Chapter 3 Literature Review
3.3 Mobile Learning
3.3.4 Use of Mobile Technologies for Learning
• Máxima tensión de alimentación: ± 50Vdc • Máxima corriente de colector: 7 A
• Resistencia térmica (Θjc): 1.7 ˚C/W (para Tc = 25 ˚C) • Temperatura máxima de carcasa (Tc): 85 ˚C
Condiciones de operación recomendadas:
• Tensión de alimentación: ± 35 Vdc • Resistencia de carga (RL): 8Ω
Características de operación (Ta = 25 ˚C , Vcc = ± 35 Vdc , RL = 8Ω)
• Corriente de polarización: Icco = 100 mA
• Potencia de salida: Po = 50W mínimo (con THD = 0.2% y 20Hz ≤ f ≤ 20
KHz)
• Respuesta en frecuencia: 10 Hz – 100 KHz (para: Po = 1W y 0 á –1db) • Resistencia de entrada: 52 K Ω (para: Po = 1W y f = 1 KHz)
10uF/50V 2 -35Vdc Q5 1uF/63V 8 D2 6 R9 4 10uF/50V D5 Q6 +35Vdc R8 3 Q3 1K 7 Q7 10 Q8 2pF Z1 Q10 R7 47 R3 Q9 R10 56K R11 5 Q4 1 R6 R2 R1 47nF D3 220uuF/50V R4 100 C1 C 470pF 56K 2K7 Q2 100 R5 D4 D1 220uF/50V 9 Q1 47uF/16V RL 8 Figura 1.79 3) TBA820M (de THOMSON)
Este es un amplificador de potencia de audio integrado monolítico, con las siguientes características principales:
Tensión de alimentación de 3 á 16 V
Baja corriente de polarización: 4 mA (típica), 12 mA (máxima)
Alta eficiencia (que lo hace aplicable a equipos portátiles con batería)
Potencia de salida hasta 2 W (típica), sin disipador externo (medida con RL
= 8Ω, Rf = 120 Ω, f = 1 KHz y distorsión total de 10%)
Alta impedancia de entrada
Baja corriente de polarización de entrada: 0.1 uA ( típica) Alto rechazo al rizado
No tiene inestabilidad térmica No tiene distorsión de cruce
Requiere pocos componentes externos Encapsulado DIL de 8 pines
Corriente pico de salida: 1.5 A (máxima)
Temperatura de almacenamiento: -40 á +150°C Temperatura de juntura: 150°C
Resistencia térmica: 80 °C/W
Sensitividad de entrada: 60 mV (típica, medida con VCC = 9V, PL = 1.2W,
RL = 8Ω, Rf = 120 Ω y f = 1 KHz)
Respuesta en frecuencia (á – 3db): 25 á 20,000 Hz (medida con VCC = 9V,
RL = 8Ω, Rf = 120 Ω y CB = 220pF)
Ganancia de tensión sin realimentación: 75 db (típica, medida con VCC =
9V, RL = 8Ω y f = 1 KHz)
Ganancia de tensión con realimentación: 34 db (típica, medida con VCC =
9V, RL = 8Ω, Rf = 120 Ω y f = 1 KHz)
Voltaje de ruido de entrada: 3 μVrms (típico, medido con VCC = 9V y ancho
de banda (3 db) de 25Hz á 20KHz)
Corriente de ruido de entrada: 0.4 nA (típico, medido con VCC = 9V y ancho
de banda (3 db) de 25Hz á 20KHz)
Relación señal a ruido: 70db (típica, medida con VCC = 9V, RL = 8Ω, Rf =
120 Ω, R1 = 100KΩ, PL = 1.2W y ancho de banda (3 db) de 25Hz á 20KHz)
Rechazo a la fuente de alimentación (PSRR): 42db (típica, medida con VCC
= 9V, RL = 8Ω, Rf = 120 Ω, C6 = 50μF y frecuencia de rizado de 100 Hz) CIRCUITO INTERNO EQUIVALENTE:
Podemos observar que Q2 y Q5 forman un amplificador diferencial de entrada Q1 y Q2 forman una etapa Darlington de entrada que permite elevar la resistencia de entrada y disminuir la corriente de polarización de base
Q3 y Q4 forman un espejo de corriente. Al actuar Q3 como fuente de corriente constante, puede presentar una alta impedancia para señal al colector de Q2 y ello permite que dicho transistor logre máxima ganancia de tensión.
Q6 es una fuente de corriente (forma parte de un espejo de corriente múltiple integrado además por Q7, Q12 y Q16) y se encarga de polarizar al amplificador diferencial asegurando un alto rechazo al modo común.
Q4 R1 2K Q14 Q6 D1 Q10 Q7 R5 6K Q5 6 Q1 R2 5.9K Q12 Q13 7 R4 2K Q3 8 5 3 2 D6 D2 D9 Q17 Q11 Q16 1 Q9 Q8 R3 6K R6 2K Q2 Q15 4 Q18 Figura 1.80
Q8, Q9 y Q10 se encargan de polarizar al espejo de corriente múltiple y ajustar la polarización de Q5.
Q5 está conectado en DC y AC directamente a la salida para asegurar que el voltaje DC de salida esté exactamente a la mitad de la fuente de alimentación e introducir realimentación negativa para ampliar el ancho de banda y reducir la distorsión. Adicionalmente, se tiene acceso al lazo de realimentación mediante el pin 2 para poder ajustar la respuesta en frecuencia.
Adicionalmente, a través del pin 1 hay acceso al circuito de entrada para introducir compensación y evitar posibles oscilaciones.
Al pin 8 se conecta una capacidad de filtro (C6) que permite mejorar el factor de rechazo a la fuente. De esta manera el amplificador se hace menos sensible a las variaciones del voltaje de la fuente, impidiendo que ello genere oscilaciones de baja frecuencia.
Al terminal 7 se conecta otro condensador de filtro para alimentar al circuito de entrada con una tensión constante y ligeramente más alta que la fuente para poder lograr la máxima excursión simétrica. Este efecto se logra conjuntamente con un resistor que se coloca entre los pines 6 y 7.
Q11 es un amplificador clase A que se usa como driver de la etapa de potencia. El transistor Q12 le permite actuar con su máxima ganancia permitiendo que el circuito logre la ganancia de tensión final.
Los diodos D1, D2, D3 y D4 permiten la compensación térmica y estabilidad del punto de operación de la etapa de potencia.
La etapa de salida formada por Q13, Q14, Q15, Q17 y Q18 forman un amplificador de simetría cuasi complementaria, que es el encargado de dar prácticamente la ganancia de corriente total del circuito.
CIRCUITOS DE APLICACION:
a) Amplificador con carga conectada a la fuente:
C1 100uF C3 0.22uF C5 500uF 5 Rf C2 100uF 7 6 TBA820M C4 0.1uF R2 1 RL Vi R1 10K 3 CB 1 +VCC 4 C6 50uF 8 2 Figura 1.81 b) Amplificador con carga conectada a tierra:
C1 100uF C3 0.22uF C7 100uF 5 Rf C2 100uF 6 TBA820M C4 0.1uF R2 1 R3 56 Vi R1 10K 3 CB 8 RL C6 50uF 1 +VCC 4 7 2 Figura 1.82 4) TDA2030 (de THOMSON)
Este es un amplificador de potencia de audio integrado monolítico, con las siguientes características principales:
Tensión de alimentación máxima simétrica de +/- 6V á +/- 18V y puede
alimentarse con una sola fuente de + 36V (máxima).
Corriente de polarización: 40 mA (típica), 60 mA (máxima)
Baja corriente de polarización de entrada: 0.2 uA ( típica), 2 uA (máxima) Alta corriente de salida (hasta 3 A), con protección contra cortocircuito. Potencia de salida: 18 W (típica, medida con RL = 4Ω, Av = 30db, f = 1
KHz, TC = 90°C y distorsión armónica total de 10%)
Incluye un sistema de protección térmica Alta impedancia de entrada: 5 M Ω (típica) Voltaje offset de entrada: +/- 20 mV (máximo) Corriente offset de entrada: +/-200 nA (máxima) Voltaje offset de salida: +/- 22 mV (máximo) Muy baja distorsión de cruce
Temperatura de almacenamiento: -40 á +150°C Temperatura de juntura: -40 á +150°C
Resistencia térmica: 3 °C/W
Sensitividad de entrada: 215 mV (típica, medida con Av = 30db, PL = 12W,
RL = 4Ω y f = 1 KHz)
Respuesta en frecuencia (á – 3db): 10Hz á 140KHz (medida con Av = 30db,
RL = 4Ω, PL = 12W)
Ganancia de tensión sin realimentación: 90db (típica, medida con f = 1 KHz) Ganancia de tensión con realimentación: 30 db (típica, medida con f = 1
KHz)
Voltaje de ruido de entrada: 10 μVrms (máximo, medido con RL = 4Ω y
Corriente de ruido de entrada: 200 pA (máximo, medido con RL = 4Ω y
ancho de banda (3 db) de 10Hz á 25KHz)
Temperatura de cápsula: 110°C (mínima, para activar la protección térmica) Rechazo a la fuente de alimentación (PSRR): 50db (típica, medida con RL
= 4Ω, Av = 30db, RG = 22 KΩ, Vrizado = 0.5 Vrms y frecuencia de rizado de 100 Hz)
CIRCUITO INTERNO EQUIVALENTE:
Q11 Q13 Q2 Q1 Q6 D3 R4 PROTECCION CONTRA CORTOCIRCUITO Y CORTE TERMICO D2 Q15 D4 PROTECCION CONTRA CORTOCIRCUITO Y CORTE TERMICO Q4 R7 2 D6 R5 Q7 Q16 Q17 Q10 Q3 3 Q9 R6 R2 D5 R3 4 Q5 D7 D1 1 Q14 Z1 5 Q12 R8 R1 Q8 Figura 1.83
Podemos Observar que se trata de un amplificador de simetría cuasi
complementaria, donde Q14 y Q15 forman la etapa de salida NPN Darlington y Q13, Q16 y Q17 forman la etapa de salida PNP simulado.
Q1, Q2, Q4 y Q5 forman un amplificador diferencial con etapas Darlington, lo cual permite elevar la impedancia de entrada y minimizar la corriente de polarización de base.
R1 y R2 introducen realimentación negativa en el amplificador diferencial a la vez que contribuyen a elevar más la impedancia de entrada.
Q3 y Q11 forman un espejo de corriente polarizado por medio de la tensión en D2 y los transistores Q7 y Q8. La corriente es suministrada por Q8, el que actúa como fuente de corriente constante.
El Mosfet Q7 actúa también como fuente de corriente constante y polariza al zener Z1, el cual está encargado de mantener constante la corriente de Q8.
D3, D4 y D5 polarizan la etapa de potencia y dan estabilidad térmica al punto de operación
Q6 actúa también como fuente de corriente presenta una alta impedancia de salida, para señal, al transistor Q4, permitiéndole una máxima ganancia de tensión.
Q12 forma la etapa amplificadora clase A, que es el driver para el amplificador de potencia y logra máxima ganancia de tensión debido a Q11 que actúa como fuente de corriente y le ofrece alta impedancia para señal
CIRCUITOS DE APLICACION:
A continuación veremos algunas aplicaciones típicas, en la que se incluye un amplificador tipo puente que es una configuración que permite cuadruplicar la potencia de salida para la misma resistencia de carga.
a) Amplificador con fuentes de alimentación simétricas:
C2 22uF C7 0.22uF 4 C5 100uF R2 680 D2 1N4004 5 D1 1N4004 TDA2030 C3 0.1uF R4 1 R1 22K Vi -VCC R3 22K 1 R5 C3 0.1uF RL C8 +VCC 3 C5 100uF C1 1uF 2
Emplear: R5 = 3R2 y C8 = 100 pF para ancho de banda de 20 KHz y Av = 38db Figura 1.84
b) Amplificador con una sola fuente de alimentación:
Para asegurar que la salida esté a la mitad de la fuente y tener máxima excursión simétrica, debe polarizarse el terminal 1, por medio de resistores, a la mitad de VCC
22uF 1 22K 4 RL 8 C5 100uF 680 1N4001 5 TDA2030 1N4001 TDA2030 C3 0.1uF 0.22uF 22K Vi -VCC 3 0.22uF 22K 1 1 5 22K D1 1N4001 C3 0.1uF 1 22K R2 680 C2 22uF 2 4 +VCC 3 C5 100uF 1uF D2 1N4001 2 Figura 1.85
La señal de entrada es recibida por el amplificador de la izquierda. Su salida está desfasada 180° respecto de la entrada. Esta señal es atenuada para luego ser ingresada al amplificador de la derecha. La salida de este último está en fase con la entrada. Esto hace que si la salida es del amplificador es VL, la tensión en la carga es 2VL. Como la potencia de salida es proporcional al cuadrado del voltaje, entonces dicha potencia es cuatro veces la que puede dar uno solo de los amplificadores. La resistencia de carga efectiva que “ve” cada amplificador es 4Ω
PROBLEMAS PROPUESTOS
PROBLEMA P1.13: En un amplificador de simetría complementaria, como el mostrado, explique por que el voltaje pico positivo, de salida, no puede llegar a ser igual al voltaje pico negativo
+VCC
R
-VCC
RL
Figura 1.86
PROBLEMA P1.14: Se desea entregar 15W a una carga de 8Ω, mediante un amplificador push-pull clase B. Si se disponen de transistores que tienen BVCEO = 100 V con β = 50 y VCE,sat = 2 V. Halle:
a) El valor de la fuente DC (VCC).
b) El mínimo valor de la relación de transformación (n) requerido. c) La potencia máxima que disipará cada transistor.
PROBLEMA P1.15: Un cierto transistor de potencia puede disipar hasta 40 W. Determine la potencia de salida máxima que puede obtenerse de un amplificador push pull usando dos de estos transistores cuando son operados en clase B. Asuma que la excitación es sinusoidal y la eficiencia del amplificador es de 65%
PROBLEMA P1.16: Explique por qué de las siguientes afirmaciones:
a) La resistencia térmica limita la disipación de calor en un transistor de potencia. b) La máxima disipación de potencia de un transistor depende de la temperatura. c) La zona de saturación recorta el pico negativo de la señal de salida.
d) En un amplificador de potencia clase B, la impedancia de entrada es no lineal. e) La máxima disipación de potencia en un transistor está representada por una
hipérbola en el plano Ic vs. Vce.
f) Los transistores de potencia en un amplificador push pull deben ser idénticos. g) Los transistores de potencia del amplificador de simetría complementaria deben tener las mismas características eléctricas.
h) En clase B se produce la distorsión de cruce.
PROBLEMA P1.17: Se desea entregar 10 W a una carga de 8Ω, mediante un amplificador Push Pull clase AB. Si se dispone de transistores con BVCEO = 80 V, β = 50 y VCE,sat = 2V. Asuma que los transformadores son ideales, el de entrada con n = 1 y el de salida con n = 3. Halle:
PROBLEMA P1.20: En el circuito mostrado es un amplificador push pull clase A, determine expresiones para: a) PCC b) PLmáx c) PCmáx d) La eficiencia total e)
La figura de mérito VCC Q2 T2 2 7 5 8 11 6 RL R14 R 1:1 2 7 5 8 11 6 VBB Q1 Ig 1:1 Ideal Figura 1.89
PROBLEMA P1.21: Analice el circuito mostrado y determine la máxima potencia de salida y la máxima potencia que disipa cada transistor.