencia es
donde Ap es la potencia, PL es la potencia de la señal entregada a la carga y Pent es
la potencia de la señal entregada al amplificador.
La ganancia de potencia se calcula con una de varias fórmulas, disponibles según los
datos que se conozcan. Con frecuencia, la forma más fácil de obtener ganancia de
potencia es con resistencia de entrada, resistencia de carga y ganancia de voltaje.
Para ver cómo se hace esto, recuerde que la potencia se expresa en función de voltaje
y resistencia como
Para potencia de ca, el voltaje se expresa como rms. La potencia de salida entregada
a la carga es
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