Informe Amplificador de Potencia

AMPLIFICADOR DE AUDIO DE ALTA POTENCIA

ANDERSON GIOVANNY ARIAS COCA

ANDRES MAURICIO CRISTANCHO JULIAO GABRIEL GIOVANNY HERRERA ZARATE

EDGAR ANDRES TLLEZ CORTS

Msc. JAIME G. BARRERO Docente

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENERAS ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES Bucaramanga

2014

Diseo de circuitos analgicos Diseo de un amplificador de audio de alta potencia Marzo de 2014


ESCUELA DE INGENIERAS ELCTRICA, ELECTRNICA Y DE TELECOMUNICACIONES

Perfecta Combinacin entre Energa e Intelecto

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AMPLIFICADOR DE POTENCIA

INTRODUCCIN Las etapas de salida cumplen la funcin importante de proveer a la salida de un amplificador, una resistencia de carga baja de modo que se pueda entregar gran parte de la seal a la salida sin prdida de ganancia, de igual manera, garantiza que gran parte de la corriente en el circuito fluya por la carga evitando perdidas excesivas en los transistores, esta funcin es la que permite que estos tipos de topologas sean aplicadas a sistemas de audio, en donde el mayor objetivo es entregar un sonido ajeno al ruido existente en el circuito y a las fuentes electrnicas externas , junto con una gran potencia caracterstica de la eficiencia que posea la configuracin y consigo el sistema de audio. Los criterios ms relevantes a tener en cuenta en los distintos tipos de etapas de salida, corresponden a criterios de linealidad y eficiencia; El valor de la medida de estos parmetros en primer lugar es conocido como THD (Distorsin Armnica total) que corresponde al valor RMS de los componentes armnicos de la seal de salida excluyendo el armnico fundamental, por otra parte, la medida de la eficiencia en una etapa de salida corresponde a una gran exigencia de diseo puesto que el objetivo es lograr llevar la mayor cantidad de potencia a la carga de manera eficiente, esto que la potencia disipada por los transistores a la salida debe ser lo ms baja posible, de lo contrario se correra el riesgo de destruir los transistores, cabe resaltar que una alta eficiencia prolonga la vida de las bateras que se emplean en circuitos que utilizan estos tipos de entrada a la salida evitando as la necesidad de usar ventiladores de enfriamiento en los elementos del circuito. El uso de sistemas de desarrollo basados en diversos mtodos de programacin, presenta una gran ventaja en la realizacin de medidas de diferentes parmetros en tiempo real, con los cuales se obtiene un anlisis ms detallado en el desempeo del circuito de inters, ste se encuentra constituido por una configuracin amplificadora de alta potencia, la cual genera una seal amplificada y con caractersticas lineales en la carga, dependiendo el tipo de etapa de salida usada en esta configuracin. OBJETIVOS

Realizar el anlisis de las etapas de salida tradicionales, aplicadas a amplificadores de potencia.

Obtener por medio de simulacin las caractersticas de las etapas de salida tradicionales.

Realizar una comparacin entre los tipos de etapa de salida.

Elegir la configuracin que presente mejor desempeo en criterios de eficiencia y linealidad.

Implementar un amplificador de potencia que supere los 50 [W] a la salida.

Realizar la medicin del THD a la salida del amplificador de potencia mediante un sistema de desarrollo. MARCO TERICO Las etapas de salida son diseadas para trabajar con niveles de tensin y corrientes elevadas. Las aproximaciones y modelos de pequea seal no son aplicables para estas topologas o deben ser utilizados con mucho cuidado. La funcin de la etapa de salida es aumentar el nivel de una seal, incrementando para ello, la amplitud de la seal de entrada mediante corrientes de polarizacin (voltaje negativo, voltaje positivo) en el transistor de salida. Las etapas de salida tradicionalmente son clasificadas de acuerdo a la forma de onda de la corriente de colector del transistor de salida, su clasificacin tradicional se hace en 3 clases de etapa de salida conocidas como: clase A, clase B, clase AB, clase C. adicionalmente, existe otro tipo de etapa de salida conocida como clase D, este tipo de topologa no sigue una linealidad en contraste con las etapas de salida tradicionales, sin embargo, presenta caractersticas de inters en cuanto a eficiencia y distorsin por lo cual genera una gran ventaja en aplicaciones especialmente de audio.





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Figura 1 Clasificacin de las etapas de salida tradicionales: a) Clase A; b) Clase B; c) Clase AB y d) Clase C.

La etapa de salida Clase A presenta una gran desventaja puesto que presenta un consumo esttico de potencia incluso en ausencia de seal de entrada. La etapa de salida clase B tiene consumo esttico de potencia en modo standby prcticamente cero, utiliza dos transistores, uno NPN y otro PNP, en contrafase que conduce alternativamente en funcin de si la seal de entrada es positiva o negativa. La ventaja presentada por esta ltima topologa es una mejor eficiencia en comparacin a la presentada por la etapa de salida clase A, exactamente un 78% por parte de la clase B y un 25% por parte de la clase A.

Figura 2 a) Etapa de salida clase A y b) Curva de transferencia en tensin Vo vs Vin.

En la figura 2 se muestra un seguidor emisor Q1 polarizado con una corriente constante suministrada por el transistor Q2. Como la corriente en el emisor ie1=I + il, la corriente de polarizacin I debe ser mayor que la corriente de carga negativa ms grande; de lo contrario Q1 se desactiva y la operacin clase A ya no se mantiene.





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Figura 3 a) Etapa de salida clase B y b) Curva de transferencia Vo vs Vin.

En la figura 3 se presenta la estructura bsica de una etapa de salida clase B. Utiliza transistores NPN y PNP que deben ser complementarios, es decir, de idnticas caractersticas para lograr una simetra en su modo de operacin. Obsrvese como ambos transistores operan como seguidor de emisor con una ganancia en tensin muy prxima a 1, ambos transistores se polarizan con corriente cero y solo conducen en presencia de seal a la entrada.

Figura 4 Salida de la etapa clase B para diferentes amplitudes de entrada.

La distorsin de cruce caracterstica de la etapa de salida clase B puede ser eliminada aadiendo algn circuito que polarice a los transistores de salida con unas corrientes de polarizacin bajas, pero suficientes para que su punto de trabajo est en la regin lineal (prxima a la regin de corte), este tipo de modificacin da lugar a la etapa de salida clase AB.

Figura 5 Etapa clase AB con polarizacin por: a) diodos y b) multiplicador VBE





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La polarizacin con diodos presente en la etapa de clase AB, ensea una importante ventaja al proporcionar estabilizacin de la polarizacin con la temperatura. Al aumentar la temperatura, la VBE (Tensin base - emisor) de los transistores disminuye pero a su vez la cada de tensin de los diodos, lo que permite mantener constante la corriente de polarizacin de los transistores de salida. La corriente que circula a travs de los diodos de polarizacin, disminuir cuando la etapa de salida enve corriente a la carga. Una ventaja de la polarizacin con diodos es la de proporcionar un efecto compensador que proteja los transistores de salida contra el desbocamiento trmico en condiciones de reposo, este desbocamiento trmico se debe al incremento de la corriente de colector y consigo el aumento de disipacin de potencia. La polarizacin del multiplicador VBE, tambin brinda una estabilidad trmica en IQ, esto es cierto si R1 = R2 y Q3 se encuentra en contacto trmico estrecho con los transistores de salida. La etapa de salida clase D es un etapa no lineal, que logra eficiencias del 90-95% y que es de gran uso en aplicaciones de audio, a pesar de presentar una distorsin armnica a las etapas de salida tradicionales, presenta una ventaja, y es la de tener la mayor parte de esta distorsin en un rango de frecuencias por fuera del rango audible por un humano y de la capacidad de reproduccin por bobinas de los parlantes. La seal de audio es modulada con una seal PWM la cual es usada para disparar los Mosfet de salida, posteriormente pasa a una etapa de filtrado que remueve las altas frecuencias de la portadora PWM. La estructura general de una etapa de clase D, est constituida por un puente H o medio puente de transistores, alimentado por tensiones duales o simples. Una etapa clase D puede tomar dos tipos de seal de entrada, tanto una seal analgica como una digital.

Figura 6 Etapa de salida clase D, representada a partir de un amplificador clase D con topologa de puente completo.

ANLISIS DE LOS TIPOS DE ETAPAS DE SALIDA Como se mencion anteriormente, los tipos de etapas de salida existentes generalmente son empleadas en aplicaciones de audio, en donde los aspectos de inters para dichas aplicaciones se centran en criterios tales como eficiencia, fidelidad y linealidad e incluso la combinacin de estos criterios. A continuacin se har un breve anlisis de los tipos de etapas de salida tradicionales, y se expondrn las caractersticas ms relevantes de las mismas, junto con el anlisis de las ventajas y desventajas que presenta cada configuracin.





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CLASE A

R1

100

V1

10

V3

10

0

0H

I

HI

LO

0

V4

FREQ = 1KVAMPL = 10VOFF = 0

I1100m

LO

QbreakN

Q1

Figura 7 Etapa de salida clase A

La configuracin ms bsica para la etapa de salida clase A, se presenta en la figura 7 donde el transistor Q1 se encuentra conectado como un emisor seguidor, polarizado de manera directa por la fuente de corriente I1, que podra estar reemplazada por otro transistor BJT. Cabe resaltar que la corriente de polarizacin debe ser mayor a la corriente de carga negativa ms grande, de lo contario, el transistor Q1 se desactivar y la operacin de la etapa de salida no se mantendr. La caracteristica de transferencia del seguidor emisor esta dada por la ecuacin:

Donde depende de la corriente de emisor y de la corriente de carga .

Los limites definidos para la curva de transferencia de la etapa de salida clase A estn determinados por:

Figura 8 Curva de transferencia de la etapa de salida clase A.





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Para la obtencin de la curva de transferencia mostrada en la figura 8, el circuito de la figura 7 se aliment con 10 [Vp], una corriente de polarizacin de 100 [mA] y una carga de 100 []. Se hizo un barrido en DC en donde se vari la tensin a la entrada en un rango de [-10 y 10] [V], obteniendo:

La tensin corresponde al corte de la curva con el eje horizontal, que para este caso tiene un valor de

934.64 [mV]. Cabe resaltar que la parte positiva de la curva se obtiene gracias a la saturacin presente en el transistor Q1, la parte negativa de la curva se presenta una vez se desactiva Q1 y se satura Q2 en caso de ser polarizado con un transistor BJT Q2. Como se mencion anteriormente, una manera de clasificar y verificar el tipo de etapa de salida, es observar la forma de onda de la corriente de colector en el transistor de salida, al igual que la forma de onda a la salida.

Figura 9 Corriente de colector y voltaje a la salida de la etapa.

Como se puede observar la corriente de colector es propia de una etapa de salida clase A, en donde el nivel de continua de la seal constituye el valor de la fuente de polarizacin; Para la seal de salida, se eligi el valor de I

de polarizacin guardando la relacin , con el fin de poder ver la seal a la salida en los rangos de +Vcc

y Vcc, la saturacin presente en los niveles negativos de tensin, mostrada en la figura 9 se debe a que la seal de entrada tena un valor pico igual a la alimentacin, esta seleccin de la entrada se hizo a propsito con el fin de poder observar ms adelante, la eficiencia mxima de la etapa. La etapa de salida clase A, tiene la caracterstica de presentar una disipacin de potencia aun en ausencia de seal, debido a esto el transistor Q1 debe soportar una disipacin de potencia constante equivalente a la expresin P = Vcc*I. El valor de la carga RL, determina la cantidad de potencia disipada por el transistor Q1, para el caso en donde Rl = , la potencia estar determinada por el valor instantneo de Vo, en donde el valor mximo corresponde a la misma tensin VCC, para el caso en donde Rl = 0, en teora se producira un corriente infinita por lo cual la corriente que circula por Q1 es muy grande ocasionando la destruccin del transistor debido al aumento de temperatura por encima de lo permitido. En la figura 10 se evidencia la potencia de la carga e igualmente la potencia suministrada por las fuente de alimentacin del circuito.





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Figura 10 Potencia de la carga y potencia de las fuentes de alimentacin, etapa de salida clase A.

Como se mencion anteriormente, la potencia en Q1 esta expresada por la relacin P = Vcc*I, puesto que la potencia disipada por el transistor Q1 es igual a la del transistor Q2 quien es el que polariza en corriente, es prudente considerar la potencia de suministro como Psum = 2*Vcc*I. La potencia de la carga simplemente depende del valor RMS al cuadrado de la seal de salida, dividida por la carga, ambas potencias se muestran en la figura 10. Para el calcul de la eficiencia de la etapa de salida clase A, nos valemos de la expresin:

El valor de la eficiencia encontrado para este caso en particular, corresponde con la teora en donde se estipula que la eficiencia caracterstica en una etapa clase A est en el rango del [10 - 25] %. Este tipo de etapa de salida, es aplicado comnmente para aplicaciones que requieren baja potencia, la razn por la cual no han sido desechadas a pesar de su baja eficiencia, se debe a que este tipo de etapa, no presenta distorsin a la salida, tal y como se evidencia en el anlisis de THD de la figura 11.

Figura 11 THD medido para la etapa de salida clase A.

Para la obtencin de esta medida de distorsin, se aliment en seal con un valor pico de 1 [V], la razn por la cual este valor debe ser bajo, se debe a que el THD es mejor medirlo cuando la entrada en seal es baja puesto que exalta mejor la caracterstica de linealidad del circuito y la maneja en valores adecuados, es decir no excesivos.





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CLASE B

R1

8

V1

20

V3

20

0

0

LO

HI

HI

0

QbreakN

Q1

QbreakP

Q2

LO

V4


W

W

Figura 12 Etapa de salida clase B.

La configuracin ms bsica de la etapa de salida Clase B, es presentada en la figura 12, el circuito est compuesto por un transistor tipo N y un tipo P, su conexin indica que ambos transistores no pueden conducir al mismo tiempo, sino que su conduccin debe ser alternada. La operacin del circuito da inicio tan pronto hay seal de entrada, mientras no exista, ninguno de los transistores conducir, cuando la seal de entrada supera aproximadamente los +0.5 [V], el transistor Q1 empezar a conducir suministrando corriente a la carga y desactivando el transistor Q2, cuando la seal de entrada supera hacia abajo los -0.5 [V], el transistor Q2 estar activo y suministrando la corriente de carga, mientras el transistor Q1 inactivo. El circuito opera con una configuracin simtrica, de modo que Qn introduce corriente en la carga cuando Vi es positivo y Qp extrae corriente de la carga cuando Vi es negativo. A continuacin se presenta la curva caracterstica de transferencia de la etapa clase B.

Figura 13 Curva caracterstica de la configuracin de etapa clase B.

Como se puede evidenciar en la figura 13, la curva de transferencia presenta una banda muerta alrededor de Vi= 0[V], esta banda muerta produce una distorsin de cruce o transicin que da lugar a distorsiones en la onda de salida y especialmente en aplicaciones de audio, donde se generan a partir de ello sonidos desagradables. Una solucin a esta dificultad presentada en el cruce por cero, se puede suplir usando un amplificador de alta





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ganancia y alto slew rate dado que se requiere el funcionamiento alternado de los transistores Q1 y Q2, este amplificador deber estar conectado en realimentacin negativa. La forma de onda de la corriente de colector en la etapa clase B, es presentada en la figura 14, junto con la onda de tensin a la salida; La corriente de colector presenta semiondas sinusoidales, dado que el funcionamiento del transistor es alternado y la seal de entrada es sinusoidal. La seal de tensin a la salida, presenta una forma de onda sinusoidal que claramente evidencia un desajuste en la linealidad misma, este desajuste es ocasionado por la distorsin de cruce por cero explicada anteriormente.

Figura 14 Corriente de colector y voltaje a la salida de la etapa

Para el anlisis de eficiencia, es necesario interpretar la disipacin de potencia presente en el circuito; En primer lugar se sabe que la potencia disipada en la carga estar determinada por la relacin:

Por otra parte la potencia de las fuentes estar definida por la siguiente expresin:

Donde el trmino se debe a la forma de onda de la corriente circulante, es un semiciclo de la onda senoidal.

Cabe destacar que la potencia entregada por ambas fuentes de alimentacin es igual, por lo tanto la expresin de PS, ira multiplicada por 2 haciendo alusin a ambas fuentes. A continuacin se presenta la potencia en la carga de la etapa de salida clase B y la potencia suministrada por las fuentes de alimentacin del circuito.





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Figura 15 Potencia de la carga y potencia de las fuentes de alimentacin, etapa de salida clase B.

Para el clculo de la eficiencia a partir de las expresiones de potencia para la carga y para las fuentes, es necesario considerar que la tensin Vo tendr un valor de Vcc con el fin de poder evaluar la potencia mxima que entrega el circuito, teniendo en cuenta estas consideraciones, la expresin de potencia queda representada por: Dnde:

Reemplazando las expresiones anteriores en la ecuacin de eficiencia y considerando los valores de Vcc = 20 [V] y RI = 8 [] en el circuito mostrado en la figura 12 obtenemos:

Tal y como se evidencia, el valor de la eficiencia en la etapa de salida clase B, es mayor al de la clase en por lo menos un 50%, esta ventaja es de gran utilidad en aplicaciones de audio, sin embargo no constituye los parmetros necesarios para obtener un buen desempeo en aplicaciones de audio puesto que la distorsin de cruce por cero influye en la linealidad de la seal de salida y consigo en la calidad del sonido en aplicaciones de audio. A continuacin se presenta la medida del THD para la etapa de salida clase B:

Figura 16 THD medido para la etapa de salida clase B.





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El valor en tensin para la seal de entrada tenida en cuenta para calcular el THD, fue de 10 [Vp], frente a una tensin de alimentacin en DC de 20 [Vp], la relacin de distorsin en cuanto la etapa de salida clase A, la cual tuvo una misma relacin en cuanto a seal de entrada y tensin de alimentacin, que tuvo un valor de 7.7 E-3, es notoria y su razn se debe a la distorsin de cruce por cero explicada con anterioridad. A partir de esta dificultad en el desempeo, surge la necesidad de estudiar la etapa de salida clase AB que busca resolver esta problemtica polarizando el circuito de la etapa clase B y obteniendo las ventajas presentadas de cada configuracin. CLASE AB

Polarizacin con Diodos

R1

100

V1

20

V3

20

0

0

HI

HI

LO

0

QbreakN

Q1

QbreakP

Q2

LO

D1

D1N4148

D2

D1N4148

I13m

HI

V4


Figura 16 Etapa de salida clase AB polarizada con diodos.

La etapa de salida clase AB, se diferencia de la otras etapas en cuanto a configuracin, en la polarizacin que se le hace a los transistores de salida, para este primer caso, la polarizacin es hecha por medio de 2 diodos, este tipo de configuracin ofrece la ventaja de estabilizar trmicamente la corriente en reposo de la etapa de salida, existente puesto que este tipo de configuracin disipa potencia en condiciones de reposo, dicho de otra manera, este tipo de configuracin proporciona un efecto compensador que protege a los transistores de salida contra el desbocamiento trmico en condiciones de reposo. Como aspecto de inters en la configuracin, es necesario tener cuidado a la hora de elegir la corriente de polarizacin, como restriccin para esta configuracin, la corriente tiene que ser mayor a la excitacin anticipada para el transistor Qn, una manera de elegir este valor es ver la cantidad de corriente que yo quiero que circule por los diodos, teniendo control de no quemarlos, y de la corriente que entra por la base del transistor Qn, la suma de estas corrientes corresponder a la corriente de polarizacin adecuada. Para nuestro caso en particular de la figura 16, la corriente mxima circulante por la carga ser:

De este modo la corriente mxima aproximada por la base de Qn es 2 [mA], la corriente circulante en los diodos elegida, es de 1[mA], por lo tanto la corriente de polarizacin tendr un valor de 3 [mA]. Para los valores mostrados en el circuito de la figura 16, se obtuvo la curva de transferencia haciendo un barrido en la tensin de alimentacin a la entrada, mostrada en la figura 17.





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Figura 17 Curva de transferencia de la etapa de salida clase AB.

Como se puede observar, la curva de transferencia presenta linealidad en todo el rango de Vi, adems de esto el cruce por cero existente en la etapa de salida clase B, es eliminada gracias a la polarizacin hecha a los transistores de salida, lo cual permite que estos se activen con niveles de tensin muy bajos para Vi.

Figura 18 Corriente de colector y voltaje a la salida de la etapa clase AB.

La figura 18 nicamente corrobora la forma de onda tanto de la corriente de colector, como de la tensin a la salida, la razn por la cual se presenta la saturacin en ambas seales, se debe a que la tensin en seal a la entrada es igual a la tensin de alimentacin Vcc, esto por efectos prcticos en el clculo de la eficiencia que se expresa a continuacin. En la figura 19, se presenta la potencia absorbida por la carga y la potencia suministrada por las fuentes de alimentacin, para la obtencin de estos parmetros, se simulo el circuito mostrado en la figura 16, en donde se considera que la potencia suministrada por ambas fuentes es la misma.





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Figura 19 Potencia consumida por la carga y suministrada por las fuentes en la etapa de salida clase AB.

Para el clculo de la eficiencia de la etapa de salida clase AB, partimos de la siguiente expresin, obteniendo:

Figura 20 THD medido para la etapa de salida clase AB.

Tal y como se evidencia en las figuras 19 y 20, la eficiencia de una etapa de salida clase AB, tiene un valor del 60.74 % siendo ms baja que la presentada por la clase B, sin embargo la caracterstica que hay que rescatar de esta etapa es que presenta una baja distorsin armnica, caso contrario a la clase B. Por esta razn, la etapa de salida clase AB tiene una mayor acogida en aplicaciones de audio, puesto que presenta una eficiencia mayor al 60 % y una baja distorsin. La distorsin medida para el circuito de la figura 16 es de 0.8 %.





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Polarizacin con multiplicador VBE

R1

100

V1

20

V3

20

0

0

LO

HI

HI

0

QbreakN

Q1

QbreakP

Q2

LO

I13m

HI

V4


QbreakN

Q3

R2

1k

R3

1k

Figura 21 Etapa de salida clase AB polarizada con el multiplicador Vbe.

El circuito mostrado en la figura 21 constituye la configuracin de etapa clase AB polarizada con el multiplicador Vbe, en donde el circuito de polarizacin consta de un transistor con una resistencia conectada entre la base y el emisor, y una segunda resistencia conectada entre colector y base, ambos terminales son alimentados con una corriente de polarizacin que ignorando su divisin en la base del transistor, es la misma que fluye por ambas resistencias anteriormente nombradas y por la cual se establece el voltaje polarizador Vbb requerido para producir una corriente de reposo Iq. La expresin de esta polarizacin conocida como multiplicador de Vbe es:

Dnde:

Ic1 = Ipol Ir

Al igual que la polarizacin por diodos, la polarizacin hecha por el multiplicador Vbe proporciona estabilidad trmica de Iq, especialmente si se cumple que R1 Y R2 son iguales. Para el anlisis de distorsin y eficiencia de la etapa de salida clase AB polarizada con el multiplicador Vbe, no es necesario volver a simular el circuito, puesto que los resultados van a ser muy similares a los de la etapa polarizada con diodos. De esta manera se concluye que el tipo de circuito polarizador no influye en las caractersticas de salida de la etapa tales como linealidad y eficiencia. Hasta este punto se ha explicado con detalle cada una de la etapas de salida tradicionales, la razn por la cual fue necesario este anlisis, se debe a que es indispensable entender el funcionamiento de cada etapa de salida, de modo que a la hora de elegir un amplificador y con l, el funcionamiento de un amplificador de audio de alta potencia, se entienda por completo cual es el funcionamiento del circuito y cules son los parmetros a tener en cuenta para obtener un mejor desempeo del mismo.





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Teniendo en cuenta las caractersticas extradas de cada etapa y los requerimientos de diseo, se procedi a elegir un amplificador que me permitiera obtener a la salida una potencia mayor a 60 [W], los amplificadores que se tuvieron como opcin para su uso fueron:

Amplificador Vsupply [V]

BW [MHz]

Po [W]

SR [V/uS]

THD [%]

LM3875 20 - 84 8 56 11 0.06

LM4780 20 - 84 8 60 19 0.03

TDA7294 10 - 40 -- 70 10 --

TDA2050 4.5 - 25 0.08 25 8 --

Tabla 1 Caractersticas principales de amplificadores de audio opcionales para la implementacin.

Las caractersticas expuestas en la tabla 1, fueron extradas para una carga de 8 [], debido a que el circuito que vamos a implementar va tener como salida un parlante que por lo generan tiene un valor de 8 [] de impedancia. Las caractersticas de mayor relevancia para la seleccin de nuestro circuito se centran en la potencia de salida Po, el THD el cual va a ser medido por medio de un sistema de desarrollo, la tensin de alimentacin puesto que se quiere alimentar con las fuentes de tensin disponibles en el laboratorio y ancho de banda [BW], dado que se tiene que tener en cuenta la frecuencia de la seal de entrada y el rango de frecuencias para el cual funciona el sistema de desarrollo. El amplificador elegido para nuestro circuito de potencia fue el LM4780, una de las principales razones para la eleccin de este amplificador, se debe a que es una de las muestras que Texas Instrument obsequia, adems de ello, el amplificador presenta una alta potencia en configuracin de estreo igual a 60 [W] y 120 [W] en paralelo, y los rangos de tensin en la alimentacin, se encuentra en los rangos disponibles por las fuentes de laboratorio. El valor del THD no es de gran relevancia puesto que lo nico que se requiere es medir este nivel de distorsin. A continuacin se presenta la configuracin interna del LM4780, la necesidad de observar este circuito interno se debe a que en el datasheet no se especifica que clase de amplificador es, razn por la cual no se facilita la comprensin del funcionamiento del mismo.

Figura 25 Configuracin interna del amplificador LM4780.





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El cuadro de color naranja representa las configuraciones de emisor seguidor presentes a la entrada del amplificador, el cuadro de color rojo encierra el par diferencial que cumple la tarea de amplificar la seal de entrada, el cuadro de color amarillo constituye las configuraciones de proteccin de corto circuito y de corte trmico, necesarias para que el amplificador no se dae por el exceso de corriente y de temperatura. Por ltimo y ms importante, se encuentra el cuadro azul junto con el verde, el cuadro verde representa la corriente de polarizacin de la etapa de salida, el cuadro verde presenta la etapa de salida del amplificador, que como se explic anteriormente, le da una impedancia alta a la salida y permite que la corriente en el circuito circule en un mayor valor por la carga, logrando as una alta potencia a la salida. La configuracin de la etapa de salida, es una configuracin de etapa clase AB polarizada con diodos, a diferencia de la configuracin presentada anteriormente, esta est compuesta por dispositivos compuestos conocidos como configuracin de Darlington. La razn por la cual es preferible usar este tipo de configuracin se debe a que la ganancia de corriente incrementa y por consiguiente se reduce la excitacin de corriente requerida a la base de los transistores.

Figura 26 Configuracin de Darlington NPN y PNP.

Las configuraciones mostradas en la figura 26 corresponden a las configuraciones de Darlington, ntese que cada configuracin es equivalente a un transistor con el doble de tensin Vbe. Para el circuito interno presentado en el cuadro azul de la figura 25, se puede observar que la etapa de salida est compuesta por una configuracin de Darlington NPN en la parte superior, y una PNP seguida de NPN en la parte inferior. A continuacin se presenta la simulacin del circuito interno de la etapa de salida del amplificador LM4780 seleccionado para nuestra implementacin, el circuito interno consta de la configuracin de Darlington explicada con anterioridad y una polarizacin de diodos. Los valores de las resistencias, al igual que el valor de la corriente de polarizacin fueron tomados a partir de los valores especificados en el Datasheet.





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I13m

D1

D1N4148

D3

D1N4148

D4

D1N4148

QbreakN

Q1

QbreakN

Q2

QbreakN

Q3

QbreakN

Q4

QbreakN

Q5

QbreakP

Q6

R1

800

V2

20

V4

20

00

0

R2

150

R3

0.45

V5

FREQ = 1kVAMPL = 18VOFF = 0

00

R4

0.45

R5

150

D5

D1N4148

D6

D1N4148

R6

100

00

Figura 27 Configuracin interna de la etapa de salida del amplificador LM4780.

Figura 28 Corriente de colector y forma de onda a la salida.





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Figura 29 THD medido en el circuito interno de la figura 27.

Las formas de onda obtenidas, junto con el THD medido, corresponden a las caractersticas expuestas para la

etapa de salida clase AB.

CRITERIO DE SELECCIN Debido a que existen diferentes etapas de salida para amplificadores de potencia, se realiz una bsqueda de distintas configuraciones que permitieran cumplir con las exigencias de diseo del amplificador; por esta razn se encontraron alternativas para las condiciones de potencia, distorsin armnica total y eficiencia, stas se muestran a continuacin: AMPLIFICADOR ESTEREO DE 60W CON TDA2050

Figura 30 Configuracin amplificadora para TDA2050.

El TDA 2050 es un circuito integrado monoltico, amplificador de audio clase AB, de alta potencia. El TDA2050 tiene la capacidad de proporcionar hasta 35W RMS de potencia real en 4 [ohm] de carga (THD = 10%, VS = 18V, f = 1KHz), y hasta 32W RMS en 8[ohm] de carga (THD = 10%, VS = 24V, f = 1KHz). Adems, el TDA 2050 ofrece una potencia de 50 [W] musicales en 4 [ohm] de carga en ms de 1 segundo, por tanto, VS= 25V, f = 1KHz. La potencia alta y muy baja distorsin armnica cruzada hace que ste integrado sea ptimo para trabajar en espacios pequeos dando un sonido de alta calidad. De acuerdo al requerimiento de potencia por parte del usuario, se pueden realizar modificaciones al circuito como se muestra en la siguiente tabla:





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Tabla 2 Descripcin de componentes para la configuracin amplificadora.

AMPLIFICADOR DE POTENCIA DE AUDIO DE 60W CON LM4780 Se presenta un amplificador de 60[W] en modo estreo, que puede ser tambin configurado para obtener 120[W] en modo monofnico, especficamente en configuracin BTL o de puente, el corazn del amplificador es el circuito integrado LM4780 de la National Semiconductor. Este IC, es un amplificador estreo de audio capaz de entregar 60[W] por canal en su salida con una carga de 8[], de la misma manera se auto protege; para este fin utiliza un circuito de proteccin de temperatura pico. La proteccin salvaguarda totalmente al LM4780, especficamente, las salidas contra la sobretensin, la insuficiencia de voltaje, sobrecargas, cortocircuitos de las fuentes o la tierra y picos instantneos de la temperatura. El IC, posee dos amplificadores independientes que constan de un fundido de transicin mudo (mute). Puede ser configurado fcilmente en puente (BTL) o tambin en paralelo para soluciones de 120 [W] en modo mono. Caractersticas

1. Bajo nmero de componentes externos.

2. Modo silencioso (mute).

3. Amplia gama de alimentacin (20v-84v).

Aplicaciones

1. Complemento de salida de un amplificador de audio estreo.

2. Amplificador de audio estreo compacto.

3. Amplificador de audio de alta gama y para televisores de alta definicin.





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Las caractersticas del LM4780 lo colocan en una clase por encima de amplificadores discretos e hbridos. Teniendo en cuenta que las especificaciones del circuito integrado LM4780, stas se ajustan correctamente respecto a los requerimientos de diseo del amplificador, por lo que se opt por analizar la configuracin en paralelo que sugieren los fabricantes (Texas instruments).

CONFIGURACIN EN PARALELO DEL AMPLIFICADOR

La configuracin en paralelo es normalmente usada cuando la salida necesita una corriente muy alta para conducir una impedancia de carga pequea para obtener niveles de potencia altos a la salida. Como se puede observar en la figura 28, la configuracin en paralelo del amplificador consiste en el diseo de los amplificadores dentro del circuito integrado para que tengan la misma ganancia, la conexin de las entradas en paralelo y luego conectando las salidas tambin en paralelo a travs de una pequea resistencia de salida externa. Cualquier nmero de amplificadores puede ser conectado en paralelo para obtener la corriente de salida necesaria para dividir la disipacin de potencia entre mltiples paquetes del circuito integrado. Idealmente, cada amplificador comparte la corriente de salida en partes iguales entre todos los canales.

Figura 31 Configuracin amplificadora en paralelo para integrado LM4780.





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Componentes Descripcin

RB Impide que corriente ingrese desde la terminal no inversora. Esta corriente puede pasar a travs de la carga durante la desconexin del sistema, debido a la baja impedancia den entrada del amplificador cuando el circuito de bajo voltaje est apagado.

RI Resistencia de entrada terminal inversor, junto con RF establece la ganancia de CA.

RF Resistencia de realimentacin, junto con RI establece la ganancia de CA.

RF2 Resistencia de realimentacin. Funciona junto con CF y RF creando un filtro paso-bajos que reduce la ganancia de CA de altas frecuencias.

CF Condensador de compensacin. Funciona junto RF y RF2 para reducir la ganancia de AC para altas frecuencias.

CC Condensador de compensacin. Reduce la ganancia para altas frecuencias para evitar las oscilaciones en la salida del transistor.

Ci Capacitor de realimentacin que asegura ganancia unitaria en DC.

Cs Proporciona una etapa de filtrado y derivacin en la alimentacin.

RV Acta como un control de volumen, estableciendo el nivel de tensin de entrada.

RIN Establece terminales de entrada de DC cuando CIN est presente en el circuito.

CIN Capacitor de entrada. Evita compensaciones de DC provenientes de la seal de entrada hacia las entradas del amplificador.

RSN Funciona con CSN para estabilizar la fase de salida mediante la creacin de un polo que reduce las inestabilidades de alta frecuencia.

CSN Funciona con RSN para estabilizar la fase de salida mediante la creacin de un polo que reduce las inestabilidades de alta frecuencia.

RA Proporciona DC de polarizacin de tensin para el transistor Q1 en la operacin de suministro individual.

CA Proporciona filtrado para la operacin de alimentacin nica.

RINP Limita la diferencia de tensin entre las entradas del amplificador de operacin de suministro individual.

RBI Proporciona corriente de polarizacin de entrada para operacin de suministro individual.

RE Establece una corriente continua fijada para el transistor Q1 en la operacin de suministro individual.

RM Resistencia Mute, configurada para poder extraer 0,5 mA de cada pin Mute.

CM Capacitancia Mute, configurado para crear una constante de tiempo de encendido y apagado.

S1 Interruptor Mute, cuando se abra o cambiando hacia GND, el amplificador estar en modo silencio.

ROUT Reduce las diferencias entre el flujo de corriente entre las salidas que son causadas por ganancia o de compensacin de DC entre amplificadores.

Tabla 3 Descripcin de componentes para la configuracin amplificadora con LM4780.

Determinacin correcta del disipador de calor La eleccin de un disipador de calor para un amplificador de audio de alta potencia se hace por completo para mantener la temperatura a un nivel, de tal manera que el circuito de proteccin trmica no sea activado bajo circunstancias normales. La resistencia trmica desde el componente hacia afuera es una combinacin de tres resistencias trmicas, de ah que se pueda calcular la disipacin de potencia del LM4780 como se muestra a continuacin:

TJMAX= 150C

TJAMB , temperatura ambiente del sistema

JA = suma de resistencias trmicas, JC + CS + SA





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Una vez que la disipacin de potencia mxima ha sido calculada mediante la anterior ecuacin, se debe tener en cuenta si la temperatura ambiente para el amplificador va a ser superior a 25C, de ser as la resistencia trmica para el disipador cambia, las dems variables permanecen iguales, por tanto, sta resistencia tendr que ser ms pequea. SIMULACIN PARA AMPLIFICADOR DE POTENCIA LM4780 Teniendo en cuenta la configuracin en paralelo del amplificador de potencia, se simul el comportamiento de sta con el fin de adecuar las etapas necesarias que permitieran amplificar la seal de entrada y a continuacin llevarla a un sistema de desarrollo para su respectivo procesamiento. El circuito general se divide en dos etapas como se muestra en la figura.

Etapa de amplificacin con LM4780

Negativ o

Positiv o

Vout

U2 LM4780

VINM1

VINP2

VC

C3

VE

E4

VOUT5

MUTE6

R1

20k

R2

1k

R3

1k

R4

0.1

C1

47u

0

R5

47k

C2

1u

0

V1

FREQ = 1kVAMPL = 100mVOFF = 0

0

R6

2.7

C3

0.1u

C4

0.1u

R7

2.7

0

R8

0.1

R9

8

R10

20k

0

R11

1k

C5

47u

0

R12

1k

V2

35Vdc

V3

35Vdc

HI

LO

0

LO

HI

LO

HI

C6

0.1u

C7

10u

C8

1000u

0 0 0

LO

C9

0.1u

C10

10u

0

C11

1000u

00

HI

LO

V4

0Vdc

V5

0Vdc

Negativ o

U1 LM4780

VINM1

VINP2

VC

C3

VE

E4

VOUT5

MUTE6

Figura 32 Configuracin en paralelo usando LM4780

Etapa de amplificacin con LM4780

Reduccin de la seal y

aplicacin de nivel de continua

Sistema de desarrollo





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En primera instancia se hace un anlisis del ancho de banda del amplificador para tener en cuenta aquellas frecuencias que si son amplificadas dentro del rango para la ganancia en banda plana y de esta manera proceder a hacer las respectivas pruebas, con las que se verifica el funcionamiento del amplificador de alta potencia.

Figura 33 Simulacin para ancho de banda del amplificador

Para una entrada de 2 [Vpp], se tienen aproximadamente 40,16 [Vpp], con lo cual se genera una potencia aproximada de 54 [W], condicin con la cual se cumplen los requerimientos del proyecto.

Figura 34 Simulacin para potencia de 54 [W]

Se realiza medicin de la distorsin armnica total para una frecuencia de 1 [KHz] que hace parte del ancho de banda del amplificador, teniendo en cuenta como criterio cinco armnicos.

Figura 35 Verificacin de la distorsin armnica total haciendo uso del simulador





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Posteriormente, se realiza el proceso de implementacin donde se hacen pruebas con entradas de tensin pequeas, para este caso se presenta una entrada de 200[mVpp], generando a la salida 4,24[Vpp]. La ganancia del sistema es de aproximadamente 20 [V/V]. Mediante esta prueba se demuestran los resultados arrojados en la simulacin, de tal manera que al incrementar la entrada a 2[Vpp] se presentarn 40[Vpp] a la salida aproximadamente, generando una potencia de 50 [W].

Figura 36 Implementacin de la configuracin y verificacin de THD

Con el proceso de implementacin se hace la verificacin de la distorsin armnica total (THD), de esta manera se observa la diferencia entre los armnicos de la seal. Adems, esta diferencia es de 31,2 [dB] con lo cual se tiene que el THD de la seal es menor al 2%, con lo cual se considera que la seal de salida es equivalente (escalada en ganancia) con respecto a la seal de entrada.

Reduccin de la seal y aplicacin de nivel de continua

U1

LM137HVH

IN3

OUT2

AD

J1

U2

LM317K

IN2

OUT3

AD

J1

U3

LM317K

IN2

OUT3

AD

J1

U4

LF353/301/TI

+3

-2

V+7

V-4

OUT6

V1

FREQ = 1kVAMPL = 20VOFF = 0

R1

10k

R2

140k

R3

10.576k

R4

1kR5

1k

R6

192.30

R7

1k

R8

10.576k

V2

30Vdc V3

-30Vdc

0

0

0

00

0

Figura 37 Adecuacin de etapa reductora de ganancia y sumadora de nivel de continua





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Al haber generado la potencia necesaria a la salida del amplificador, se requiere realizar el anlisis de la distorsin armnica llevando la seal de salida a un sistema de desarrollo. Como la seal de salida que se presenta es de aproximadamente 20[V] pico a pico, es necesario agregar otra etapa mediante la cual se haga una reduccin de esa tensin. Haciendo uso de la tarjeta Arduino mega se tienen en cuenta sus escenarios de operacin, en los cuales es importante conocer que sta no trabaja con seales negativas y adems acepta las mismas dentro de un rango de 0-3.3 [V]. Otro aspecto importante es el de agregar reguladores, puesto que, el amplificador operacional requerido para esta etapa requiere de alimentacin en continua, implicara el uso de una nueva fuente de alimentacin y el incremento del presupuesto total para la elaboracin del proyecto. Con el uso de los reguladores se solventa el problema de la alimentacin para el OPAMP y el nivel de continua para la eliminacin de seales negativas. El circuito mostrado en la figura 34, presenta la propuesta de etapa de reduccin de la seal. Es importante aclarar, que no es necesario tener en el sistema de desarrollo la seal de salida a la tensin generada (20[Vpp] ), ya que, el anlisis de THD para conocer la linealidad de la seal de salida con respecto a la seal de entrada puede realizarse con una que est escalada por una ganancia que la reduzca, con lo que se podr tener una seal ms pequea en magnitud pero con la misma forma.

Figura 38 Simulacin de segunda etapa para seal de ingreso a sistema de desarrollo

Para verificacin del funcionamiento de la etapa, se realiz el proceso de implementacin con el cual se observa que la configuracin se comporta como se espera y adems se puede adaptar al circuito amplificador paralelo, con el que se realizarn pruebas posteriormente para niveles de tensin de entrada distintos.

Figura 39 Implementacin de segunda etapa para seal de ingreso a sistema de desarrollo





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En el circuito que aparece en la figura No, se puede observar la configuracin completa uniendo las dos etapas, la de amplificacin y la de reduccin de la seal. Se realiz el proceso de implementacin, pero como se observa en la figura No, el nivel de tensin a la entrada es pequeo (400 [mVpp]) puesto que se tom la decisin de realizar pruebas en el laboratorio para potencias pequeas que pudieran soportar resistencias de bajo costo asequibles en el mercado. El comportamiento es el esperado.

Figura 40 Implementacin de toda la configuracin con una seal de entrada de 200[mV]

Figura 41 Esquemtico de la configuracin general para el amplificador en paralelo con etapa reductora hacia sistema de

desarrollo.





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DISEO DE LA PCB Para el diseo de la PCB se utilizo el software KiCad, creando primero el esquematico del circuito, para este proceso se creo el componente LM4780 debido a que no fue encontrado en las libreras del software. Posteriormente se creo el archivo .brd, para el cual fue neserario crear la huella del integrado LM4780, la cual se ubic en un extremo de la PCB para facilitar el acople con el disipador. Adems, debido a la demanda de corriente en ciertos pines del LM4780 fue necesario incrementar el ancho de la pista. En la figura 38 se puede observar el modelo final de la placa impresa, con la cual se procede a realizar las pruebas a alta potencia.

Figura 42 Board generada para toda la configuracin de amplificador de potencia.

Figura 43 PCB para el amplificador de potencia.





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DETERMINACION DE LA DISTORSION ARMNICA Una de las exigencias del proyecto, es calcular la distorsin armnica, pero antes de esto, se dar una breve introduccin sobre este tipo de distorsin, para que el lector se familiarice con la problemtica que queremos resolver o en este caso calcular. Se entiende por distorsin armnica cuando el voltaje o la corriente de un sistema elctrico tienen deformaciones con respecto a la forma de onda senoidal, se dice que la seal est contaminada con componentes armnicas, algunas caractersticas que ayudan a evidenciar este tipo de distorsin, es que la seal tenga valores definidos dentro de un intervalo, lo que quiere decir que la energa es finita, que la seal sea peridica teniendo la misma forma de onda en cada periodo, y bueno, es una distorsin que est presente en toda la seal, no solo en un periodo. Medicin de THD Se puede demostrar que una seal peridica es representable como la sumatoria de una serie de ondas sinusoidales de distintas frecuencias y fase, conformando el espectro armnico de la onda, todo espectro tiene una frecuencia fundamental, y las frecuencias restantes son llamadas armnicos, correspondientes a mltiplos enteros de la frecuencia fundamental. Para la medicin del THD, se necesita el clculo de los armnicos de dicha seal peridica, para el anlisis de estos armnicos se utiliza la transformada rpida de Fourier , partiendo de una seal muestreada que cumple con el criterio de Nyquist la cual se introduce en la ecuacin:

Donde:

Figura 44 Transformada de Fourier.

El producto de cada muestra por la funcin exponencial puede representarse en la suma de senos y cosenos cumpliendo la frmula de Euler mostrada en la ecuacin.

De esta forma se determina la magnitud de la FFT, la cual contiene las amplitudes de las componentes de los armnicos de la seal que se analiza, una vez obtenidas estas magnitudes, se calcula el parmetro que se desea (THD) que define la linealidad de la seal, medida que viene dada en porcentaje por la ecuacin:

Figura 45 Ecuacin del porcentaje THD. Donde THD Es la distorsin armnica total A0 Es la amplitud de la componente fundamental An Es la amplitud del n-simo armnico.





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Clculo THD con sistemas de desarrollo ARDUINO. Para el clculo de la distorsin armnica (THD), se seleccion el sistemas de desarrollo ARDUINO, para este caso es conveniente trabajar con la tarjeta Arduino Mega 2560, el cual consiste en un micro controlador Atmega2560 como cerebro central. Quien tiene como principales caractersticas un oscilador de cristal de 16 MHz, conexin USB, un conector de alimentacin. Contiene todo lo necesario para apoyar el micro controlador, simplemente conectarlo a un ordenador con un cable USB, o alimentarla con un adaptador de corriente AC a DC.

Figura 46 Arduino Mega2560.

Arduino es una plataforma libre, y por ende su software es libre, por esta razn se selecciona para llevar a cabo esta tarea, adems que es una tarjeta fcil de adquirir. Es una poderosa herramienta para llevar a cabo proyectos de ingeniera sencillos y complejos, de esta manera se presenta el cdigo con el cual se determina el THD. ONDA SINUSOIDAL OBTENIDA DEL GENERADOR DE SEALES Antes de empezar con la programacin del clculo del THD, es indispensable conocer los parmetros internos de la tarjeta ARDUINO, saber con qu valores de frecuencia de muestreo trabaja que para este caso muestrea a una taza de 10 [Khz], lo que quiere decir que hay una limitante en el rango de frecuencias, Para visualizar los armnicos, esenciales en el clculo del THD, es recomendable que la seal de entrada no debe superar los 2 [KHz], correspondiente a la quinta parte de la frecuencia de muestreo. Este tipo de tarjetas manejan un rango de tensin positivo de 0 a 5[v], es decir que para que la seal pueda ser leda por un puerto anlogo debe estar entre este rango, de lo contrario se puede causar el dao de dicho sistema de desarrollo. Conociendo este tipo de limitantes, se procede a tomar una seal configurando una entrada anloga, con 256 muestras a la salida.

Figura 42 Lectura del puerto anlogo.





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La siguiente parte del cdigo calcula la FFT de la onda sinusoidal.

Figura 47 Clculo de la FFT.

Una vez calculada la FFT, se procede a detectar los picos presentes con la intencin de determinar el armnico fundamental, para llevar a cabo los clculos necesarios en la ecuacin del THD. Esta rutina se basa principalmente en dos condiciones de verdad, que el dato presente sea mayor al anterior y siguiente para garantizar que se trata de un pico o mximo relativo. La componente DC se ignora y se hace cero.

Figura 48 Mximos del vector de la FFT.

El proceso anterior, determinaba picos mximos para los cuales algunos de ellos no corresponden a los armnicos de la seal, generando un mal clculo del THD, sabiendo esto, se realiza un arreglo para este vector de mximos, identificando la amplitud del armnico fundamental a partir de la primera muestra.





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Figura 49 Arreglo de mximos.

Todo este tipo de arreglos es conveniente hacerlos para que el valor del THD arrojado sea correcto, una vez hecho esto, lo ms conveniente es ordenar un vector de mximos resultantes de mayor (armnico fundamental) hasta armnicos cercanos a cero.

Figura 50 Vector de mximos a mnimos.

Finalmente se procede a calcular el THD como se observa en la parte final del cdigo.

Figura 51 Clculo final del THD.

Una vez explicado el cdigo, se obtiene por medio de monitor serial el valor de la THD.





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Observaciones

Para poder realizar el montaje completo del circuito y analizar variables como la distorsin armnica total, fue necesario adaptar una etapa mediante la cual se reduce el nivel de tensin de la seal.

Al adaptar la configuracin inversora con el amplificador LF353, se requiri el uso de reguladores de tensin con los cuales se defini una tensin en DC fija para alimentar el OPAMP y tambin para dar un nivel de continua y evitar los valores negativos de la seal al llevarlos al sistema de desarrollo.

En el momento de la simulacin de la configuracin completa se presentaron problemas de convergencia, ya que la precisin con la cual se realizaban los clculos era de 0.01; razn por la cual se incrementa en un factor de 10 esta variable de tal manera que se obtienen los resultados esperados.

Debido a la naturaleza de la configuracin se realizaron pruebas para potencias pequeas, mediante el ingreso de una seal de magnitud pequea para comprobar que los resultados arrojados por simulacin correspondan con los que se presentaban en el proceso de implementacin.

Para la elaboracin del circuito se presentan distintas alternativas, como por ejemplo la configuracin de puente (BTL), pero para condiciones de potencia superiores a las exigidas, se decidi que la que mejor se adaptaba era la configuracin en paralelo en modo mono.

La necesidad de analizar la configuracin interna de los dispositivos electrnicos, surge debido a que no en todos los datasheet se encuentra la clasificacin de los mismos, para este caso en particular, la clasificacin de la etapa de salida no se especificaba en el datasheet razn por la cual fue necesario recurrir al circuito interno.

La necesidad de medir el THD por medio de un sistema de desarrollo, surge debido a que en el osciloscopio no es posible ver esta medida en tiempo real, sino por acumulacin de puntos, uno de los criterios vlidos para garantizar un THD menor al 2% es tener una diferencia en amplitud, de los armnicos mayor a los 30 [dB].

El rango del nivel de tensin de entrada de los puertos anlogos de la Arduino es de 0 a 5[v], se debe tener cuidado que las seales de entrada no superen estos valores, ya que ocasionara el dao de la tarjeta.





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Conclusiones

Las consideraciones necesarias para calcular la eficiencia en un circuito corresponden a que la alimentacin en seal debe ser igual al nivel de tensin en DC, de esta manera se obtendr la medida de la eficiencia mxima en el circuito.

Para la medida de la distorsin armnica es necesario alimentar en seal con un nivel bajo a la entrada, de esta manera se garantiza una medida ms pertinente a la linealidad del circuito en donde el aporte de la magnitud de la seal de entrada no es tan notorio.

El parmetro de mayor inters en las etapas de salida, lo constituye la corriente de polarizacin, a partir de ella se garantiza el correcto funcionamiento de la etapa puesto que si la corriente de polarizacin no es lo suficientemente alta, los transistores ubicados a la salida de las etapas estarn inactivos.

El intento por mejorar las caractersticas de desempeo de las etapas de salida, requiere de sacrificios en otros aspectos de la misma. El aspecto de sacrificio encontrado experimentalmente para la etapa de salida clase AB corresponde a la eficiencia, en esta etapa, la eficiencia disminuye en un 17.8 % a cuestas de obtener a la salida una seal ms lineal y con una menor distorsin armnica.

Documents

Informe Amplificador de Potencia