Amplificadores de potencia / Transistores de efecto de campo.

Actividad 1: Amplificador de potencia.

Para esta actividad se realizĂł el montaje de la imagen superior.

Tenemos un amplificador de potencia con simetrĂ­a complementaria compensado por diodo y con un potenciĂłmetro para el ajuste de distorsiĂłn de cruce por cero. Utilizado como un amplificador de audio con una respuesta de 100Hz a 1kHz y 1Vpico que entrega 0,5W a un altavoz de 8â„Ś.

Despejando đ??źđ??śđ?‘šđ?‘Žđ?‘Ľ :

đ??źđ??śđ?‘šđ?‘Žđ?‘Ľ = √

1 1 = √ = 0,354 đ??´ đ?‘…đ??ż 8

Considerando un β = 85 tenemos, para la corriente de base de ambos transistores:

đ??źđ??ľ =

đ??źđ??śđ?‘šđ?‘Žđ?‘Ľ 0.354 = = 4,16 đ?‘šđ??´ β 85

DiseĂąo del Amplificador: Primeramente, determinamos el valor de la corriente mĂĄxima en el colector que se necesita para lograr la potencia especificada en el altavoz: 2 đ??źđ??śđ?‘šđ?‘Žđ?‘Ľ đ?‘…đ??ż 1 đ?‘ƒđ??ż = = đ?‘Š 2 2

Para calcular el capacitor de salida tomamos la frecuencia inferior de 100Hz, la cual representa la frecuencia de media potencia utilizada para encontrar dicho capacitor. Considerando dicha frecuencia, tenemos:

đ?‘…đ??ż =

1 đ?‘¤âˆ—đ??ś

Despejando el Capacitor:

đ??ś=

1 1 = = 199Âľđ??š đ?‘¤ ∗ đ?‘…đ??ż (2đ?œ‹)(100)(8)

Se usarĂĄ un capacitor de 220ÂľF como valor mĂĄs cercano al calculado.

Para calcular el valor del potenciĂłmetro, tenemos: Aplicando LTK en la malla del centro del amplificador, aquella que contiene Vdiodo, Vpotenciometro y los Vbe de los transistores. đ?‘‰_đ?‘?đ?‘œđ?‘Ą = 〖đ?‘‰đ?‘?đ?‘’〗_đ?‘„1 + 〖đ?‘‰đ?‘?đ?‘’〗_đ?‘„2 − đ?‘‰đ?‘‘đ?‘–đ?‘œđ?‘‘đ?‘œ → đ?‘‰_đ?‘?đ?‘œđ?‘Ą = 0.7 + 0.7 − 0.7 = 0.7đ?‘‰

Aplicando, LTK en la malla mĂĄs externa, considerando que solo Q1 esta encendido, es decir, la malla que incluye ambas R1, el diodo y el potenciĂłmetro, tenemos:

đ??ź_đ?‘…1 = (đ?‘‰đ?‘?đ?‘? − 0.7 − đ?‘‰đ?‘?đ?‘œđ?‘Ą)/đ?‘…1 = (12đ?‘‰ − 0.7đ?‘‰ − 0.7đ?‘‰)/510â„Ś = 20.7đ?‘šđ??´

Por otro lado, aplicando LCK en el nodo de la base de Q1, tenemos: đ??źđ?‘?đ?‘œđ?‘Ą = đ??źđ?‘…1 − đ??źđ?‘? → đ??źđ?‘?đ?‘œđ?‘Ą = 20.7đ?‘šđ??´ − 4.16đ?‘šđ??´ = 16.54đ?‘šđ??´ Finalmente, el valor del potenciĂłmetro estarĂĄ dado por: đ?‘…đ?‘?đ?‘œđ?‘Ą =

đ?‘‰đ?‘?đ?‘œđ?‘Ą 0.7đ?‘‰ = = 42.32â„Ś đ??źđ?‘?đ?‘œđ?‘Ą 16.54đ?‘šđ??´

AsĂ­, se usarĂĄ un potenciĂłmetro de 1kâ„Ś para el ajuste de cruce por cero, ya que es el de menor valor con el que se cuenta.

CĂĄlculos de potencia, determinaciĂłn de eficiencia del amplificador Potencia proporcionada al amplificador:

đ?‘ƒ_đ?‘–đ?‘› = (đ?‘‰_đ??śđ??ś ∗ đ??ź_đ??śđ?‘šđ?‘Žđ?‘Ľ)/đ?œ‹ + (đ?‘‰_đ??śđ??ś^2)/(đ?‘…_đ?‘?đ?‘œđ?‘Ą + đ?‘…_1 ) = (12(0,354))/đ?œ‹ + 〖12〗^2/(42.32 + 510) = 1,61đ?‘Š

Potencia disipada por cada transistor:

đ?‘ƒđ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘›đ?‘

2 đ?‘‰đ??śđ??ś 122 = 2 = 2 = 0,456 đ?‘Š 4đ?œ‹ đ?‘…đ??ż 4đ?œ‹ 8

La mĂĄxima eficiencia del amplificador:

đ?‘›=

đ?‘ƒđ?‘œđ?‘˘đ?‘Ą 0,5đ?‘Š = ∗ 100% = 31,5% đ?‘ƒđ?‘–đ?‘› 1.61đ?‘Š

Funcionamiento Este circuito se llama comĂşnmente amplificador de potencia con simetrĂ­a complementaria, ya que se puede utilizar dos fuentes de energĂ­a de polaridad opuesta, pero en nuestro caso aislamos la carga con un capacitor, y se puede utilizar una fuente de energĂ­a simple.

El capacitor bloquea la cd (Vcc/2) de la carga. El capacitor tambiĂŠn proporciona la corriente de suministro a Q2 cuando Q1 no conduce. Esto es, el capacitor se carga al valor de cd de Vcc/2 en la uniĂłn de los dos emisores.

La línea de carga en cd es aun vertical, ya que el capacitor actúa como un circuito abierto para cd. El capacitor forma parte de la trayectoria de la corriente para un transistor cuando el otro está en corte. Por lo tanto, el capacitor se carga durante la conducción de Q1y se descarga durante la conducción de Q2.

Obtenemos la siguiente salida para el montaje a 100Hz:

Obtenemos la siguiente salida para dicho montaje a 1kHz:

Apreciamos que para 100Hz la salida se ha atenuado lo suficiente como para considerarse cerca de su frecuencia de corte, sin embargo, a esta frecuencia no se ha llegado a su frecuencia de corte totalmente.

Donde podemos comprobar el funcionamiento de nuestro amplificador, el cual tiene ganancia de corriente de 1, ya que son 2 amplificadores el colector común y en simetría complementaria.

Anexamos además un video demostrativo sobre el funcionamiento del amplificador como amplificador de audio, para mejores referencias sobre dicho funcionamiento, ver el video antes citado.

Actividad 2: Circuito de Muestreo.

Para esta actividad se realizó montaje da la imagen superior.

Los circuitos de muestreo se utilizan para tomar una muestra de una señal analógica en un instante dado y mantener el valor de la muestra durante tanto tiempo como sea necesario. El circuito de muestreo montado en la práctica consiste de un interruptor seguido de la etapa de retención de la señal y por ultimo una etapa de amplificación.

Para el interruptor se empleó un transistor FET MP102 a cuya compuerta se aplicó una señal cuadrada de una frecuencia 40 veces superior a la frecuencia de la señal de entrada.

Asimismo, a dicha compuerta se le conecto una resistencia de 15kΩ que tiene como función limitar la corriente que pasa a la misma. La etapa de retención viene dada por un capacitor de 1nf el cual se encarga de mantener la tensión de la señal de muestra, por último, para la amplificación de la señal de salida se usó un LM741 en configuración de amplificador no inversor cuya ganancia es de 2.

Funcionamiento del circuito La señal de muestra (Vi) sinusoidal, de 10Hz y 1Vp se aplica al drenador del J-FET, al mismo tiempo una señal cuadrada de 400Hz y de -12Vp es aplicada a la compuerta de este, mientras esta tensión sea un alto el FET se comportará como un interruptor cerrado y permitirá el paso de la señal Vi, esto permitirá que el condensador de 1nF se cargue con el valor de Vi en ese instante, luego al pasar a bajo el FET no permite el paso de Vi (interruptor abierto) lo que hará que al amplificador llegue el nivel de voltaje retenido por C1, por último el amplificador lo que hará será ampliar la señal de salida en un valor de 2, permitiendo así una mejor visualización.

Se obtuvo asĂ­ la siguiente seĂąal de salida:

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