Amplificador de transistores acoplados de transformador – Principio de trabajo:
La causa principal de las ganancias de bajo voltaje y potencia de un amplificador acoplado RC es que la carga efectiva (RAC) de cada etapa se reduce debido a la baja impedancia presentada por la entrada de cada etapa a la etapa anterior.
Esto se debe a que la impedancia de entrada de un amplificador es baja (menos de 1 kΩ), mientras que su impedancia de salida es bastante alta (del orden de 750 kΩ) y cuando dos de estos amplificadores están acoplados para proporcionar un amplificador de múltiples etapas, la alta impedancia de salida de una etapa viene en paralelo con la baja impedancia de entrada de la etapa posterior posterior y la carga efectiva se reduce.
Este inconveniente se ha superado en un amplificador de transistores acoplado al transformador, ya que seleccionando adecuadamente la relación de giro del transformador, la baja resistencia de una etapa (o carga) puede coincidir con la impedancia de salida de la etapa anterior. El amplificador de transistores acoplado al transformador se usa cuando la carga es pequeña, como un altavoz.
En la figura 16.34 (a) se muestra un amplificador acoplado de transformador de dos etapas utilizando transistores NPN en la configuración de CE.
Cabe señalar que el transformador subido está conectado a la fuente de señal de CA para aumentar el nivel de voltaje, mientras que los transformadores escalonados se usan entre las etapas para que coincidan, lo más cerca posible, la carga de cada etapa a la impedancia de salida de la etapa anterior.
Esto se puede lograr mediante la selección adecuada de la relación de giro de los transformadores de acoplamiento de paso hacia abajo. Esto se logra en un esfuerzo por estar lo más cerca posible de las condiciones máximas de transferencia de potencia.
El transformador de acoplamiento se usa para alimentar la salida de una etapa a la entrada de la siguiente etapa. La carga del colector se reemplaza por el devanado primario del transformador de acoplamiento.
El devanado secundario del transformador de acoplamiento reemplaza el cable entre el divisor de voltaje (de la red de polarización) y la base de la segunda etapa. Se usa un condensador de derivación CB en la parte inferior de cada devanado secundario para obtener un terreno de CA.
Esto evita la pérdida de potencia de señal en las resistencias de polarización. Cabe señalar que no se usa un condensador de acoplamiento en este circuito. El transformador proporciona el aislamiento de CC entre las dos etapas.
No existe una ruta DC entre los devanados primarios y secundarios de un transformador. Sin embargo, el voltaje de CA a través del devanado primario se transfiere (con un factor de multiplicación igual a la relación de giro del transformador) al devanado secundario.
Los otros componentes son los mismos que en un amplificador acoplado RC. En los amplificadores de transistores en cascada, las impedancias de entrada y salida de diferentes etapas serán diferentes y, por lo tanto, cada transformador debe diseñarse por separado.
Para un excelente rendimiento, es imperativo que los transformadores estén protegidos del ruido eléctrico, el zumbido y las recogidas no deseadas.
Operación:
Cuando la señal de entrada de CA se aplica a la base del primer transistor a través de un transformador de paso hacia arriba, se amplifica y aparece a través de la primaria del transformador de acoplamiento. El voltaje desarrollado a través de la primaria se transfiere a la entrada de la siguiente etapa, como se muestra en la Fig. 16.34 (b). La segunda etapa se amplifica aún más de manera exactamente similar y así sucesivamente.
Para la respuesta de CA, el circuito dado en la Fig. 16.34 (a) aparecerá como se muestra en la Fig. 16.34 (b).
Para la transferencia de potencia máxima, las impedancias Z2 y Z4 deben ser iguales a la impedancia de salida de cada transistor:
Este es un sistema donde se debe considerar el efecto de 1/HOE.
Z2 también es de 40 kΩ ya que la impedancia de entrada a cada etapa (Z1 y Z3) es ≡ Hie = 1.6 kΩ. La consideración de frecuencia no siempre permite que Z2 o Z4 sean igual a 1/HOE. Para tales situaciones, Z2 y Z4 generalmente se hacen lo más cerca posible de 1/HOE en magnitud.
Para el circuito dado en la figura 16.34 (b)
y ganancia de voltaje para la primera etapa,
Ahora
Ganancia de voltaje para la segunda etapa,
Voltaje de salida,
Ganancia de voltaje general,
Respuesta de frecuencia:
La respuesta de frecuencia de un amplificador transistor acoplado al transformador es muy pobre (la ganancia es constante en un pequeño rango de frecuencia), como se muestra en la figura 16.35. El voltaje de salida es igual a la corriente del colector multiplicada por la reactancia de fuga del devanado primario.
A bajas frecuencias, la reactancia primaria cae y, por lo tanto, la ganancia se reduce. A altas frecuencias, la capacitancia de entretenimiento actúa como un condensador de derivación para reducir el voltaje de salida y, por lo tanto, la ganancia.
La capacitancia de entretenimiento puede dar lugar a un fenómeno de resonancia a cierta frecuencia. Esto puede hacer que la ganancia del amplificador sea muy alta a esta frecuencia.
Se deduce, por lo tanto, que habrá una amplificación desproporcionada de frecuencias en señal completa, como música, habla, etc. Por lo tanto, el amplificador transistor acoplado transformador introduce una distorsión de frecuencia.
Sin embargo, es posible diseñar un transformador para proporcionar una ganancia bastante constante sobre el rango de frecuencia de audio, pero dicho transformador puede ser tan costoso como 10 a 20 veces el acoplamiento RC.
Ventajas:
La principal ventaja del acoplamiento del transformador sobre el acoplamiento RC es que todo el voltaje de CC suministrado por VCC está disponible en el colector debido a la ausencia de resistencia de colección RC.
El funcionamiento de este circuito es algo más eficiente que los transistores acoplados con RC debido a la baja resistencia a CC del circuito colector del sistema acoplado al transformador.
La resistencia a CC del devanado primario conectado en el circuito del colector es muy baja (rara vez excede unos pocos ohmios) en comparación con la gran resistencia al colector RC del sistema acoplado RC.
Esta resistencia a la CC más baja da como resultado una pérdida de potencia de CC más baja en las condiciones de funcionamiento y, por lo tanto, mejora la eficiencia de la operación.
Proporciona una excelente coincidencia de impedancia, ya que es bastante simple y conveniente hacer la reactancia inductiva de la primaria igual a la impedancia de salida del transistor y la reactancia inductiva de la secundaria igual a la impedancia de entrada de la siguiente etapa. Proporciona una alta ganancia debido a una excelente coincidencia de impedancia.
El acoplamiento es efectivo cuando la salida final se alimenta a una carga de baja impedancia. Por ejemplo, la impedancia de un altavoz típico varía de 4 Ω – 15 Ω, mientras que la impedancia de salida de una etapa de transistor es de varios cientos de ohmios. El uso de un transformador de salida puede evitar tales efectos indeseables de tal desajuste.
Desventajas:
- Mala respuesta de frecuencia, como ya se explicó anteriormente.
- Sistema voluminoso y costoso (los transformadores son voluminosos y más costosos en comparación con las resistencias y condensadores), particularmente cuando se operan en frecuencias de audio debido a su núcleo de hierro pesado.
- En las frecuencias de radio, la capacitancia de inductancia y entretenimiento presenta muchos problemas.
- El acoplamiento del transformador tiende a introducir HUM en la salida.
Aplicaciones del amplificador de transistores acoplado al transformador:
Debido a los inconvenientes anteriores, el amplificador de transistores acoplado al transformador no se usa para amplificar señales de baja frecuencia (audio-frecuencia). Sin embargo, se usan ampliamente para amplificar señales de radiofrecuencia (por encima de 20 kHz). Tales amplificadores se utilizan principalmente para la coincidencia de impedancia.
El amplificador transistor acoplado al transformador generalmente no se usa para etapas intermedias en un amplificador en cascada porque es costoso y voluminoso. Se usa en la etapa de entrada o salida donde puede proporcionar una coincidencia de impedancia convenientemente.