Objetivos: Construir y diseñar un amplificador de potencia con fuente partida, (a partir del siguiente s iguiente esquema básico):
El mismo será diseñado para un parlante de 4 ohms y con una resistencia de 4 ohm. Debido a que este amplificador es clase “B” utiliza dos transistores, uno amplifica los semiciclos positivos y el otro amplifica las semiciclos negativos (T1, T2) Estos semiciclos luego se unen para formar una sola señal la cual se emitida por el parlante (RL). El rendimiento de este amplificador es de un 70%. La fuente que utiliza es de +9v, -9v.
Lo primero fue calcular en base a la: RL: Impedancia del parlante Psal real: la potencia de salida real Calculo la psal Psal real: 2Psal
RL = 4Ω Psalreal = 5Ω Psal = 2,5
Luego calculamos la corriente de pico que pasara por el parlante ( IC):
Después se calcula la tensión de salida mediante la multiplicación de IC * RL:
Los transistores a usar en el T1/T2 son los: (tip102 y tip105) con un Vce=2V y un hfe= a 1000 min) y una tensión máxima de 60v.
Luego calculamos la tensión que cae sobre el parlante (VRL): VRL = 1,58 A.4Ω = 6, 32V
VRL = 6,32V
También averiguo la resistencia limitadora que va asociada en serie al parlante, la misma se calcula con un máximo de 20 veces más chica que la RL, por lo cual el valor más adecuado seria de 0.2Ω RL Re = = 0, 2 20 Re = 0, 2
Después se procede a calcular la tensión que cae sobre esta resistencia (VRL):
VRE = Ic.Re = 0, 316V VRE = 0,316
Ahora con los datos obtenidos calculo Vcc:
Luego averiguo las potencias y encuentro la potencia total que debe entregarla fuente
Pcc= Pr l+ Pr e+ Pdt 9V .1.58 A = (6, 32V + 0, 316V ),1,58 A + Pdt 14, 22W −10, 48W = Pdt
Pdt = 3,74 W
Calculamos la corriente IB la cual se obtiene por medio de la división de IC sobre HFE: =
IC 1,58 A = = 1,58 Ib hfe 1000
= 1,58 Ib
mA
mA
Luego calculamos potencia que disiparan los transistores y a además si se necesita colocarle disipador y que potencia tendrá que disipar el mismo. •
= resistencia juntura carcaza ( 2º C/W) = resistencia juntura ambiente
Pdtm =
(1,1.Vce) ∧ 2
=
10.(Re + 0,8. RL)
(1,1.9V ) ∧ 2 10.(0, 2Ω + 0, 8.4Ω)
=
2,88W
= 2,88 W Pdtm
Tj max − To = = PdtMax ojΘ 150°C − 80 2,88W
= 24,30°C
ojΘ = 24,30°C
Θ=
Tj max − To = oj PdtMax
ojre − ojc − ojd = Θba 24,30°C / W − 1, 56°C / W − 2°C / W = 20, 74°C / W Debido a los 20,74º C / W que no llega a disipar el mismo transistor se le tendrá que colocar un disipador para que el mismo no se queme por sobre temperatura, en cuanto al disipador se lo calcula en los manuales, el disipador tiene que tener menor o igual resistencia térmica.
EN CONTINUA: En base a estos datos calculamos Vce q3 que es la tensión colector emisor del transistor T3 0 = 2Vcc − 2.Vce.Q3 − 2,8V 0 = 2, 9V − 2,8V = Vce.Q3 15,2
= 7, 6V 2 Vcq3 = 7, 6V
Para que el amplificador funcione bien la tensión colector emisor de t3 tiene que se igual a la tensión que cae entre la resistencia R2 Y R1.
EN ALTERNA: Se cortocircuiten la fuente y los capacitares trabajan con un solo semiciclo
Ahora se procede a calcular el valor de R2, el mismo debe se 15 veces superior o mas al valor de RL es por esto que se adopta un valor de 100 ohms.
En corriente continua:
En corriente alterna: Para poder calcular R1 los pasos a realiza son los siguientes
Con esta ultima formula obtengo el valor de R1 por medio de un cuadro en el cual voy remplazando los diferentes valores de R1 hasta lograr una igualdad en el primer termino con el segundo y de esta forma obtengo que el valor de R1 = 3K3 −3
R1
1
. 3 = 2, 23.10 IcT
2 −3
−3
1 K
7.10 A
3 K 3
2,22.10 −3 A 2,1.10 −3 A
4 K 7
−3
R1 = 3K 3
3,296.10 A −3 IBB = 2, 23.10
−3
1,58.10 A 1,91.10 A
300 −6 IBB = 7,43.10
Para el T3 utilizo un transistor BC547C el cual tiene un HFE de 300
En CORRIENTE CONTINUA:
A A
Ahora como ICQ4 muy superior a ICQ3 lo que se hace es multiplicar la corriente por 20 La corriente ICQ3 y obtengo que ICQ4 es igual a 0.148 ma
Luego se calcula el valor de R4, que como esta en paralelo con la base y el emisor del transistor, debe caer la misma tensión (en este caso 0.7v, ya que no es un transistor darlington)
0, 7V
R 4
=
R 4
=
0, 7 =
4 Icq1,48.10
−7
A
4 K 7
Para proseguir fue necesario adoptar la tension que cae en VR5 se adopta (10% de Vcc), como por R5 debe circular ICQ4, se puede obtener la resistencia R5 por ley de ohm.
VR5 ≅ 1V R5 =
1V 1, 48.10 −4 A
= 6 K 8
R5 = 6 K 8 Adopto como transistor T4 a un BC557C Ahora calculo la corriente de base de del transistor T4 para esto divido ICQ4 / HFE Adopto un HFE de 300.
Adopto I (es quien polariza a T4) de un valor muy superior a IB4, eligiendo a I= 50 microA.
Ahora procedo a calcular la tensión sobre las resistencias R9, R10, R11 (VB) = que deben conservar cierta relación:
Vcc − VR5 − VBe4 − VB = 0 VB = 9V − 1V ′0, 7V VB = 7,3V Aplicando la siguiente formula obtengo la suma total de las resistencias es base a esto Adopto los valores de R9, R10, R11.
Luego habiendo obtenido VB caculo VA que es la tensión que cae en las resistencias R7 Y R8 en base a esto calculo R7 Y R8.
Una vez de haber terminado de calcular todas las resistencias se pasa a calcular los capacitores: C7 se lo calcula con una resistencia capacitiva de de 1k y se lo calcula con un frecuencia de 100HZ debido al ripple.
XC6 va asociada a R5 y R6, pero tiene que ser muy menor a la suma de estas dos y se calcula para una frecuencia de 20hz
En cuanto a C3 se elige entre 33 micro F y 100 micro F Después se calcula el capacitor de entrada para una frecuencia de 20HZ
Luego calculo C11 que esta asociado con R11 y se calcula para una frecuencia de 100hz debido al ripple
Por ultimo se calcula el C2 para una frecuencia de 20hz este esta relacionado con la R1
IC = 1.58 A IM = 1.58A / Π = 0.5 A -VCC)
que es la corriente que cir4culara por cada rama (+VCC /
Calculo del capacitor: C= IM / (VR* F)
0.5A / (0.9 * 100HZ) = 5555 μf
NOTA:
La frecuencia es de 100hz por que se rectifican ambos semiciclos ósea que es una fuente de onda completa.
Para el valor de los capacitares adopto dos capacitores uno de 2200μf y otro de 4700μf, Dos para cada rama. Se colocan en paralelo.
Calculo la tensión de ripple: VR = 5 % de VCC = 0.9 Calculo del secundario del transformador: E2 = (VO + (VR/2) + 2VD) / (2½) E2 = (9V + (0.9/2) + 1.4V) / (2½) E2= 7.5V (eficaces)
CALIBRACION DEL “AMPLIFICADOR”
Lo que se hizo para la “calibración” del amplificador fue usar un osciloscopio y un generador de señales.
>> Se puso en corto la entra del amplificador para hacer la calibración en continua. Al hacer eso se empezó por medir la caída de tensión que había entre los resistores R7 y R8 y después de tener ese dato se midió la caída entre RV3 y R11. Al variar el preset RV3 tenia que haber un variación entre 5 o 6 Volts.
>> Se medir la caída de tensión que había entre el transistor T3 y entre R2 y R1. Y se intento que en ambos casos tengan la misma tensión para que funciones correctamente y no distorsione el siglo + o el siglo – cuando se este metiendo por la entrada señales de audio. Esto se hacia con el potenciómetro RV3. También se podía variar el resistor R7 pero en este caso no fue necesario.
>> Se saco el corto que se hizo en la entrada y se puso señales puras senoidales desde un generador de señales (entre 10Hz hasta 25KHz) y a la salida del amp se colgó el osciloscopio para medir que tanto ruido y cuanto amplificaba respecto al generador. También se midió desde cuando amplifica hasta donde amplifica para tener una idea del rango que tiene de amplificación.
>>Para sacar el más ruido posible se anduvo variando el preset RV1 midiendo la salida (la distorsión por cruce) hasta que se llego a un punto en el cual se había sacado el mayor rango de ruido posible.
>> Luego se hizo mediciones en los transistores de potencia los T1 y T 2 para ver la tensión que proporcionan y para ver cuando calentaba individualmente y en conjunto para ver si el disipador que se calculo en la teoría podría servir o no. En nuestro caso pusimos un disipador un poco mas grande porque pensábamos que con el tamaño que nos dio en el cálculo calentaba mucho. Aparte como se encuentra ensamblado y esta cerrado con el microclima que se genera dentro de la carcaza pensamos que fue mejor poner un disipador un poco más grande.
CIRCUITO ESQUEMATICO Y EN PCB Circuito esquemático:
Circuito en PCB:
LISTA DE COMPONENTES
