Les voy a ayudar un poquito... si sabré yo de esos diagramas... ¿ Se acuerdan de porqué hice tanto énfasis en no pasar un diagrama discreto ucd con mosfet solamente de canal-n ? - Bueno, esos diagramas son la prueba. Y les aseguro que sé exactamente cómo operan, y porqué estan esos componentes ahí, y hay una cosa que les puedo asegurar: Los diodos que figuran en los diagramas con críticos, tanto el modelo, como el lugar donde está puesto.
Ahora voy a tratar de explicarles para qué están cada uno de los componentes. Tomemos como referencia el último diagrama posteado por felibar12, el ucd?is3a.gif, porque la gran mayoría son muy parecidos a éste.
Tenemos que recordar que para "encender" un mosfet canal-n, hay que aplicarle una tensión positiva entre la compuerta y el surtidor (gate-source). Esa tensión tendría que estar en el orden de 10v, y puede llegar a 20v. Como valor razonable, tomemos 12v.
El mosfet N que está conectado a -VCC (tensión de alimentación negativa), tiene el surtidor a -VCC, por lo que para apagar el mosfet, basta con conectar la compuerta con el surtidor. Fijémos en Q26. Si hay tensión entre compuerta y surtidor, eso hace que el transistor Q26 se encienda (porque circula corriente por la unión emisor base de ese transistor, y luego por la resistencia R43. Eso hace que el transistor se sature, y como el colector está unido al surtidor del mosfet, el transistor "cortocircuita" la compuerta con el surtidor, apagando el mosfet. Todo ésto asume que Q25 está cortado, porque sino, Q25, a través de R42, pone a -VCC + 12 volts la base de Q26, y a través de D13, la compuerta del mosfet también a -VCC + 12 volts, encendiendo el mosfet efectivamente. Es decir, el conjunto Q25/R42/R43/Q26/D13 es un driver de mosfet discreto y ese driver de mosfet se controla tomando corriente de la base de Q25, con el transistor Q15. La resistencia R41 está para asegurarse que Q25 deja de conducir cuando Q15 deja de tomar corriente, pues si Q15 no toma corriente, entonces R41 conecta la base con el emisor de Q25, haciendo que éste deje de conducir.
Ahora, el problema es el otro mosfet N, porque tiene conectado el surtidor a la salida de tensión , es decir. la tensión a la que está conectado es variable. Por eso, C11/C9 y D20 forman una fuente de tensión "flotante" de 12 volts. Cuando el mosfet inferior se satura, justamente, el punto "v" se pone a -VCC, y luego, los capacitores C11/C9 se cargan a 12 volts via el diodo D20. Si el mosfet de abajo deja de estár encendido, ahora, la tensión entre el surtidor del mosfet de canal N superior y el emisor Q23 será de 12v gracias a esos capacitores C11/C9. Por eso es una fuente de tensión flotante... Porque la "masa" de esa fuente se mueve con la tensión de surtidor del mosfet N superior. Salvando esa diferencia de la fuente de tensión flotante, los componentes Q16/R38/Q23/R39/R40/D11/Q24/M1 se comportan exactamente igual que los componentes Q15/R41/Q25/R42/R43/D13/Q26/M2.
Ahora a la etapa de entrada: Q1/R9/D17/D18 y R11 son una fuente de corriente constante. D17/D18 junto con R11 forman una fuente de tensión constante de 1.4 volts, medidos entre VCC y la base de Q1. Luego, el emisor de Q1 está a 0.7 volts por arriba de su base. Eso significa que la tensión sobre R9 es constante, por lo tanto, la corriente por la misma es constante, por lo que la corriente por el emisor de Q1 es constante, por lo que la corriente por el colector de Q1 es constante (porque, aproximadamente, la corriente de emisor es igual a la de colector, excepto la pequeña parte que se va por la base, que está en el orden de 300 veces menos que la de emisor)
Q3 y Q4 son un par diferencial de transistores, es decir, esos transistores operan de comparador de tensión. Es el diagrama clásico de entrada de todos los operacionales a transistores.
Q7 y Q6 actúan de espejo de corriente, es decir, la corriente que entra por el colector de Q7 es la misma que entra por el colector de Q6. En la realidad, mientras las entradas del "comparador de tensión" formado por las bases de Q7 y Q6 estén exactamente a la misma tensión , que ambas corrientes de colector son iguales; apenas empieza a haber una diferencia de tensión, se produce que Q7 O Q6 se saturan, y siempre en forma complementaria. NUNCA se puede dar que ambos saturen a la vez. Si satura Q7, se abre Q15, esosignifica que no habrá corriente por el colector de Q15, por lo que eso termina implicando que el mosfet M2 estará abierto. Al contrario, si Q7 no satura, luego Q15 se cierra, tomando corriente por su colector, por lo que M2 termina cerrándose (saturándose)
Lo mismo se puede explicar con Q6/Q16 y M1. Noten que este circuito asegura que NUNCA se enciendan ambos mosfets a la vez... al menos, en teoría...
Pero, una cosa es la teoría, y otra MUY distinta es la práctica... resulta ser que los transistores, son mucho más rápidos para encenderse (cuando se saturan) que para apagarse. Sin entrar en muchos detalles, tiene que ver con un fenómeno de acumulación de cargas en la base... El resultado es que si para saturar un transistor tardamos 20nS (nanosegundos), para desaturarlos es normal tardar 20uS (microsegundos), es decir 1000 veces más. Eso es un problemón, porque eso implica que cuando Q23 se satura, Q25 debiera desaturarse y cortarse a la vez, pero NO PASA. Q25 está saturado, se le quita la exitación de base, y a la vez se exita la base de Q23, pero como al exitar, el transistor prende muy rápido, pero el otro va a tardar un rato bastante grande en apagarse, esto termina haciendo que AMBOS mosfets conduzcan a la vez, produciendo un cortocircuito entre VCC y -VCC, con resultados desastrosos para los mosfets (recalentamiento de los mosfet y posterior destrucción de los mismos)
Por eso existe D10 y D12. Son diodos antisaturación, que evitan que los transistores Q23 y Q25 lleguen a saturarse totalmente. El truco es muy sencillo, esos diodos son diodos ESPECIALES (normalmente schottky), con caída de tensión en el orden de los 0.3v. Cuando un transistor se satura, la tensión colector emisor se hace casi 0. Pero la tensión base-emisor debe ser 0.7 volts, porque para que se sature el transistor, hayque tomar corriente de la base, y si tomamos corriente de la base, el diodo base-emisor del transistor estará polarizado en forma directa, por lo que hay 0.7 v entre base y emisor. Pero eso ya no puede darse gracias al diodo antisaturación, porque apenas la tensión colector emisor del transistor baja de 0.4v, el diodo antisaturación conduce y hace que deje de pasar tanta corriente por la base del transistor (porque ahora pasa por el diodo y entre por el colector del mismo transistor, saliendo por el emisor, pero NO pasa por la base. El resultado es que el transistor queda "clavado" en una tensión de 0.4 v entre colector y emisor, pero no se satura, y si no se satura, entonces su apagado es muchísimo más rápido (del orden de los 20nS) ... Por eso, ese diodo , que parece tan inocente, es CRITICO, no puede ser sustituido por ningún otro modelo... O sea, ese es el tema... Hay diodos schottky de alta corriente, pero NO SIRVEN acá, porque esos diodos son de alta capacidad (de capacitancia), equivalen a un diodo con un capacitor en paralelo, y eso arruina el funcionamiento antisaturación, ya que el diodo tiene que ser tan rápido o más que el transistor a proteger, y estos transistorcitos de baja señal son realmente MUY rápidos. Enfin... Hay muchísimo más que explicar, pero los únicos transistores con problemas de saturación en este diagrama son Q23 y Q25 (porque Q24 y Q26 no pueden saturarse, porque , justamente, cuando los mosfets se han apagado, ya no hay tensión base-emisor en esos transistores, por lo que no se mantendrán saturados. Recuerden: Si la tensión emisor-colector de un transistor es mayor que 0.3 volts, un transistor NO estára saturado... Si analizan el circuito, se darán cuenta que ninguno de los otros transistores puede saturar.
El problema de la saturación de los transistores se agrava a medida que el transistor es de más potencia, y como la frecuencia de oscilación de un amplificador de audio tiene que ser alta (para que no se oiga), los transistores de potencia no resultan adecuados para este uso.
Un detalle importante es que los mosfets NO tienen este problema de tiempo de saturación (se saturan y desaturan en el mismo tiempo, lo único que hay que tener en cuenta es que el mosfet tiene una capacidad parásita (no deseada, pero inevitable) entre la compuerta y el surtidor, por lo que el driver de mosfet tiene que ser capaz de dar un pico de corriente en el orden de 1A para poder encender o apagar el mosfet en 20nS aproximadamente... Otra vez, estamos "raspando" apenas por arriba el tema de manejo de mosfets, pero todo lo que hemos hablado termina quedando en lo siguiente:
>Para elementos de potencia, si la frecuencia de conmutación es alta, sólo los mosfets nos darán la performance adecuada (tiempos de saturación/desaturación extremadamente rápidos, por lo que hay muchas menos pérdidas de calor, porque el mosfet pasa de "saturado" a "abierto" en forma casi instantánea, y todos sabemos que el momento en que un componente disipa más potencia es cuando está conmutando (justamente, cuando está en área lineal)
>Para conmutar un mosfet rápido, hay que darle un pico de corriente de 1A o más, por lo que debemos tener cuidado al elegir los transistores que componen el driver de compuerta de mosfet. Es un PICO de 1A, porque una vez que el mosfet conmutó, ya la compuerta no consumirá mas corriente (pen'semoslo como que la compuerta es un capacitor, y debemos cargarlo y descargarlo muy rápido, porque cuando la tensión en ese "capacitor" es 0, el mosfet está abierto, y cuando la tensión en ese "capacitor" es 12v, o más, el mosfet está saturado.
>Transistores de potencia no funcionan, porque son demasiado lentos , lentos para encenderse (1uS) y MUY lentos para apagarse (por ser transistores, en el orden de 1uS), y si dejamos que se saturen, en el orden de 20uS o más)
>Los drivers tienen que ser rápidos, y no necesitar mucha corriente para activarse... Para ésto, los transistores de naja señal son ideales, SIEMPRE y CUANDO evitemos que se saturen, considerando el uso en el circuito, y si es posible que un transistor se sature, DEBEMOS usar diodos antisaturación SI o SI, y TIENEN que ser los correctos para los transistores usados... Mientras no se saturen, podemos esperar de un transistor de baja señal, frecuencias de conmutación de 10nS. Además de eso, no necesitan mucha corriente de base para activarse , y son capaces de dar picos (sólo PICOS) de corriente de 1 A (típico para el par BC327/BC337). Noten que la velocidad de un transistor DISMINUYE a medida que tiene que manejar mas potencia (es decir , un transistor de más potencia es siempre más lento que uno de menos potencia... Eso es porque para que maneje más corriente, tiene que ser más grande , y eso implica menor velocidad de conmutación
> Hacer un amplificador con sólo canal-n es más complejo, porque SI o SI hace falta una fuente de tensión flotante para poder controlar el mosfet superior. Eso , sin duda, complica el diagrama...
> DEbemos tener cuidado con las capacidades parásitas de los componentes... Porqueestamos hablando de frecuencias de conmutación altas, del orden de 200khz a 2Mhz, y cualquier componente que demore la conmutación hace que las cosas empeoren...
Enfin, hay muchas más cosas que tener en cuenta, pero ésto debiera servirles incialmente
Saludos!
. Esta vez lo alimente con 2 fuentes de pc para obtener +/- 24v (24v de cada fuente)
