Diseño amplificador de potencia

Diseño Amplificador de potencia
Santiago Niño Vargas, Luis Miguel Rueda Galindo, David Felipe López Tabares,
Manuel Tapiero Vanegas
Universidad Santo Tomas
Bogotá D.C., Colombia
santiagoninov@usantotomas.edu.co
luisruedag@usantotomas.edu.co
Davidlopezt@usantotomas.edu.co
Manueltapiero@usantotomas.edu.co
I. INTRODUCCIÓN
El amplificador de potencia (P A) es un elemento crítico en la
moderna aplicaciones comerciales y militares. Su uso en los
sistemas de comunicación ha experimentado un tremendo
crecimiento en los últimos 30 años con la introducción de
satélites comunicaciones, teléfonos móviles, sistemas de
posicionamiento global, redes de área inalámbrica, Bluetooth,
radio satelital y etiqueta RF sistemas.
proyecto.
III. ESTADO
DEL ARTE
Los amplificadores de potencia son aquellos que poseen una
etapa de salida que sea capaz de generar diferentes rangos de
tensión e intensidad teniendo la capacidad de transferir la carga
de potencia que se requiera [1] los cuales comenzaron a usar en
los años 60 haciendo de lado a las válvulas de amplificación las
Los sistemas de radar y de guerra electrónica también han visto cuales eran muy grandes y pesadas, haciendo que los
crecimiento con la introducción de transmisores de estado sólido amplificadores que conocemos se conviertan en los más usados
y transmisores de matriz en fase. El transistor de tres terminales [2].
tiene hizo posibles todas estas aplicaciones debido a su pequeño
Gracias a esto se puede identificar que estos poseen muchos usos,
tamaño, alto ganancia, alta eficiencia y amplia cobertura de
comenzando con la forma en la que se diseñan este tipo de
frecuencia. [21]
circuitos. Estos consisten en una etapa de baja potencia que es la
Mediante la implementación de los conocimientos adquiridos en que entra en el amplificador, el cual llega a una etapa de potencia
clase y los elementos solicitados, se llevará a cabo la
por la que se suministra la intensidad necesaria para volver al
elaboración de un amplificador de 500W, para esto se tendrá en amplificador y realizar un bucle de retroalimentación [1].
cuenta los esquemáticos y diagramas a plantear además del
establecimiento del cronograma de trabajo que estará sujeto a
Una manera de verlos en la vida cotidiana es para poder generar
cambios. Por medio de simulaciones en la herramienta Multisim una mayor salida de un sistema LDMOS el cual nos proporciona
y en prototipo en físico podremos analizar la señal de
un estado activo a mayor frecuencia pudiendo así generar
amplificación
frecuencia con valores muy grandes haciendo que se pueda
propagar la señal [6].
II. OJETIVOS
Otro uso es, como lo dice su nombre, amplificar su potencia, la
 Objetivo General
cual, año tras año se van generando más y más diseños que
Diseñar un amplificador de 500W, empleando una resistencia de optimicen su funcionamiento, tal es el caso del módulo del
amplificador de potencia “1-3Ghz 90W PA module” el cual
carga de 3 ohm, con el propósito de recopilar las diferentes
ayudo a generar señales más limpias en el campo de las
topologías y circuitos vistos durante el espacio académico,
telecomunicaciones. [5]
mediante la elaboración de etapas que soporten la correcta
funcionalidad de dicho diseño
Para ello uno de sus componentes más importantes son los pares
o amplificadores diferenciales que tienen como objetivo
 Objetivos Específicos
primordial amplificar la diferencia entre dos señales, el cual está
Reconocer las características de nuestros elementos a
conformado por dos transistores iguales por donde entra una señal
disposición, con el fin de aprovecharlos y lograr el diseño de
inversora y en el otro transistor una señal no inversora, dándonos
nuestro amplificador, mientras lo hacemos dinámico y funcional
así una salida por la cual se amplifica [3].
para un mejor proceso de aprendizaje.
Por medio de cálculos y simulaciones, se implementa el diseño
apto para optimizar y reducir gastos y tiempo en el montaje
Al momento de realizar el diseño e implementar nuestros
conocimientos vistos, se debe validar que cada cosa cumpla su
correcto funcionamiento para un resultado óptimo de nuestro
Pero se nos olvidó hablar con respecto a el elemento
característico del par diferencial, el transistor BJT el cual posee 3
terminales (Colector, Emisor y Base) debido a la unión de dos
diodos en sentidos contrarios, de este transistor se pueden
encontrar dos configuraciones la NPN y la PN, en el caso de la
configuración NPN el emisor emite carga en dirección a la base,
esa carga se transmite al colector, en el caso del PNP las
tensiones en continua son opuestas al NPN [8].
Y el otro elemento usado en este es la resistencia eléctrica de un
conductor es una propiedad física, la cual nos indica la
oposición del conductor para permitir el paso de la corriente
eléctrica a través de él. La resistencia de un conductor eléctrico
depende de la naturaleza del material, de su longitud y de su
sección transversal, el símbolo para resistencia eléctrica es R y
su unidad de medida es el ohmio [1]
Para calcular la resistencia eléctrica de un conductor se aplica la
siguiente formula:
𝐿
[19]
𝑅° = 𝑃
𝐴
Otro componente que nos ayudará a rectificar la señal será el
diodo el cual es un componente electrónico que solo permite el
paso de la corriente en un sentido (por eso es un semiconductor,
porque es conductor solo en determinadas condiciones). [13]
Pero el tipo de diodo usado es el Zener el cual necesita un tipo
especial de diodo que se usa más extensamente como un
regulador de voltaje; esto se debe a que, en polarización inversa,
una vez que la tensión inversa suministrada a un diodo Zener
alcanza su voltaje de ruptura, denominado VZ, [16]. La tensión
a través del diodo permanece constante en esta tensión incluso si
la corriente a través del diodo continúa aumentando o variando.
Pero, queda un ruido en la señal, con el fin de que sea lo más
recta posible, se utiliza un capacitor eléctrico el cual es un
dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz
de almacenar energía sustentando un campo eléctrico, sirve para
almacenar carga y energía. Está constituido por dos conductores
aislados uno de otro, que poseen cargas iguales y opuestas. Los
condensadores tienen múltiples aplicaciones.
un dispositivo de efecto de campo que implementa un campo
eléctrico para la formación de un canal de conducción, se
presentan dos tipos de canales, el canal N y el canal P, la tensión
mínima para crear el canal lo denominamos tensión de Threshold
(Vth ) por lo cual si VGS es mayor o igual a Vth se generara el
canal [11].
IV. METODOLOGIA

Comprensión de conocimientos en base a temas vistos
con el docente los cuales serán usados para diseñar
correctamente el amplificador.

planteamiento del diseño justificando cada componente a
usar que nos ayudara a comprender y reducir gran parte
del circuito en su etapa de cálculos y simulación.

simulación y cálculos para poder tener una base clara de
los materiales a utilizar sin llegar a desperdiciar o faltar
alguno en el momento de ensamblar el diseño propuesto.

compra de materiales y ensamblaje de prototipo en base
a simulación de tal manera de que los cálculos y el
diseño físico sean correctos cada uno por igual.

Discusión y análisis de resultados para obtener
conclusiones con respecto a el diseño y el uso de los
materiales usados para implementar este proyecto.
V. propuestas implementadas
Los condensadores también se utilizan para suavizar las
pequeñas ondas que surgen cuando la corriente alterna (el tipo
de corriente que suministra un enchufe doméstico) se convierte
en continua en una fuente de potencia. [18]
Está formado por un par de superficies conductoras,
generalmente en forma de láminas o placas, en situación de
influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico
que parten de una van a parar a la otra) separadas por un
material dieléctrico o por la permitividad eléctrica del vacío.
Amplificador de 500 w - Por Rosa Gutiérrez Rubio
Las placas sometidas a una diferencia de potencial adquieren
una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y
negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. ,[18]
Y por último, para tener un sonido claro se utiliza un inductor o
bobina es un dispositivo eléctrico que se usa para almacenar la
energía en forma de campo magnético, está formada por un
arrollamiento de alambre de forma que el campo magnético
generado por una espira, afecte a las espiras vecinas de forma
que los campos magnéticos de todas las espiras se sumen o
contrarresten para formar una distribución espacial de campo
magnético alrededor de la bobina y que depende de su forma,
numero de espiras y de capas del material en el núcleo de la
bobina.[20]
Como elemento para agregar se usará el transistor MOSFET es
Amplificador de 1500 w - Por AUDIO YIROSHIN 2012

Propuesta de amplificador de 500w
Al implementar esta propuesta se nos dio el problema de
que los transistores usados para su creación la gran mayoría
estaban fuera de circulación, para solucionar este problema
se tomaron transistores genéricos en el simulador y se
modifico uno por uno con las características pertinentes
aplicados en la propuesta, al momento de simularlo el
resultado fue negativo ya que no amplificaba , notamos que
los componentes implementados que cambiamos no
sirvieron ya que estos transistores no soportaban la
amplificación de 500 w .

Amplificador sin modificación de 500w

Propuesta de amplificador de 1500w.
Esta propuesta fue mas acertada por el echo de que muchos
de los transistores usados si estaban en circulación del
mercado colombiano, esto facilitara la construcción de este,
al simularlo fue mas sencillo ya que los modelos de los
transistores si estaban disponibles en el simulador Multisim.
al ser de 1500w se modifico de tal forma que cumpla las
especificaciones dadas por el docente, teniendo en cuenta
conocimiento ya visto en clase, se modifico la cascada de
transistores, retirando un total de 6 transistores en cascada y
remplazando uno para su cambio a un transistor Mosfett , se
modificaron algunos transistores para su compra posterior
que no eran tan fácil de conseguir en el mercado o
simplemente era muy costosos.
Este amplificador con las modificaciones respectivas será
nuestra guía para su montaje posterior,

Amplificador sin modificación de 1500w.
Amplificador de 500 w Simulado

Amplificador con modificaciones de 500w.
Amplificador de 1500 w Simulado

Amplificador modificado de 500w.
Amplificador de 500 w simulado - modificado
Amplificador de 1500 w simulado - modificado

Amplificador final para montaje.
Componentes usados

Transistor BJT
Fueron usados tanto para amplificar la corriente como para
amplificar la potencia ya que estos son muy versátiles al funcionar
en altas frecuencias, en este caso, la entrada de voz y también al
poder minimizar el consumo de energía del circuito.

Amplificador de 1500 w simulado para montaje
Transistor MOSFET
Mayormente usado para poder amplificar en grandes cantidades, lo
pusimos en la cascada haciendo que tengamos menor cantidad de
transistores BJT en ella ya que aumenta la corriente y dándole un
impulso al circuito para tener la potencia deseada.
 Diodos
Fueron usados como reguladores de voltaje en la etapa de
emisor común.
VI.
Etapas del circuito amplificador y componentes
usados

Resistencias
Usadas para poder reducir en algunos casos el voltaje con el fin de
no quemar los transistores o para poder realizar un filtro de señal.

Capacitores
Regularon la señal de tal forma de que no se produjera ruido a la
hora de ingresar la señal en los transistores.

Inductores
Le dio potencia final a el circuito para tener la potencia que
necesitábamos actuando, así como un filtro final del circuito.
Justificación etapas

Par diferencial
Nos ayuda a generar de manera correcta una amplificación de la
señal de entrada por medio de dos npn los cuales amplificaron la
corriente que ingresaba.

VII.

Por medio de una cascada de tipo mixta entre Bjt y
mosfet podemos aumentar la cantidad de potencia
que se le proporciona a la salida de nuestro circuito y
a mayor cantidad de este tipo de cascada mayor es la
potencia recibida.

La colocación de un filtro tanto en la entrada como
en la salida generan una señal más nítida y sin ruido
para que en las diferentes fases de nuestro circuito no
sea perturbada y al final para terminar de quitarle el
ruido a la señal al haber pasado por las fases ya
mencionadas.

No se ve una señal completa a la salida ya que la
señal esta saturada por que esta por encima de 75 y 75v , estando recortada por la fuente de alimentación.
Filtro
Elimina el ruido de la señal generado por el ambiente, se genera
por medio del condensador y la resistencia a comienzo del
circuito.
 Cascada
Aumenta la potencia del circuito regulando la corriente que
entran por ellos, en la cascada inferior se puso un mosfet el
cual ahorra varias líneas de cascada de transistores npn.
 Filtro final
Para poder reproducir una onda nítida, se puso otro filtro en
la salida del circuito para evitar algún fallo en la salida.

Etapa de emisor común
Por medio de esta etapa pudimos amplificar la corriente en el
colector y gracias a un puente de diodos se logró reducir el
voltaje que iba a entrar en la cascada.
Resultados
VIII.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFIA
[1] J. M. Drake Moyano, «Amplificadores de potencia.,»
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA, Santander, 2005.
[2] Una guitarra feliz, «La Evolución Del Amplificador, Del
Triodo A Los Transistores,» 25 08 2021. [En línea]. Available:
https://unaguitarrafeliz.es/la-evolucion-del-amplificador-deltriodo-a-los-transistores/.
[3] M. I. Shiavon, «AMPLIFICADOR DIFERENCIAL,»
Electronica I (A-3,20,1), pp. 1-12, 1 20 2010.
[4] J. de Castro, «Principios de pares diferenciales - Parte 1,» 13
Noviembre 2019. [En línea]. Available:
https://resources.altium.com/es/p/principios-de-paresdiferenciales-parte-1.
[5] M. Ghazizadeh, S. -H. Javid-Hosseini and V. Nayyeri, "A 90W
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10.23919/EuMC48046.2021.9337961.
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Doherty Power Amplifier Using Optimized Output Matched Si
LDMOSPower Transistors," 2007 IEEE/MTT-S International
Microwave Symposium, 2007, pp. 1577-1580, doi:
10.1109/MWSYM.2007.380577.
[7] A. M. Madni, R. K. Hansen, J. B. Vuong and R. F. Wells, "A
differential capacitive torque sensor (DCTS)," SENSORS, 2005
IEEE,2005, pp. 4 pp.-, doi: 10.1109/ICSENS.2005.1597942.
[8] TRANSISTORES DE UNION BIPOLAR (BJT), Departamento
de Ingeniería de la Información y Comunicaciones Universidad de
Murcia,Autores: Germán Villalba Madrid, Miguel A. Zamora
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[9] Y. -R. Yang, "A BJT Self-Oscillating Buck-Boost Converter for
Battery-Power LED Flashlights," 2020 IEEE 29th International
Symposium on Industrial Electronics (ISIE), 2020, pp. 595-600, doi:
10.1109/ISIE45063.2020.9152392.
[10] S. Liang, L. Deng, Z. Peng, Y. Shi, Z. J. Shen and J. Wang, "A
New Proportional Base Driver Technique for Minimizing Driver Loss
of SiC BJT," 2018 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition
(ECCE), 2018, pp. 5485-5488, doi: 10.1109/ECCE.2018.8557373.
[11] Transistor Mosfet: Caracterización y aplicaciones básicas,
Departamento de Ingenieria Eléctrica y Electrónica Universidad
Nacional de Colombia., Autores: Lisseth Tatiana Herrera Rosero,
Brayam Santiago Velandia Castillo,
[12] T. A. Fjeldly and L. Ballangrud, "Enhanced p-MOSFET
performance by channel field redistribution," Proceedings of the 1998
Second IEEE International Caracas Conference on Devices, Circuits
and Systems. ICCDCS 98. On the 70th Anniversary of the MOSFET
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10.1109/ICCDCS.1998.705803.
[13]. Creative Commons Atribución-CompartirIgual (2010), Diodo, Se
puede
encontrar
en
la
siguiente
página:
http://enciclopedia.us.es/index.php/Diodo, acceso (25/08/21).
[14]Khan Acadey El diodo como un elemento de circuito (2021), se
puede
encotrar
en
la
siguiete
página:
https://es.khanacademy.org/science/electrical-engineering/eesemiconductor-devices/ee-diode/a/ee-diode-circuit-element
[15]. TBem Robótica 2019 (2010), Historia del Diodo – Datos
asombrosos
[internet],
Se
puede
encontrar
en:
https://teslabem.com/blog/lahistoriadeldiodo/#targetText=As%C3%AD
%20invent%C3%B3%20el%20rectificador%20
de,1894%20en%20experimentos%20con%20microondas.,
acceso
[25/08/21].
[16]. Khan Academy (2019), El diodo como un elemento de circuito
[internet], Se puede encnontrar en:
https://es.khanacademy.org/science/electricalengineering/eesemiconductor-devices/ee-diode/a/ee-diode-circuitelement, acceso (25/08/21).
[17]. Area Tecnologia (2017), Diodo Semiconductor, Se puede
encontrar en: https://www.areatecnologia.com/electronica/eldiodo.html, acceso (25/08/21).
[18] Capacitores. Diaz Rosales Misael Enrique (2017). Analisis de
circuitos I. Instituto Politecnico Nacional.
[19] Fundamentos de circuitos eléctricos / José Leonardo Ramírez
Echavarría, Carlos Osvaldo Velásquez Santos- Medellín: Fondo
Editorial ITM, 201. (Pag 37,30,24)
[20] AMPLIFICADORES CON TRANSISTORES ESTUDIO Y
DIMENSIONADO, Autor: Lubiano GarcÍa, Adrián, Tutor: Buey
Cuesta, Jose Julio, Valladolid, Junio 2017.
[21]E. C. Niehenke, "The evolution of transistors for power amplifiers:
1947 to today," 2015 IEEE MTT-S International Microwave
Symposium, 2015, pp. 1-4, doi: 10.1109/MWSYM.2015.7166768.
[22] https://docplayer.es/20778634-Amplificador-estereo-de-500wcon-excelente-respuesta-de-bajos.html Por : Rosa Gutiérrez Rubio.
[23] https://dokumen.tips/documents/amplificador-yiroshi-tr3500-consuper-driver-1500w-1.html Por : AUDIO YIROSHIN 2012.
IX.
Cronograma
ACTIVIDAD
ENTREGA 2
ENTREGA 3
ENTREGA 4
ENTREGA 5
ENTREGA
5-1
ENTREGA
5-2
SEMANA
#1
Días
(6-12) de
Septiembre
X
SEMANA
#2
Días
(13-19) de
Septiembre
SEMANA
#3
Días
(20-26) de
Septiembre
SEMANA
#5
Días
(27-30) de
Septiembre
2021
SEMANA
#6
Días
(1-3) de
Octubre
X
X
X
X
SEMANA
#7
Días
(4-10) de
Septiembre
SEMANA
#8
Días
(11-17) de
Septiembre
X
X
SEMANA
#9
Días
(18-24) de
Septiembre
SEMANA
#10
Días
(25-31) de
Septiembre
x
x
x
x
x
x