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Amplificadores de potencia con BJT: la clase AB

El problema de "distorsión de cruzamiento" (Crossover Distortion) característico de los amplificadores de clase B se puede reducir considerablemente aplicando un ligero voltaje de polarización hacia adelante a las bases de los dos transistores, de modo que tengan -incluso sin aplicarles señal de entrada- una pequeña polarización en zona activa. Como cada transistor amplica sólo media onda de la señal de entrada, y como a la salida se obtiene la "suma" de la señal de uno y del otro, ese nivel de polarización continua e igual para cada uno la final en la carga va a dar cero, es decir, señal de salida nula mientras no apliquemos señal de entrada a las bases de los transistores.

Este pequeño nivel de polarización se puede construir de varias formas:

  • a través de un pequeño transformador con toma intermedia, cuyo primario es excitado por la señal proveniente de la etapa previa, y cuyo secundario -dividido en dos semi-mitades que generan dos señales iguales pero desfasadas 180º- se conecta a las bases de ambos transistores; entonces cada unión Emisor-Base de cada transistor recibe la misma cantidad de señal pero cada uno recibe el inverso de la señal que le llega al otro. De esta manera, sólo uno va a amplificar cada semi-ciclo de la señal que llega al transformador.
    Y luego, a la salida de los colectores, se ha de montar otro transformador -también con toma intermedia ahora en el primario- que reciba las dos señales invertidas de los colectores de los transistores, y cuyo secundario acabe atacando la resistencia de carga.


polarización de las uniones B-E de los transistores clase B 
mediante transformador con toma intermedia

  • a través de una red de resistencias y diodos de polarización en Emisor-Base de los dos transistores, que en este caso han de ser complementarios (uno NPN y otro PNP). Ambas uniones de ambos transistores han de recibir la misma tensión para polarizarlos escasamente en el comienzo de la zona activa de cada uno, lo que, como ya hemos dicho, darán lugar en la carga a la suma de la amplificación de cada uno de ellos. Este método evita la engorrosa necesidad de transformador excitador en las uniones Base-Emisor y también el otro transformador de salida, que recoja las dos intensidades de los dos colectores.  Por esta razón, esta última solución de polarización de clase B es la más utilizada.
    El nivel de polarización adecuado se ajusta con un par de diodos, cuya unión P-N es similar a la unión B-E de los transistores. Los condensadores separan la componente de c.c. de polarización para que no afecte a la etapa amplificadora previa.


polarización de las uniones B-E de los transistores clase B 
mediante red de polarización con resistencias-diodos

En ambos casos, se trata de que ambos transistores en clase B se encuentren ligeramente polarizados incluso sin señal de excitación, de modo que cuando les llegue la más mínima señal, sean capaces enseguida de amplificarla sin demora, consiguiendo de este modo que la suma de ambos semiciclos -que amplifica cada uno de los transistores-, sea una señal limpia fiel reflejo de la entrada. Eliminamos así la "distorsión de cruzamiento" o de "paso por cero" típica de los amplificadores clase B,

Dada la necesidad de polarización de los transistores, la clase AB tiene algo menos de rendimiento que la clase B, pero compensa sobremanera con la mejora evidente de calidad en la amplificación. Es por ello que la mayoría de los amplificadores de baja y media potencia de audio, incluso HiFi, utilicen esta tecnología para implementar la etapa de potencia de salida.

Amplificadores de potencia con BJT: la clase AB

 

 

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Amplificadores de potencia con BJT: la clase A

Los amplificadores en configuración Emisor Común (Common Emited) son el tipo de amplificador más comúnmente usado, ya que pueden tener una ganancia de voltaje muy grande. Estos amplificadores están diseñados para producir una gran oscilación de voltaje de salida desde un voltaje de señal de entrada relativamente pequeño de solo unos pocos milivoltios y se usan principalmente como "amplificadores de pequeña señal" como ya vimos en otras entradas.

La función principal del amplificador de potencia, que también se conoce como "amplificador de señal grande", es suministrar potencia, que es el producto del voltaje y la corriente de la carga. Básicamente, un amplificador de potencia también es un amplificador de tensión, con la diferencia de que la resistencia de carga conectada a la salida es relativamente baja, por ejemplo, un altavoz de 4 Ω o 8 Ω resulta en corrientes altas que fluyen a través del colector del transistor.


Transistor BTJ en configuración Emisor Común para amplificación de c.a.

El tipo más comúnmente utilizado de configuración de amplificador de potencia es el amplificador clase A. El amplificador de Clase A es la forma más simple de amplificador de potencia que utiliza un solo transistor de conmutación en la configuración de circuito de emisor común estándar como se ha visto anteriormente para producir una salida invertida. El transistor siempre está polarizado en "ON" para que conduzca durante un ciclo completo de la forma de onda de la señal de entrada, produciendo la mínima distorsión y la máxima amplitud de la señal de salida.

Esto significa que la configuración del amplificador de clase A es el modo de funcionamiento ideal, ya que no puede haber distorsión de cruce o desconexión a la forma de onda de salida incluso durante la mitad negativa del ciclo. Las etapas de salida del amplificador de potencia de Clase A pueden usar un único transistor de potencia o pares de transistores conectados entre sí para compartir la corriente de alta carga.

Dado que estamos interesados ​​en entregar la máxima potencia de c.a. a la carga, mientras consumimos la mínima potencia de CC posible del suministro, nos preocupa principalmente la "eficiencia de conversión" del amplificador. Sin embargo, una de las principales desventajas de los amplificadores de potencia y especialmente del amplificador de Clase A es que su eficiencia de conversión general es muy baja, ya que las grandes corrientes significan que se pierde una cantidad considerable de energía en forma de calor.

Amplificador de potencia: la Clase A

 
 

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Presentación del Proyecto SMEDiaMM

Sistema Modular Electro-óptico para Diagnóstico Médico Multimagen

El proyecto Sistema Modular Electro-óptico para Diagnóstico Médico Multimagen (SMEDiaMM) pretende desarrollar una serie de sistemas modulares que permitan modificar su disposición para la obtención de imágenes útiles para el diagnóstico médico. La utilidad de estas imágenes estará ligada al tipo de excitación lumínica que se utilice, a los elementos ópticos empleados y a los sistemas electrónicos de barrido que permitirán obtener modelos tridimensionales o hiperespectrales.

Para el desarrollo del proyecto se construirá un banco de pruebas que alojará sistemas ópticos y electrónicos similar a la figura 1.


Figura 1. Infografía del setup de pruebas a desarrollar

Los módulos propuestos para su desarrollo se pueden englobar en tres tipologías atendiendo a su función en el sistema:

  • Módulos de excitación: Son módulos que permiten iluminar la escena con una serie de parámetros definidos. Se pretenden diseñar tres: módulo excitación con LED infrarrojos, módulos con excitación línea laser y módulo con fuente de Luz blanca. Otros módulos de excitación con patrones de imagen se quedan de momento al margen de este proyecto.
  • Módulos de barrido: Permiten orientar la excitación o la imagen en situaciones de excitación con línea o en la recepción de línea para cámaras hiperespectrales.
  • Módulo de captura y procesado: compuesto por una cámara visible y su óptica correspondiente pudiéndose modificar esta última en función de su aplicación. Así como el módulo software de procesado que podrá basarse en paquetes comerciales como MATLAB o en módulos de software libre basados en lenguaje de programación PYTON y OPENCV.

Todos estos sistemas deben estar sincronizados, pero inicialmente no se prevé un módulo de sincronización.

El sistema de modelado 3D biomédico estará basado en un montaje similar al que se representa en la figura 2, donde la perspectiva de la proyección laser permitirá la obtención de parámetros geométricos de los objetos a escanear mediante un barrido motorizado ejecutado de forma automática.


Figura 2. Esquema del sistema modular a desarrollar en su uso para modelado 3D dimensional.

La utilidad de un prototipo como el que se presenta desarrollar persigue la implementación de análisis morfológico de objetos a través del modelado 3D de objetos, así como la aplicación de técnicas hiperespectrales cuyas aplicaciones pueden ser el diagnóstico de patologías, análisis epidérmico y caracterización de órganos entre otras.

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Star Wars, “El despertar de los logaritmos”

¡¡Bendito Viernes!!, te dices a ti mismo al llegar a casa después de una semana de órdago. El plan que tienes para el fin de semana promete. De momento, la tarde de hoy la vas a dedicar a echarte una buena siestecita. Has tomado esta decisión, ya que estás solo y la intensidad del sonido no supera los 10 decibelios. La verdad es que así da gusto. El sofá te espera y lo único que queda por hacer es echar al gato.

Después de este ratito de descanso llega el momento de hacer planes para esta noche. Mantienes una conversación telefónica que no supera los 30 decibelios. Sin embargo la persona con la que hablas está en medio de un grupo de gente en el que hay conversaciones cruzadas y está soportando una intensidad sonora de 50 decibelios.

Has quedado en una hora, por lo tanto hay que darse una duchita y acicalarse. La noche promete, ya que hay prevista sesión de cine y después concierto. El plan tiene muy buena pinta. Mientras te preparas, qué mejor que coger el móvil, abrir Spotify y elegir una de tus listas preferidas. 80 decibelios directos a tus tímpanos; ahí es nada. Pero bueno, hay que poner el pabellón auditivo a tono.

Sales a la calle y el tráfico por la avenida es complicado al caer la noche, como siempre a esas horas. Y ya para colmo aparece de la nada la moto a toda pastilla, con sus 100 decibelios dándolo todo. Menos mal que la situación no dura mucho, ya que empieza a ser realmente molesta.

Estás superando con creces la medida de 55 decibelios que recomienda como máximo la Organización Mundial de la Salud. ¡Anda!, pero si eso ya lo habías superado antes con Spotify a pleno funcionamiento. Bueno, lo vamos a pasar por alto, ya que sarna con gusto no pica, como diría el otro.

No es que seas muy fan de Star Wars, pero bueno, habrá que adaptarse a la mayoría. Te hubiera apetecido mas echar unas risas con los ocho apellidos catalanes, pero, la verdad es que una vez que empieza la película impresiona ver cómo llena la pantalla el Halcón Milenario soltando por sus motores 140 decibelios. Pero ojo, no vayas a creértelo, porque como bien sabrás el sonido no se transmite en el espacio exterior. ¿Por lo tanto, que intensidad tenemos? ¿0 decibelios? Luego te lo cuento, no te preocupes.

Después de echar unas cañitas con tus amistades llega la traca final: concierto en la discoteca a 120 decibelios del ala. No, lo de 120 decibelios no es el nombre del grupo. Es la intensidad sonora que está llegando a tus oídos. Aquí es donde entran en juego los logaritmos, ya que sin ellos sería imposible establecer una escala que nos ayude a medir la intensidad del sonido.

Sí señor, los logaritmos, a parte de para otras muchas cosas en nuestra vida diaria, nos sirven para poder medir y establecer los diferentes niveles de intensidad de cualquier sonido. ¿Pero, existe el silencio absoluto? La respuesta es no, o por lo menos para los logaritmos, ya que al medir la intensidad del sonido utilizando una escala logarítmica es imposible partir de cero. La razón es muy simple; el logaritmo de cero no existe.

Menuda tarde-noche de Viernes que has echado. Ha llegado la hora de meterse en el sobre. Volvemos a los 10 decibelios. Benditos logaritmos.

No puede ser… Sábado, 8 de la mañana, el eficiente operario del Ayuntamiento está taladrando para hacer un agujero en medio de la calle, justo debajo de tu ventana. Otra vez la tubería que pasa por tu calle ha decidido romperse. Te acaban de despertar 110 decibelios en lo mejor del sueño. Y ya ni te cuento lo de tu vecino, con la aspiradora a 70 decibelios, dejando el suelo del piso como los chorros del oro.

No sé cómo se las apañan las matemáticas, pero siempre acaban fastidiándote de una forma u otra, ¿o no?

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Amplificación (2): Ancho de Banda, Impedancia y Distorsión

Con la ayuda inestimable del Canal de Youtube ElectrónicaFP, en esta entrada trataremos de responder a las siguientes preguntas respecto del Ancho de Banda:

  • ¿Qué es la respuesta en frecuencia?
  • ¿Qué es el Ancho de Banda o Bandwidth?
  • ¿Cómo se calcula?

También hablaremos de:

  • la Impedancia (de entrada y salida) en dispositivos amplificadores, y
  • la Distorsión que se produce en la amplificación

El Ancho de Banda

 
 

Impedancia y Distorisión

 

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