Amplificador de potencia clase d

Tecnológico de Monterrey Campus Puebla. Análisis y Diseño de Sistemas Electrónicos

Ampli&icador
de
Potencia
Clase
D

José Salvador Ortiz Sainz de Rozas A01095149 Oscar Vicente Huerta González A01096015 Dr. David Antonio T.

11 Octubre de 2009

Amplificador de Potencia clase D

OBJETIVO
Diseñar
e
implementar
un
amplificador
clase
D,
con
mosfet
de
potencia.
Se
desea
amplificar
audio
y
mandar
este
a
una
bocina
con
cierta
resistencia
y
potencia.
Aplicar
los
conocimientos
 sobre
mosfet,
 diseño
 y
 amplificadores
para
hacer
 de
la
implementación
 la
más
 eficiente
 y
 funcional.

Marco Teórico.
Los
 amplificadores
de
potencia
son
comúnmente
 u?lizados
para
brindar
 potencia 
a
una
carga,
que
normalmente
es
un
motor
o
una
bocina.
Extrae
altas
corrientes
de
las
fuentes
 para
dársela
a
la
carga,
teniendo
en
cuenta
la
eficiencia
en
cuanto
a
salida‐
entrada. El
 propósito
 en
 diseño
 de
 etapas
 de
salida,
 es
 que
 suministre
 la 
can?dad
 requerida
 de
 potencia 
 a 
 la
 carga
 de
 una
 forma
 eficiente.
 Los
 transistores
 y
 los
 componentes
 del
 amplificador
de
potencia
deben
disipar
la
potencia
más
baja
posible.
Las
etapas
de
salida
se
clasifican
de
acuerdo
con
la
forma
de
onda 
de
corriente
a 
través
del
 colector
 que
resulta
cuando
se
aplica
una
señal
de
entrada.
En
la 
etapa
clase
A
 conduce
 durante
todo
el
ciclo
de
la 
señal
de
entrada,
con
ángulo
de
conducción
de
360°.
La
etapa
B
 conduce
 durante
 solo
 la 
 mitad
 del
 ciclo
 de
 la
 onda
 seno
 de
 entrada
 y
 el
 ángulo
 de
 conducción
 resultante
 es
 de
180°.
 La
 clase
AB
 es
 una
 combinación
 entra
 etapa
 A
 y
 B,
polariza
el
transistor
con
una 
corriente
de
dc
más
pequeña
que
la
corriente
pico
de
la
señal
 de
onda 
senoidal.
 El
 AB
 conduce
en
 un
 ángulo
 resultante
mayor
 de
 180°
pero
 menor
 a
 360°.

 Los
amplificadores 
clase
D,
los
transistores
de
salida
operan
como
 interruptores
en
lugar
 de
operar
linealmente
como
en
las
clases
A,
B
y
AB.
La
ventaja
principal
en
aplicaciones
de
audio
es
que
un
amplificador
clase
D,
opera 
a
una
eficiencia
máxima 
teórica
de
100%,
que
 comparado
con
la
clase
A
de
25%
y
la
clase
B/
AB
de
79%.
 La 
mayoría
de
 los
 amplificadores
clase
 D
 operan
con
 fuentes
 de
 alimentación
 de
doble
 polaridad.
 Los 
 mosfet
 son
 básicamente
 amplificadores
 push‐pull
 que
 operan
 como
 disposi?vos
de
conmutación. El
 amplificador
 clase
 D
 puede
 ser
 dividido
en
 tres
 etapas 
 principales:
 modulación
 por
 ancho
 de
 pulso,
 amplificador
 y
 filtro
 pasabajas.
 En
 la
 modulación
 por
 ancho
 de
 pulso
 
 (PWM),
 se
 recibe
 a
 la
 señal
 de
 entrada
 y
 se
 comprara
 con
 una
 señal
 moduladora
 con
 amplitud
un
poco
más
grande
que
la
de
la
señal
de
entrada.
La
señal
por
lo
general
es
una


Dr. David Antonio T.

2

Análisis y Diseño deSistemas Electrónicos

Controlador por retroalimentación de Estados- Práctica 2 onda
 triangular,
 lo
 que
se
espera
 de
esta
 comparación
 en
 realidad
 es
la
saturación
 del
 amplificador
operacional
por
determinado
?empo,
sobre
un
mismo
periodo
que
es
el
de
la
 señal
 moduladora.
 Se
 ob?ene
 pulsos
 que
 van
 desde
un
 voltaje
 Vm
 hasta
un
 –Vm,
 con
diferentes
duty
cycles
y
un
mismo
periodo.
A
con?nuación
se
muestra
una
imagen
con
el
 amplificador
clase
D
básico.

Planteamiento del problema y propuesta de solución
Se
 desea
diseñar
 un
 amplificador
 clase
 D
 para
una
bocina
de
 5
 wa`s
y
 4
 Ω,
 u?lizando
 mosfet
 complementarios
y
 que
de
 potencia
 a 
una 
señal
de
 audio
 proveniente
 de
una
computadora.
 El
problema
radica
en
encontrar
Mosfets
de
potencia
complementarios
y
caracterizarlos
para
poder
 ver
 si
 nuestro
 diseño
 queda
 cubierto
 con
 esos
 disposi?vos.
 La 
implementación
 debe
 funcionar
 perfectamente
contrastada
con
los
datos
calculados
teóricamente,
siendo
eficiente,
manteniendo
 una
operación
larga
(cuidar
disipación
de
potencia)
y
cuidando
la
calidad
acús?ca....