Etapa de salida clase AB (Push-Pull)
abril 8, 2022En los Amplificadores Operacionales la Etapa de salida clase AB es también conocida como (Push-Pull). Esta distorsión de cruce característica de la etapa de salida clase B; lo anterior puede ser eliminada añadiendo algún circuito que polarice a los transistores de salida con unas corrientes de polarización bajas; estas son suficientes para que su punto de trabajo esté en la región lineal (próxima a la región de corte). Las figuras 7.6.a y 7.6.b presentan las configuraciones más utilizadas para polarizar los transistores de salida: con diodos y con un multiplicador VBE.
Polarización con Diodos
La figura 7.6.a muestra la polarización basada en dos diodos. En ausencia de señal, v=0, la caída de tensión en diodo D1 hace que el transistor Q1 esté en la región lineal con una corriente de colector baja y lo mismo sucede a Q2 con el diodo D2; es decir, ambos transistores conducen.
Cuando se aplica i una tensión a la entrada uno de los transistores estará en la región lineal y el otro cortado; este funcionando de una manera similar a la etapa clase B anterior pero con la ausencia de distorsión de cruce. En este caso la potencia promedio suministrada por una fuente de alimentación, utilizando la ecuación 7.16, es
En general, el segundo término es despreciable frente al primero y el valor de la eficiencia indicada en las
ecuaciones 7.18 y 7.19 siguen siendo válidas.
La polarización con diodos presenta una importante ventaja al proporcionar estabilización de la polarización con la temperatura.
Además al aumentar la temperatura, la VBE de los transistores disminuye pero a su vez la caída de tensión de los diodos también lo que permite mantener constante la corriente de polarización de los transistores de salida.
Polarización con un multiplicador VBE
Otro procedimiento para obtener la diferencia de tensión 2V entre la base de los transistores necesaria para eliminar la distorsión de cruce es utilizar lo que se denomina un multiplicador de VBE mostrado en la figura 7.6.b. Este circuito consiste en un transistor (Q3) con dos resistencias (R1 y R2) conectadas entre su colector y emisor con la base. Si se desprecia la corriente de base (para ello R1 y R2 deben ser de unos pocos kΩ) entonces la corriente que circula por R1 es VBE3/R1 y la tensión entre el colector y emisor de ese transistor es:
es decir, la tensión VCE3 se obtiene multiplicando VBE3 por un factor (1+R1/R2).
Etapa de salida de un amplificador operacional
Como ejemplo práctico en la figura 7.7.a se muestra la estructura simplificada de la etapa de salida del amplificador operacional µA741 y su curva de transferencia en tensión. La tensión de entrada se aplica a la base de Q6 y la salida está formada por Q1 y Q2. Q3 polariza a Q4 y Q5 para eliminar la distorsión de cruce tal como se muestra en la VTC de la figura 7.7.b. Sin embargo, en ausencia de señal (v0=0) aparece una pequeña corriente (0.17mA) que circula por Q1 y Q2 al no estar totalmente en corte. (clase AB)
Ejemplos
El slew-rate tiene que ser muy alto para corregir la tensión mínima de base a emisor inmediatamente, sin distorsión audible. Los mosfet no son una buena opción para estas etapas, ya que la tensión que hay que superar para que estos transistores empiecen a conducir es aún mayor. También tienen una capacidad parásita importante y son más difíciles de controlar a alta frecuencia porque esta corriente sale de la etapa de ganancia en voltaje que carga con la etapa de salida, y 10mA no pueden producir cambios de tensión rápidos en las capacidades de entrada de los mosfet.
En la siguiente tabla podemos ver la distorsión armónica de las dos etapas sobre diferentes cargas, y con una salida de 11 voltios de pico.
| Z load\etapa | BJT | MOSFET |
| 8 Ohm | 0.026% | 0.110% |
| 4 Ohm | 0.033% | 0.115% |
| 2 Ohm | 0.065% | 0.120% |
Se puede ver a simple vista una mayor inmunidad de los mosfet a cargas complicadas, aunque numéricamente su distorsión sea mayor. En la siguiente tabla podemos ver lo mismo a 10kHz.
| Z load\etapa | BJT | MOSFET |
| 8 Ohm | 0.169% | 4.466% |
| 4 Ohm | 0.174% | 4.846% |
| 2 Ohm | 0.182% | 5.085% |
Las cifras son lógicamente mayores que a 1kHz, las distorsiones tienden a aumentar en agudos, y se puede ver claramente cual es el punto débil de la clase B: la alta frecuencia. El resultado de los mosfet es muy pobre.
Analizando en gráficos
Por esto a alta frecuencia este intervalo produce errores mayores.
En todas las mediciones el espectro de armónicos tiene a los impares como dominantes y casi no se reducen a medida que aumenta el orden. Es una distorsión muy nociva, no decrece con la frecuencia y alcanza órdenes muy altos.
En la siguiente tabla se puede ver el comportamiento frente a la amplitud de salida, a 4 Ohm y a 1kHz.
| v load\etapa | BJT | MOSFET |
| 21Vp | 0.079% | 0.082% |
| 11Vp | 0.033% | 0.115% |
| 5Vp | 0.043% | 0.215% |
| 2Vp | 1.005% | 0.519% |
| 1Vp | 2.006% | 1.033% |
| 0,5Vp | 3.851% | 1.935% |
| 0.2Vp | 1.021% | 4.652% |
| 0.1Vp | 0.014% | 0.014% |
A primera vista se puede ver algo claro: La distorsión aumenta a medida que decrece la amplitud. Esto es porque las componentes de distorsión son cada vez menores en relación al voltaje total.
El pico en el cruce por cero se puede ver que existe siempre aunque numéricamente sea menor en relación con la onda.
Explicación del BJT
En la etapa con BJT vemos que al dar 21 voltios de pico se produce una distorsión mayor que a 11Vp, mientras que la etapa con mosfet sigue una proogresión regular. Esto se debe a que la etapa con BJT sufre distorsión de grandes señales, por la imposibilidad de entregar más corriente.
Y a muy baja amplitud vemos que de pronto las cifras de distorsión se desploman y llegan a niveles realmente bajos. Lo anterior provoca un choque completamente con el párrafo anterior, pero en realidad tiene una explicación muy sencilla: La etapa tiene un cierto offset de voltaje (-0,16V) que le hace entregar una pequeña cantidad de corriente a la carga.
Hola, me gustaría montar una etapa push-pull a un integrado de audio TDA2822. Eso sería posible? De ser así me sería de mucha ayuda si pudiera mostrarme el diagrama completo del integrado 2822 con la etapa push-pull para cada salida de dicho integrado. Soy un fanático de la electrónica y me gusta innovar. Gracias
El TDA2822 es un amplificador de audio de bajo consumo de energía con dos canales de salida. Para configurar un amplificador push-pull con un integrado TDA2822, debes conectar dos de estos dispositivos juntos. El amplificador push-pull es una configuración que utiliza dos transistores de salida para amplificar la señal, uno en fase y otro en contrafase, lo que mejora la eficiencia y la potencia de salida del amplificador. Aquí tienes un esquema básico para conectar dos TDA2822 en configuración push-pull:
Nota: Asegúrate de que estás trabajando con precaución y siguiendo las especificaciones del fabricante y las leyes locales cuando trabajes con componentes electrónicos y amplificadores.
Esquema de conexión:
yaml
Copy code
+Vcc
|
R1
|
+—– Salida izquierda
|
TDA2822 #1
|
+—– Entrada izquierda
|
|
TDA2822 #2
|
+—– Entrada derecha
|
R2
|
+—– Salida derecha
|
|
GND
Instrucciones:
Conecta el pin +Vcc a tu fuente de alimentación. Asegúrate de que la polaridad sea la correcta y cumple con las especificaciones del TDA2822 (por lo general, funciona con un voltaje de 4 a 12V).
Conecta una resistencia R1 entre +Vcc y la salida izquierda del TDA2822 #1. El valor de esta resistencia puede variar según tus necesidades, pero generalmente se utiliza para limitar la corriente en la etapa de salida.
Conecta el pin de salida izquierda del TDA2822 #1 a la entrada izquierda del TDA2822 #2. Esto establece una conexión en contrafase.
Conecta el pin de entrada izquierda del TDA2822 #1 a tu fuente de señal de audio.
Conecta el pin de entrada derecha del TDA2822 #2 a tu fuente de señal de audio para el canal derecho.
Conecta una resistencia R2 entre +Vcc y la salida derecha del TDA2822 #2.
Conecta el pin de salida derecha del TDA2822 #2 a tu carga, como un altavoz o un amplificador de potencia externo.
Conecta el pin GND a la tierra de tu sistema.
Asegúrate de utilizar componentes adecuados y siguir las especificaciones del TDA2822 y las necesidades de tu aplicación. El TDA2822 es un amplificador de audio estéreo de baja potencia y puede ser útil en aplicaciones sencillas, como radios portátiles, pequeños amplificadores de audio y más.
Si quiere diseñar una etapa de salida que garantice 6 watts de potencia, cómo sería el procedimiento a seguir ?
Te puedo aconsejar lo siguiente:
Para diseñar una etapa de salida clase AB (Push-Pull) que garantice una potencia de salida de 6 vatios, puedes seguir los siguientes pasos:
Determina las especificaciones del amplificador:
Además de la potencia de salida deseada (en este caso, 6 vatios), necesitarás especificar otros parámetros importantes como la impedancia de carga (generalmente 4, 8 o 16 ohmios), la tensión de alimentación disponible y la eficiencia deseada.
Selecciona los dispositivos de salida:
Para una etapa de salida Push-Pull clase AB, necesitarás dispositivos de salida como transistores bipolares NPN y PNP o MOSFETs de canal N y P. Estos dispositivos deben ser capaces de manejar la corriente y la potencia necesaria para cumplir con tus especificaciones.
Calcula la corriente de pico en los dispositivos de salida:
La corriente de pico en los dispositivos de salida se determina por la potencia de salida deseada y la impedancia de carga.
Selecciona el punto de polarización:
El punto de polarización debe estar en la región activa de los dispositivos de salida para garantizar un funcionamiento lineal y eficiente. Utiliza las curvas de características de los dispositivos para determinar los valores adecuados de polarización de corriente y voltaje.
Diseña la etapa de preamplificación y control:
Una etapa de preamplificación se encarga de amplificar la señal de entrada y proporcionar la polarización necesaria para los dispositivos de salida. También puedes incluir circuitos de control de corriente y protección contra sobrecargas.
Diseña el transformador de salida:
El transformador de salida adapta la impedancia del amplificador a la impedancia de carga y proporciona aislamiento galvánico entre el amplificador y los altavoces.
Construye y prueba el circuito:
Construye el circuito según el diseño y realiza pruebas para verificar que cumple con las especificaciones de potencia, distorsión y respuesta en frecuencia.