Amplificadores clase D,E,F PDF

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AMPLIFICADORES ...

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS “ESPE”

Sede Latacunga

TEMA: AMPLIFICADORES CLASE D,E,F

NOMBRE:

Michelle Alexandra Molina Villamarín

ASIGNATURA:

ELECTRÓNICA APLICADA

CURSO:

Cuarto Nivel

RESUMEN: Como hemos aprendido Un amplificador recibe una señal de entrada muy pequeña mediante una fuente y entrega una señal amplificada hacia algún dispositivo de salida, el cuál puede ser un parlante, una bocina, etc. Las características principales de un amplificador con una gran señal son eficiencia y la potencia del circuito, se han clasificado los amplificadores por clases dónde esta significa que los amplificadores representan la cantidad de variación de la señal de salida de un ciclo durante el ciclo completo de la señal de entrada. Tenemos el ciclo A, B, C, D, E, F. Los tres primeros ciclos los hemos revisado en clases y los ciclos que les presentaré en este trabajo son: ciclo D, E, E, donde podrán ver una breve definición con su respectiva curva característica y las aplicaciones de cada amplificador, de cada clase.

AMPLIFICADOR CLASE D Un amplificador clase D está diseñado para que opere con señales digitales o de pulsos. Con este tipo de circuito se logra una eficiencia de más de 90%, lo que lo hace bastante deseable en amplificadores de potencia. Se necesita, sin embargo, convertir cualquier señal de entrada en una forma de onda pulsante antes de utilizarla para excitar una carga de gran potencia y luego volver a convertir la señal en una señal senoidal a fin de recuperar la señal original.

La figura 12.26 muestra cómo se puede convertir una señal senoidal en una señal de pulsos con alguna forma de onda de diente de sierra o recortada, para que se aplique junto con la entrada a un circuito de amplificador operacional tipo comparador, de modo que se produzca una señal de pulso representativa. Aunque se utiliza la letra D para describir el siguiente tipo de operación de polarización después de la clase C, la D también podría significar “Digital”, puesto que tal es la naturaleza de las señales proporcionadas al amplificador clase D.

La figura 12.27 muestra un diagrama de bloques de la unidad requerida para amplificar la señal clase D y luego convertirla de nuevo en una señal senoidal mediante un filtro pasobajas. Como los dispositivos transistorizados de los amplificadores utilizados para generar la salida están básicamente apagados o encendidos, proporcionan corriente sólo cuando están encendidos, con poca pérdida de potencia por su bajo voltaje de “encendido”. Como la mayor parte de la potencia aplicada al amplificador se transfiere a la carga, la eficiencia del circuito en general es muy alta. Los dispositivos de potencia MOSFET han sido los preferidos como dispositivos de control del amplificador clase D.

APLICACIONES • La principal ventaja de un amplificador de clase D es la eficiencia energética. Debido a que los impulsos de salida tienen una amplitud fija, los elementos de conmutación (por lo general MOSFETs , pero los tubos de vacío, y en un tiempo transistores bipolares , se utilizaron) son conmutados o bien completamente o completamente fuera, en lugar de que opere en modo lineal. Un MOSFET opera con la resistencia más baja cuando está completamente en y por lo tanto (excluyendo cuando está completamente apagado) tiene la disipación más bajo de energía cuando en esa condición. En comparación con un dispositivo de clase AB equivalente, menores pérdidas de un amplificador clase D permiten el uso de una más pequeña disipador de calor para los MOSFETs mientras que también reduce la cantidad de potencia de entrada necesaria, lo que permite un diseño de fuente de alimentación de capacidad inferior. Por lo tanto, los amplificadores de clase D son más pequeños que un amplificador clase AB equivalente. • Otra ventaja del amplificador de clase D es que puede operar desde una fuente de señal digital sin necesidad de un convertidor de digital a analógico (DAC) para convertir la señal a forma analógica primero. Si la fuente de señal es en forma digital, tal como en un reproductor de medios digitales o tarjeta de sonido del ordenador , los circuitos digitales puede convertir la señal digital binaria directamente a una modulación de ancho de pulso de la señal que se aplica al amplificador, lo que simplifica la circuitería considerablemente. • Amplificadores de Clase D son ampliamente utilizados para control de motores -pero ahora también se utilizan como amplificadores de potencia, con circuitería adicional que convertidos analógico a un impulso de frecuencia mucho más alta anchura de la señal modulada. Fuentes de alimentación conmutadas incluso se han modificado en los amplificadores de clase D de crudo (pero en general éstos sólo se reproducen las bajas frecuencias con una precisión aceptable). • Clase-D amplificadores de potencia de audio de alta calidad ahora han aparecido en el mercado. Estos diseños se han dicho a los amplificadores AB tradicionales rivales en términos de calidad. Un uso temprano de los amplificadores de clase D era de alta potencia subwoofer amplificadores en los automóviles. Debido subwoofers se limitan generalmente a un ancho de banda no superior a 150 Hz, la velocidad de conmutación para el amplificador no tiene que ser tan alta como para un amplificador de gama completa, lo que permite diseños más simples. Amplificadores de clase D para conducir subwoofers son relativamente baratos en comparación con los amplificadores de clase AB.

AMPLIFICADOR CLASE E El amplificador de clase E es un amplificador de potencia de conmutación sintonizado altamente eficiente utilizado en las frecuencias de radio. Se utiliza un elemento de conmutación de un solo polo y una red reactiva sintonizado entre el interruptor y la carga. El circuito obtiene alta eficiencia por solamente el funcionamiento del elemento de conmutación en los puntos de cero de corriente (ON a OFF de conmutación) o de tensión cero (OFF a ON de conmutación) que minimiza la energía perdida en el interruptor, incluso cuando el tiempo de conmutación de los dispositivos se compara largo a la frecuencia de operación.

El amplificador clase E usa como dispositivo activo un switch y tiene un potencial de alta eficiencia porque los estados “on” y “off” cumplen las condiciones (1) y (2) y la (3) se logra por el uso de esta red de carga sintetizada para mantener una óptima respuesta de transición a la operación cíclica del switch. 1) el voltaje a través del dispositivo cuando la corriente fluye por él. 2) la corriente a través del dispositivo cuando existe voltaje en sus terminales. 3) la duración de cualquier condición inevitable en la que apreciable corriente y voltaje existan simultáneamente.

APLICACIONES •

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Una aplicación del modo de operación en clase E es el oscilador de potencia sintonizado de alta eficiencia en clase E, este circuito diseñado apropiadamente permite obtener la misma eficiencia del colector que el amplificador de potencia en clase E. Generación de energía de radio frecuencia para calentamiento: Se puede tener un calentamiento inductivo y un calentamiento dieléctrico. El calentamiento inductivo se basa en la generación de calor por medio de las pérdidas de magnetización de materiales ferromagnéticos. Generación de arcos o plasmas: altas temperaturas son generalmente producidas con la ayuda de un arco eléctrico. Conversor DC/DC de alta frecuencia: denominados también circuitos troceadores, los cuales pueden hacer la conversión del voltaje DC de la fuente a otros niveles diferente. En la actualidad son ampliamente usados en la implementación de fuentes reguladas del tipo “swirching” o conmutadas.

AMPLIFICADOR CLASE F Los amplificadores de clase F aumentan la eficiencia y la salida mediante el uso de resonadores armónicos en la red de salida para dar forma a la onda de salida en una onda cuadrada. Los amplificadores de clase F son capaces de lograr altas eficiencias de más del 90% si se utiliza la sintonía infinita de armónicos.

Clase F puede ser impulsado por seno o por una onda cuadrada, para una condición sine la entrada puede ser sintonizado por un inductor para aumentar la ganancia. Si la clase F se implementa con un solo transistor, el filtro es complicado de los armónicos pares cortos. Todos los diseños anteriores utilizan bordes afilados para minimizar la superposición.

Cualquier frecuencia situada por debajo del punto de corte y que tiene su segundo armónico por encima del punto de corte puede ser amplificada, que es un ancho de banda de octava. Por otra parte, un circuito serie inductivo-capacitivo con una gran inductancia y una capacitancia sintonizable puede ser más sencillo de implementar. Al reducir el ciclo de trabajo por debajo de 0,5, la amplitud de salida puede ser modulada. Los degrada forma de onda cuadrada de voltaje, pero cualquier sobrecalentamiento es compensado por la potencia total inferior que fluye. Cualquier falta de coincidencia de carga detrás del filtro sólo puede actuar sobre la primera forma de onda de corriente armónica, claramente solamente una carga puramente resistiva tiene sentido, entonces menor es la resistencia, mayor será la corriente.

APLICACIONES •

Actualmente, con el rápido crecimiento de las tecnologías de telefonía móvil celular, cada vez se pide más eficiencia energética a los terminales móviles. Para poder satisfacer esta necesidad, este proyecto presenta el diseño, fabricación y medida de un amplificador de potencia (PA) clase F utilizando un transistor GaN HEMT del proveedor Cree. El objetivo de este proyecto es diseñar un amplificador clase F para la banda GSM, una de las bandas de frecuencia más utilizadas para transmitir en telefonía móvil celular, con alta eficiencia, minimizando la potencia disipada por el amplificador. Por otro lado, en la actualidad todavía no hay ningún amplificador de este tipo para telefonía móvil, sólo se comercializa móviles con amplificadores de clase A y B. El amplificador de potencia clase F es uno de los más eficientes pero también uno de los que presentan mayor dificultad de diseño. El diseño dificultoso de la topología de la red, para el PA clase F, utiliza una técnica novedosa con filtros resonadores, el cual permite el control de los armónicos, proporcionado una mayor eficiencia. Estos filtros estarán compuestos por elementos distribuidos. Es decir, líneas de transmisión microstrip que son muy utilizados en la fabricación de circuitos de radio frecuencia y microondas. El diseño debe conseguir un compromiso entre ganancia, eficiencia y estabilidad del amplificador de potencia, lo que suma a cumplir varios requisitos a la vez para el diseño de

este amplificador clase F. Se realiza simulaciones del diseño del amplificador clase F con herramientas sofisticadas del Advanced System Design (ADS), con carácter no lineal. Finalmente, después de simular muchas y diferentes topologías de diseño, el amplificador clase F con un potencia de entrada de 22 dBm a 900 MHz, proporciona una eficiencia de potencia agregada (PAE) de un 68.1 % con una potencia de salida de 6.63 W y una eficiencia del drenador de casi 70 %.

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PRASCA, D. E. (2019). DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN AMPLIFICADOR CLASE D CON. Obtenido de https://repositorio.unisucre.edu.co/bitstream/001/948/1/T621.3892%20C339.pdf...