AMPLIFICADORES DE ALTA EFICIENCIA

AMPLIFICADORES DE ALTA EFICIENCIA

Nelson Antonio Becerra Carrillo
nelsonabc25@hotmail.com

Jaime Alberto López Rincón
jaimealopezr@yahoo.com

Universidad del Quindío
Programa de Ingeniería Electrónica
Facultad de Ingenierías
Armenia, Colombia
2005

Amplificadores de Alta Eficiencia
Los circuitos amplificadores son clasificados de acuerdo a su configuración y a los
métodos deoperación en clase A, B, AB, C, D, E, F, G, H y S. Los primeros
(A-C) exhiben una eficiencia aceptable para algunas aplicaciones, mientras que los
últimos (D-S) presentan altas eficiencias que permiten aplicaciones en
radiocomunicaciones donde juega un papel muy importante la potencia de salida en
relación con la potencia disipada por el amplificador. En este trabajo se describen losamplificadores clase E, F, G, H y S, observando sus modos de trabajo junto con sus
características más importantes.
Amplificador clase E:
Un amplificador clase E utiliza un solo transistor energizado para operar como un
conmutador, conectado a una red de carga pasiva. La red de carga menos complicada
consiste en un circuito sintonizado en serie (Lo - Co) que conecta el colector a la carga
y unacapacitancia C que desvía a tierra al colector. La capacitancia C de derivación
está conformada está formada por la capacitancia C1 inherente al transistor y la C2,
que se agrega para hacer que el amplificador opere en la forma deseada. Como el
amplificador clase E puede utilizar la capacitancia en derivación con el conmutador, las
pérdidas de potencia que ocurrirían en la operación clase C, a causade esa
capacitancia, pueden eliminarse, mejorando así la eficiencia global del amplificador. La
Figura 1 muestra un amplificador clase E.

Figura 1. Amplificador clase E. a) Circuito b) Circuito Equivalente
Operación y análisis
La operación de un amplificador clase E puede analizarse mediante cuatro supuestos
respecto al circuito:

1. La bobina RFC tiene una reactancia lo suficientementegrande para que la
corriente Idc que circule por ella sea constante.
2. El Q del circuito de salida serie sintonizado (Lo - Co) es lo suficientemente
grande como para que la corriente de salida (y consecuentemente el voltaje sea
sinusoidal).
3. El transistor Q1 se energiza para operar como un conmutador S que se
encuentra encendido (y lo atraviesa un voltaje cero) o apagado (atravesado porcorriente cero), salvo lapsos muy breves durante las transiciones entre los dos
estados.
4. La capacitancia C es independiente del voltaje (es decir, no hay efectos de
varactor).
Cuando el conmutador S está encendido, el voltaje de colector vc(θ)=0, la corriente
ic(θ) en C es por lo tanto nula y la de colector is(θ) es la diferencia Idc-io(θ). Cuando
s esta apagado, la corriente de colectoris(θ) = 0 y la del capacitor es por consiguiente
la diferencia Idc-io(θ) y la forma de onda de voltaje de colector se produce entonces
por el cargado del capacitor C de derivación. Cuando el conmutador S cambia de
apagado a encendido, cualquier carga en C desaparece en forma instantánea
prácticamente. Las formas de descarga carecen de importancia, pues la potencia total
involucrada dependesólo de la capacitancia y del voltaje en ella precisamente antes de
la descarga.
La determinación de las formas de onda de corriente y de voltaje en un clase E es algo
más difícil de realizar que un clase D, pues ninguna forma de onda esta especificada
explícitamente dentro del ciclo total de RF. La magnitud de Idc de la corriente de
entrada en c.c. y la amplitud Iom = Vom/R y la fase φ de lacorriente de salida de
R.F, determinan los parámetros de la forma de onda de voltaje de colector cuando el
conmutador está apagado, de esta manera

⎡I ⎛
⎤
π ⎞ Vom
Vom
vc(θ ) = ⎢ dc ⎜ y − ⎟ +
sen(ϕ − y ) +
cos(θ + ϕ )⎥
2 ⎠ BR
BR
⎣B⎝
⎦
donde y es el tiempo de conmutación (en radianes) y B es la susceptancia de la
capacitancia de derivación C a la frecuencia de operación.
La...