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AMPLIFICADORES DE POTENCIA

 

EL PAR DARLINGTON

 

En la figura 21 se ilustra el par Darlington. Dicho par es una configu­ración compuesta de dos transistores en cascada. Esta combinación de transistores posee algunas características deseables que la hacen más útil que un solo transistor en ciertas aplicaciones. Por ejemplo, el circuito tiene alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida y alta ganancia de corriente. Una desventaja del par Darlington es que la corriente de fuga del primer transistor es amplificada por el segundo.

Figura 21.  El par Darlington

 

            Si los dos transistores se conectan de la manera mostrada en la figura 21, los betas de los dos transistores se multiplican, formando una combinación que parece un solo transistor de b alta. El par Darlington se puede utilizar en configuraciones EC o ES. La impedancia de entrada de ambos transistores no es la misma, ya que el punto de operación del primer transistor es diferente del segundo. Esto se debe a que la carga equivalente en el primer transistor es b2(RE || RL), mientras que la carga en el segundo transistor es sólo RE || RL.  En la práctica, el primer transistor puede tener un manejo de potencia menor que el segundo.

 

    La resistencia de entrada del segundo transistor constituye la carga del emisor del primer transistor.

 

Figura 22. Par Darlington en emisor común (EC)

 

Tabla 5.  Ecuaciones del amplificador Darlington EC

 

Resistencia de entrada

Rent = R1 || R2 || (rp1 + b1rp2)

Ganancia de corriente

Ganancia de voltaje

 

 

            Aunque normalmente se considera que éste es un amplificador de ganancia de tensión, dicho amplificador puede proporcionar altas ganancias de corriente de­bido a su resistencia de entrada extremadamente grande. Varias configuraciones de amplificadores con la resistencia de emisor en cortocircuito tienen excelentes ganancias de tensión, pero baja resistencia de entrada, lo que redunda en una baja ganancia de corriente. Sin embargo, este amplificador proporciona no sólo buena ganancia de tensión, sino también excelente ganancia de corriente.

 

            Algunos fabricantes empaquetan el par Darlington en un solo paquete con tres terminales externas únicamente. Los pares Darlington empacados en un circuito integrado están disponibles con betas de hasta 30 000.  En el anexo 9 se presenta la data sheet de los pares Darlington BDX42, BDX43 y BDX44 de Philips Semiconductors.

 

            Aunque el circuito Darlington se puede ver como un solo transistor, existen algunas diferencias potenciales importantes. Una de ellas es la velocidad de ope­ración. Cambiar la tensión a través de la unión de un transistor requiere una cantidad finita de tiempo, ya que se deben mover electrones. De hecho, conforme aumenta la capacitancia, aumenta la constante de tiempo de cualquier combinación RC y disminuye la velocidad de operación. Como el circuito Darlington tiene dos uniones base-emisor en serie una con la otra, la combinación tiende a operar de forma más lenta que un solo transistor. Para acelerar la operación, se coloca un resistor entre el emisor del primer transistor y la base del segundo. Estos resistores tienen valores típicos de varios cientos de ohms para transistores de potencia y varios miles para transistores de señal. Además, como hay dos uniones base-emisor, en vez de 0.7 V se tiene una VBE = 1.4 V en total.

 

 

Figura 23.  Par Darlington en emisor seguidor (ES)

 

 

    En la figura 23 se ilustra el par Darlington en emisor seguidor, este circuito se caracteriza por poseer una resistencia de entrada y una ganancia de corriente mucho más grandes que las del par.  Este sistema se emplea en la construcción de amplificadores clase A.

 

 

Figura 24.  Amplificador de simetría complementaria con par Darlington

 

 

            Se puede diseñar un amplificador de alta ganancia de corriente utilizando la conexión de un par Darlington y transistores. Dicho amplificador se ilustra en la figura 24. Esta configuración se conoce como amplificador clase AB cuasicomplementario con par Darlington, e incorpora un par Darlington con transistores NPN y un par retroalimentado consistente en un transistor NPN y uno PNP.

 

            Los transistores Q2 y Q4 son transistores NPN similares capaces de manejar alta potencia. Los transistores Q1 y Q3 son complementarios y no necesitan manejar alta potencia. La carga efectiva para Q1 y Q3 es bRL (donde b es la ganancia de corriente del transistor de salida), que es grande comparada con RL. Por tanto, el punto de operación para estos transistores es mucho menor en la línea de carga que el de los transistores Q2 y Q4.

 

            La señal de entrada positiva provoca que Q1 conduzca, pero Q3 permanece en corte ya que se trata de un transistor PNP. Conforme la señal de entrada se hace negativa, Q1 se corta y Q3 conduce. Así, el circuito de entrada opera como el amplificador de potencia de simetría complementaria analizado antes. El resistor se puede ajustar para minimizar la distorsión de cruce por cero permitiendo que conduzcan tanto Q1 como Q2 cuando la señal de entrada está cercana a cero.

 


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