BOYLESTAD NASHELSKY: Experimento 26

1. OBJETIVO

Medir los voltajes en DC y AC, así como la potencia de entrada y de salida para ambos amplificadores de potencia tanto de clase A como de clase B

2. EQUIPO REQUERIDO

2.1 Instrumentos

  • Osciloscopio
  • Multímetro Digital
  • Generador de funciones
  • Fuente de poder DC

2.2 Componentes



a. Resistencias
  • (1) 20 Ω
  • (1) 120 Ω
  • (1) 180 Ω
  • (2) 1 - kΩ, 0.5-W
  • (1) 10 - kΩ

b. Capacitancias
  • (3) 10 mF
  • (1) 100 mF

c. Transistores
  • (1) npn de media potencia, 15-W (2N4300 o equivalente)
  • (1) pnp de media potencia, 15-W (2N5333 o equivalente)
  • (2) diodos de silicio


3. EQUIPO UTILIZADO


Ítem
Serial UDES
Fuente de Poder CC

Generador de Funciones

Osciloscopio

Multímetro Digital


4. RESUMEN DE LA TEORÍA


Amplificador Clase-A

Un amplificador clase-A drena la misma potencia de la fuente de poder sea que haya sido aplicada o no una señal a la entrada. La potencia de entrada es calculada de la forma
Ec_1.JPG
Ecuación 1
La potencia provista por el amplificador puede calcularse usando:
Ec_2.JPG
Ecuación 2
donde la eficiencia del amplificador sera:


Ec_3.JPG
Ecuación 3
Amplificador Clase-B

Un amplificador clase-B no drena potencia alguna hasta que no se aplique una señal de entrada. En la medida que la señal entrante aumente, tanto la potencia drenada de la fuente de poder, como la liberada en la carga aumenta. La potencia de entrada a un amplificador clase-B es:
Ec_4.JPG
Ecuación 4

La potencia provista por el amplificador puede calcularse usando:
Ec_5.JPG
Ecuación 5
La eficiencia del amplificador se calcula usando la Ecuación 3

5. PROCEDIMIENTO

5.1. Amplificador Clase A: Polarización CC

a.

Calcular los valores de polarización en CC para el circuito de la Fig 1.

fig_26-1.JPG
Fig 1.

  • VB (Calculado) = 1.53 [V]
  • VE (Calculado) = 0.825 [V]
  • IE = IC (Calculado) = 41.27 [mA]
  • VC (Calculado) = 5.04 [V]

b.

Construya el circuito de la Fig. 1. Sí se desea mida y registre los valores reales en el espacio previsto en la Fig 1. Ajuste la fuente de poder a Vcc = 10V, mida y registre los voltajes de polarización:

V
Calculado
Medido
VB
1.53 [V]
1.57 [V]
VE
0.825 [V]
0.95 [V]
VC
5.04 [V]
4.84 [V]
Determine el valor de la corriente CC de polarización

  • IE = IC = VE/RE = 47.5 [mA]

5.2. Amplificador Clase A: Operación en AC

a.

Usando el valor de la corriente CC de polarización calculada en la Parte 1 y las ecuaciones dadas en el resumen de la teoría, calcule los valores de potencia y efeciciencia para la maxima oscilación de señal en el amplificador clase-A de la Fig 1.
  • Pi (Calculado) = 412 [mW]

Usando la maxima oscilación de señal con la corriente CC de polarización ajustada en la Parte 1:
  • Vo (Calculado) = 5.1 [Vp-p]
  • Po (Calculado) = 27,1 [mW]
  • %n (Calculado) = 6.57%

b.

Usando el osciloscopio, ajuste la señal de entrada ( f = 10kHz ) hasta obtener la máxima señal sin distorsión. Mida y registre los voltajes de entrada y salida:
  • Vi (Medido) = 55 [mV]
  • Vo (Medido) = 5 [Vp-p]

c.

Usando los valores medidos calcule la potencia y eficiencia para el amplificador clase-A de la Fig 1.
  • Pi = 412 [mW]
  • Po = 26.04 [mW]
  • %n = 6.32%


Compare los valores medidos y calculados de potencia y eficiencia obtenidos en la parte b y c:

Luego de analizar los resultados obtenidos en la parte b y c se puede notar que los valores de potencia y de eficiencia tanto medidos como calculados están en el mismo rango, es decir, la diferencia no es muy notable. Sin embargo, tomando los conceptos teóricos la eficiencia de este circuito de 6.5% es muy baja ya que se espera que este alrededor del 25%. Por esta razón se debe revisar este circuito y en los mejor de los casos volver a diseñarlo.

d.

Reduzca la señal de entrada a la mitad de la señal de entrada ajustada en la parte b. Mida y registres los voltajes de entrada y salida:
  • Vi (Medido) = 26 [mV]
  • Vo (Medido) = 3.0 [Vp-p]

e.

Calcule la potencia de entrada, salida y eficiencia usando la mitad del voltaje de entrada usado en la parte a.
  • Pi (Calculado) = 412 [mW]
  • Po (Calculado) = 9.37 [mW]
  • %n (Calculado) = 2.28%

f.

Usando los valores medidos calcule la potencia y eficiencia para el amplificador clase-A de la Fig 1.
  • Pi = 412 [mW]
  • Po = 9.38 [mW]
  • %n = 2.27%

Compare los valores medidos y calculados de potencia y eficiencia obtenidos en la pare e y f.

Al igual que en el análisis anterior mientras los valores medidos y calculados sean casi los mismos, este circuitos no sera practica ya que los valores de la eficiencia serán muy pobres para un amplificador Clase-A.

5.3. Operación del Amplificador Clase B

a.

Calcule las potencias para un amplificador Clase-B, como el de la Fig 2. para Vo = 1 [V-pico] y Vo = 2 [V-pico]
fig_26-2.JPG
Fig 2.

Para Vo = 1 [V-pico]:
  • Pi (Calculado) = 0.89 [W]
  • Po (Calculado) = 50 [mW]
  • %n (Calculado) = 5.61%

Para Vo = 2 [V-pico]:
  • Pi (Calculado) = 1.59 [W]
  • Po (Calculado) = 200 [mW]
  • %n (Calculado) = 12.57%

b.

Construya el circuito de la Fig. 2. Ajuste la fuente de poder a Vcc = 10V. Sí se desea, mida y registre los valores reales en el espacio previsto en la Fig 2. Ajuste la la entrada hasta Vo = 1 [V-pico]. Mida y registre los valores de voltajes AC:
  • Vi (Medido) = 3 [Vp-p]
  • Vo (Medido) = 2.6 [Vp-p]
  • Pi = 880 [mW]
  • Po = 90 [mW]
  • %n = 10.23%

Compare los valores calculados en la parte a con los valores medidos en la parte b.


c.
Ajuste la entrada hasta Vo = 2 [V-pico]. Mida y registre los valores de voltaje AC:
  • Vi (Medido) = 5 [Vp-p]
  • Vo (Medido) = 4 [Vp-p]

Mida la corriente suministrada (DC) por Vcc:
  • IDC (Medido) = 150 [mA]

Usando los valores medidos, calcule la potencia de entrada y salida, y la eficiencia del circuito:
  • Pi = 1.30 [W]
  • Po = 620 [mW]
  • %n = 47,7%

Compare los valores calculados en la parte a con los estos valores medidos.


CONCLUSIONES
  • Como se puede observar, a diferencia del amplificador Clase-A, cuando la entrada es Vo = 1 [V-pico] hay un incremento en la eficiencia del amplificador entre los valores calculados y medidos.

  • Es claro que la eficiencia del amplificador Clase-B incrementa cuando se incrementa la señal de entrada y en consecuencia aumenta también la señal de salida. Se nota a diferencia del amplificador Clase-A que la eficiencia de este amplificador (47.7%( si es cercana a la máxima eficiencia teórica que es de 78% por tanto este amplificador si resulta practico.