TEMA: 68
TEMA: 68
ELEMENTOS AMPLIFICADORES
ELEMENTOS AMPLIFICADORES
Y ADAPTADORES DE SEÑAL EN
Y ADAPTADORES DE SEÑAL EN
CIRCUTOS DE CONTROL.
CIRCUTOS DE CONTROL.
INDICE
INDICE
1.
1.
INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN. 2.2. AMAMPLPLIFIFIICCADADOORERES.S. 2.
2.1.1. CLCLASASIFIFICICACACIÓIÓN DN DE LE LOS OS AMAMPLPLIFIFICICADADORORESES.. 2.1.
2.1.1.1. AMPAMPLILIFICFICADOADORES RES CON CON TRTRANSANSISTISTORORES.ES. 2.2
2.2 AMPAMPLILIFICFICADOADOR EN EMR EN EMISOISOR COMR COMUN ( EC )UN ( EC ).. 2.
2.2.2.1.1. DEDESCSCRIRIPCPCIÓIÓN GN GENENERERALAL.. 2.2.
2.2.2.2. MODMODELELO PO PARARA SA SEÑAEÑAL DL DE UN E UN AMAMPLPLIFIIFICADCADOR EN EOR EN EC.C.
-- Ganancia.Ganancia.
-- Impedancia de entrada de la base.Impedancia de entrada de la base. -- Impedancia de entrada de la etapa.Impedancia de entrada de la etapa. -- Impedancia para señal del colector.Impedancia para señal del colector. -- Parámetros h.Parámetros h.
2.
2.33.. AAMMPPLLIIFIFICCAADDOOR R DDE E TETENNSSIÓIÓNN.. 2.
2.3.3.1.1. DEDESCSCRIRIPCPCIÓIÓN GN GENENERERALAL.. 2.
2.3.3.2.2. GAGANANANCNCIA IA DE DE TETENSNSIÓIÓNN 2.3.
2.3.3.3. COMCOMO PO PREDREDECIECIR LR LA A GANGANANCANCIA IA DE DE TENTENSIÓSIÓN.N. 2.
2.3.3.4.4. AAMPMPLLIIFIFICACADODOR R EN EN EMEMISISOOR R CCOMOMUN UN COCON N RREESISISSTETENCNCIA IA DE DE EMEMIISSOOR R SISINN DESACOPLAR.
DESACOPLAR. 2.
2.3.3.5.5. ETETAPAPAS AS EN EN CACASCSCADADA.A. 2.
2.44.. AAMMPPLLIIFIFICCAADDOOR DR DE PE POOTTEENCNCIIAA.. 2.
2.4.4.1.1. DEDESCSCRIRIPCPCIÓIÓN GN GENENERERALAL.. 2.4.
2.4.2.2. RERECTCTA A DE DE CACARGA RGA PPARARA A SEÑSEÑAL.AL. 2.4.
2.4.3.3. LILIMITMITES PES PARARA A LA LA EXCEXCUSIUSIÓN DÓN DE SEE SEÑALÑAL.. 2.4
2.4.4.4.. FUFUNCNCIOIONANAMIMIENENTO TO EN EN CLCLASASE E A.A. 2.4.5.
2.4.5. LIMILIMITTACIÓN ACIÓN DE DE POTENPOTENCIA CIA PPARA ARA UN UN TRANTRANSISTSISTOR.OR. 2.
2.5.5. AMAMPPLLIIFIFICCADADOOR R OPOPEERRACACIOIONANALL.. 2.
2.5.5.1.1. DEDESCSCRIRIPCPCIÓIÓN GN GENENERERALAL.. 2.5
2.5.2.2.. AMAMPLPLIFIFICICADADOR OR DIDIFEFERERENCINCIALAL.. 2.5
2.5.3.3.. DODOS CAS CARARACTECTERÍSRÍSTITICACAS DE ENS DE ENTRTRADADASAS.. 2.5.4.
2.5.4. ANALANALISISISISA A PPARA ARA SEÑAL SEÑAL DE UN DE UN AMPAMPLIFILIFICADOCADOR DIFR DIFERENCERENCIAL.IAL. 2.5
2.5.5.5.. TETENSNSIOION DN DE E OFOFFSFSET ET DE DE SASALILIDADA 2.
2.5.5.6.6. GAGANANANCNCIA IA EN MEN MODODO COO COMÚMÚN.N. 2.5.
2.5.7.7. SIMSIMBOLBOLOS OS DEL DEL AMPAMPLILIFICFICADOADOR OPER OPERACRACIONIONALAL.. 33 FIFILLTRTROS OS PPASASIVIVOS OS Y Y ACACTITIVOVOS.S.
3.
3.1.1. DEDEFIFINNICICIIÓN ÓN Y Y CLCLAASISIFFIICACACICIÓNÓN.. 4.
4. CCOONNVVEERRSSOORREEA A AA//D Y D Y DD//A.A. 44..11.. IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN.. 4.
4.2.2. COCONVNVERERSOSORERES S DIDIGIGITTALAL/A/ANANALOLOGIGICOCO.. 4.
4.3.3. COCONVNVERERSOSORERES S ANANALALOGOGICICO/O/DIDIGIGITTALAL..
1.
1. INTRODUCINTRODUCCION.CION.
En este tema se describen los elementos de un sistema de control que realizan funciones de En este tema se describen los elementos de un sistema de control que realizan funciones de amplificación y adaptación de la señal de control, elementos muy importantes y comúnmente amplificación y adaptación de la señal de control, elementos muy importantes y comúnmente presentes en estos sistemas.
El diagrama de bloques de los componentes de un sistema de control con realimentación en El diagrama de bloques de los componentes de un sistema de control con realimentación en general es el siguiente:
general es el siguiente:
Este esquemas es muy general, pero sirve para centrar la localización de los elementos que se Este esquemas es muy general, pero sirve para centrar la localización de los elementos que se describirán a lo largo del tema.
describirán a lo largo del tema.
El bloque representado como CONTROLADOR, estará en general y dependiendo en cada caso El bloque representado como CONTROLADOR, estará en general y dependiendo en cada caso del sistema a controlar, compuesto por los elementos necesarios para realizar la función de del sistema a controlar, compuesto por los elementos necesarios para realizar la función de control, que consiste en obtener una señal de control a partir de Señal de error detectada Esta control, que consiste en obtener una señal de control a partir de Señal de error detectada Esta se
señañan n cd cd cocontrontrol l serserá á apapllicicadada a sobsobre re el el SISTSISTEMA CONTEMA CONTROLROLADADO O papara ra modmodifificicar ar susu comportamiento y que presente una Señal de salida adecuada a la Señal de entrada ( Señal de comportamiento y que presente una Señal de salida adecuada a la Señal de entrada ( Señal de referencia ).
referencia ).
Los elementos de los que puede estar compuesto el CONTROLADOR son los siguientes: Los elementos de los que puede estar compuesto el CONTROLADOR son los siguientes:
El elemento
El elemento CORRECTOR DE ERROR CORRECTOR DE ERROR , es el encargado modificar la señal de error que le, es el encargado modificar la señal de error que le proporciona el detector de error con el fin de que la acción de control sobre el sistema sea más proporciona el detector de error con el fin de que la acción de control sobre el sistema sea más eficaz y presente mejores características en cuanto a precisión, estabilidad y tiempo de respuesta y eficaz y presente mejores características en cuanto a precisión, estabilidad y tiempo de respuesta y sobreoscilaciones. Pueden ser de tipo: Todo o nada, proporcionales, proporcional-derivativo, sobreoscilaciones. Pueden ser de tipo: Todo o nada, proporcionales, proporcional-derivativo, proporcional-integrativo o proporcional-derivativo-integrativo.
proporcional-integrativo o proporcional-derivativo-integrativo.
El REALIZADOR DE CONTROL
El REALIZADOR DE CONTROL, es el elemento que obtiene a partir de la señal de error que, es el elemento que obtiene a partir de la señal de error que
le llega, la señal de salida necesaria para que tras ser amplificada y adaptada se convierta en la le llega, la señal de salida necesaria para que tras ser amplificada y adaptada se convierta en la señal de control del sistema. Es elemento que tiene el conocimiento necesario sobre el sistema a señal de control del sistema. Es elemento que tiene el conocimiento necesario sobre el sistema a controlar , para saber que señal de control se debe aplicar para cada señal de error. Puede tener controlar , para saber que señal de control se debe aplicar para cada señal de error. Puede tener tamb
también conocimiién conocimiento ento y y utilutilizar izar el el comportamcomportamiento iento pasado pasado del del sistsistema. ema. Su Su imimplplemeementaciontacionn depende de la técnica que se emplee para realizar el control, en general será un programa de depende de la técnica que se emplee para realizar el control, en general será un programa de ordenador que utiliza un método de control adecuado ( control predictivo, adaptativo, etc ).
ordenador que utiliza un método de control adecuado ( control predictivo, adaptativo, etc ). El
El AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR tiene como finalidad amplificar la señal de control, para que alcance untiene como finalidad amplificar la señal de control, para que alcance un
nivel suficiente para accionar el elemento final de control, los mas usados suelen ser del tipo : nivel suficiente para accionar el elemento final de control, los mas usados suelen ser del tipo : neumático, eléctrico y electrónico, amplificadores de transistores, reles, tiristores y triacs.
El ELEMENTO FINAL DE CONTROL
El ELEMENTO FINAL DE CONTROL, tiene como objetivo modificar la variable de entrada, tiene como objetivo modificar la variable de entrada
del sistema controlado. Las variables mas utilizadas suelen ser del tipo intensidades de corriente del sistema controlado. Las variables mas utilizadas suelen ser del tipo intensidades de corriente eléctrica, cantidad de líquido o vapor, par aplicado a un eje. Se pueden utilizar: serbovalvulas, eléctrica, cantidad de líquido o vapor, par aplicado a un eje. Se pueden utilizar: serbovalvulas, motores, resistencias.
motores, resistencias.
Existen otros elementos que también pueden estar presentes en los circuitos de control y que Existen otros elementos que también pueden estar presentes en los circuitos de control y que realizan adaptación de
realizan adaptación de la señal : conversola señal : conversores Analogires Analogico/Digital, Digital/co/Digital, Digital/Analógico y filtros.Analógico y filtros.
En el desarrollo de este tema se van a describir los elementos mas representativos y de mas En el desarrollo de este tema se van a describir los elementos mas representativos y de mas ut
utililizizacacióión n en en lolos s cicircurcuitoitos s de de cocontrontrol, l, proprofufundndizizanando do en en lolos s asaspepectos ctos mamas s iimpmportaortantentes:s: Ampl
Amplifificadores, icadores, conversores A/D conversores A/D , , D/A y fiD/A y filtros.ltros.
2.
2. AMPLIFIAMPLIFICADORES.CADORES.
Son elementos común mente utilizados en circuitos de control, ya que usualmente la acción de Son elementos común mente utilizados en circuitos de control, ya que usualmente la acción de control, se realiza utilizando señales de error de menor magnitud y de manejo facil y comodo. control, se realiza utilizando señales de error de menor magnitud y de manejo facil y comodo. Existe mucha variedad de amplificadores y aunque se realizara una clasificación general de todos Existe mucha variedad de amplificadores y aunque se realizara una clasificación general de todos el
elloslos, , se se desdescricribibiran ran en en profuprofundndidaidas s los los tipotipos s mamas s reprerepresentsentatiativos vos de de amamplplifificicadoreadores s concon transistores: amplificador en Emisor comun, amplificador de tension , amplificador de potencia y transistores: amplificador en Emisor comun, amplificador de tension , amplificador de potencia y ampl
amplifiificador cador operacional.operacional.
2.1 CLASIFICACION DE LOS AMPLIFICADORES. 2.1 CLASIFICACION DE LOS AMPLIFICADORES.
Los
Los ampamplilifificadocadores res se se puedpueden en clclasasifificicar ar segsegún ún lalas s caracaractercterististicaicas s de de la la señseñal al de de error error queque amplif
amplifican enican en:: - Ampli
- Amplificadores de ficadores de continua,continua, - Ampl
- Amplifificadores icadores de alterna.de alterna. Ta
Tambien se pueden clasifmbien se pueden clasificar dependiendo dicar dependiendo de los e los elemelementos entos que los que los componen:componen: - Ampli
- Amplificadore cficadore con Ron Reles,eles, - Amplificadores magnéticos, - Amplificadores magnéticos,
- Amplificadores con valvulas termoionicas - Amplificadores con valvulas termoionicas y los mas utilizados
y los mas utilizados - Ampl
- Amplifificadores icadores con trcon transistores.ansistores.
2.1.1 AMPLIFICADORES CON TRANSISTORES 2.1.1 AMPLIFICADORES CON TRANSISTORES
Los amplificadores con transistores son los mas utilizados en la actualidad y tambien de los que Los amplificadores con transistores son los mas utilizados en la actualidad y tambien de los que mas tipos hay. Se puden clasificar:
mas tipos hay. Se puden clasificar: Dependiendo del montaje:
•
• Montaje en emisor común.Montaje en emisor común. •
• Montaje de colector común.Montaje de colector común. •
• Montaje de base comúnMontaje de base común
Dependiendo del nivel de tensión que han de amplificar: Dependiendo del nivel de tensión que han de amplificar:
•
• Amplificadores de tensión: amplifican señal devil, se les llama tambien preamplificadores.Amplificadores de tensión: amplifican señal devil, se les llama tambien preamplificadores. •
• AmAmplplifificicadoreadores s de de potenpotencicia: a: amamplplifificicadoreadores s de de señseñal al fufuerte. erte. Son Son amamplplifificicadoreadores s dede
corriente ( manejan tensión baja e intensidad alta ). corriente ( manejan tensión baja e intensidad alta ). Dependiendo del acoplamiento entre etapas:
Dependiendo del acoplamiento entre etapas:
•
• AcoplamiAcoplamiento ento RC.RC. •
• AcoplamiAcoplamiento ento LC.LC. •
• Acoplamiento por transformador.Acoplamiento por transformador. •
• Acoplamiento directo.Acoplamiento directo.
Dependiendo de la frecuencia de la señal: Dependiendo de la frecuencia de la señal:
•
• Amplificadores de corriente continua,Amplificadores de corriente continua, •
• Amplificadores de audiofrecuencia ( 20 Hz - 20 Khz ).Amplificadores de audiofrecuencia ( 20 Hz - 20 Khz ). •
• Amplificadores de videofrecuencia ( 30 Hz - 15 Mhz ).Amplificadores de videofrecuencia ( 30 Hz - 15 Mhz ). •
• Amplificadores de radio frecuencia ( 20 Khz - cientos de Mhz ).Amplificadores de radio frecuencia ( 20 Khz - cientos de Mhz ).
Dependiendo de las caracteristicas estaticas de funcionamiento ( el punto Q ): Dependiendo de las caracteristicas estaticas de funcionamiento ( el punto Q ):
•
• Amplificadores de clase A.Amplificadores de clase A. •
• Amplificadores de clase B.Amplificadores de clase B. •
• Amplificadores de clase AB.Amplificadores de clase AB.
Al
Al mamargrgen en de de esesta ta clclasasiifficicacacióión n se se enencucuenentra tra cocomo mo titipo po carcaractactererisistitico co de de apaplliifificacadordor, , elel APLIFIC
APLIFICADOR OPERACIONAL, que ADOR OPERACIONAL, que posee caracteristiposee caracteristicas de cas de variovarios s de los de los tipos inditipos indicados, yacados, ya que es amplificador de continua, de alta ganancia que funciona desde los cero Hz hasta 1 Mhz, y que es amplificador de continua, de alta ganancia que funciona desde los cero Hz hasta 1 Mhz, y esta compuesto normalmente por varias etapas amplificadoras acopladas.
esta compuesto normalmente por varias etapas amplificadoras acopladas.
2.2 AMPLI
2.2 AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN ( EC FICADOR EN EMISOR COMUN ( EC ).).
2.2.1 Descripcion general. 2.2.1 Descripcion general.
Se le llama así porque el emisor est
Se le llama así porque el emisor esta a a a masa para señal. Tiene el simasa para señal. Tiene el siguiente circuito:guiente circuito:
Las caract
Las caracteristicas principaeristicas principales son:les son:
•
• Acoplo de la entrada: La tension de entrada esta acoplada mediante un condensador deAcoplo de la entrada: La tension de entrada esta acoplada mediante un condensador de
entrada, a la base del transistor. entrada, a la base del transistor.
•
• Inversion de fase: La corriente de colector alterna es aproximadamente igual a la corrienteInversion de fase: La corriente de colector alterna es aproximadamente igual a la corriente
de emisor alterna. Si aumenta la tension de entrada , aumenta la corriente de colector, y de emisor alterna. Si aumenta la tension de entrada , aumenta la corriente de colector, y por lo tanto disminuye la tension en el colector, ya que hay mas caida de tension en la por lo tanto disminuye la tension en el colector, ya que hay mas caida de tension en la
resistencia RC resistencia RC
•
• No hay alterna en el nudo de emisor: para señal un condensador se comporta como un No hay alterna en el nudo de emisor: para señal un condensador se comporta como un
cortocircuito y el emisor esta a masa. cortocircuito y el emisor esta a masa.
•
• No hay alterna en la linea de alimentacion No hay alterna en la linea de alimentacion
La forma más simple de estudiar el circuito consiste en dividir el analis en dos partes: un analisis La forma más simple de estudiar el circuito consiste en dividir el analis en dos partes: un analisis para continua y un analisis para señal. Aplicar el teorema de superposicion. Este teorema se puede para continua y un analisis para señal. Aplicar el teorema de superposicion. Este teorema se puede
aplicar cuando el circuito tiene mas de una fuente: aplicar cuando el circuito tiene mas de una fuente: Para
Para realizar el analirealizar el analisis de consis de continua:tinua: 1.
1. AnAnulular ear el gel geneneradrador de seor de señañal.l. 2.
2. PonePoner en cr en circuircuito abito abierto todos lierto todos los conos condendensadoresadores.s. 3.
3. AnaAnalilizar ezar el cl circuito ircuito equiequivalvalente ente para contpara continuinua.a. Para realizar el analisis de señal:
Para realizar el analisis de señal: 1.
1. En el En el circucircuito origiito original, nal, anulanular todas las far todas las fuenteuentes de als de alimimentacentación.ión. 2.
2. PonePoner en r en cortoccortocircuircuito todoito todos ls los os condcondenensadoresadoress 3.
El resultado
El resultado finfinal del estudio es:al del estudio es: 1.
1. SumSumar la corriar la corrientente contie continua con la corrnua con la corrieiente de señante de señal, para obtel, para obtener la corriner la corrientente total ene total en cualquier rama.
cualquier rama. 2.
2. SumSumar la tensar la tension de contiion de continua con la tennua con la tensision de señaon de señal, para obtenl, para obtener la tenser la tension total enion total en cualquier nudo o entre valores extremos de culquiera de las resistencias.
cualquier nudo o entre valores extremos de culquiera de las resistencias. Tenemos un amplificadoe en EC, como el de la figura anterior pero con datos reales. Tenemos un amplificadoe en EC, como el de la figura anterior pero con datos reales.
2.2.2 Modelo para señal de un amplificador en EC. 2.2.2 Modelo para señal de un amplificador en EC. 2.2.2.1 Ganancia
Ganancia de
Ganancia de corrcorriente continuaiente continua
Se define como Se define como
Ganacia de corriente para señal Ganacia de corriente para señal
Las corrientes son los valores pico a pico. Las corrientes son los valores pico a pico.
2.2.1.2 Impedancia de entrada de la base 2.2.1.2 Impedancia de entrada de la base
Para obtener la impedancia de entrada de un amplificador se pueden emplear tes modelos: Para obtener la impedancia de entrada de un amplificador se pueden emplear tes modelos:
Modelo para señal Modelo para señal
Para hacer el estudio en señal se obtiene el circuito equivalente para señal, considerando: los Para hacer el estudio en señal se obtiene el circuito equivalente para señal, considerando: los condensadores se consideran cortocircuitos y las fuentes de alimentacion de continua equivalen a condensadores se consideran cortocircuitos y las fuentes de alimentacion de continua equivalen a masas.
masas.
Queda el siguiente circuito: Queda el siguiente circuito:
El terminal de la base absorbe corriente de la union de RG y R1 en paralelo con R2, la base actua El terminal de la base absorbe corriente de la union de RG y R1 en paralelo con R2, la base actua como una
Modelo T Modelo T
El esquema anterior es equivalente a una union en T con una fuente de corriente en la parte El esquema anterior es equivalente a una union en T con una fuente de corriente en la parte superior y una resistencia para señal de emisor en la parte inferior. Este modelo funciona basando superior y una resistencia para señal de emisor en la parte inferior. Este modelo funciona basando se en los comportamientos conocidos de las tensiones y las corrientes.
se en los comportamientos conocidos de las tensiones y las corrientes.
Modelo II Modelo II
Este modelo representa dos ramas paralelas Este modelo representa dos ramas paralelas
2.2.1.3 Inpedancia de entrada de la etapa 2.2.1.3 Inpedancia de entrada de la etapa
La impedanca de entrada de una etapa es el efecto combinado de las resistencias de polarización y La impedanca de entrada de una etapa es el efecto combinado de las resistencias de polarización y la impedanca de entrada de la base:
la impedanca de entrada de la base:
2.2.1.4 Impedancia para señal del colector 2.2.1.4 Impedancia para señal del colector
La impedancia para señal del colector sera: La impedancia para señal del colector sera:
2.2.1.5 Parametros h 2.2.1.5 Parametros h
Son parametros para señal en las hojas de características: hfe, hie, hre y hoe. Son parametros para señal en las hojas de características: hfe, hie, hre y hoe.
2.3 AMPLIFICADOR DE TENSION. 2.3 AMPLIFICADOR DE TENSION. 2.3 1 Descripcion general.
2.3 1 Descripcion general.
La tensión del generador esta acoplada mediante un condensador de entrada a la base del La tensión del generador esta acoplada mediante un condensador de entrada a la base del transistor. Como el emisor está a masa para señal, toda la tensión alterna de la base aparece en el transistor. Como el emisor está a masa para señal, toda la tensión alterna de la base aparece en el diodo de emisor. Cuando la corriente alterna del colector circula por la resistencia para señal del diodo de emisor. Cuando la corriente alterna del colector circula por la resistencia para señal del colector, produce una señal alterna que esta desfasada 180º respecto a la tension de entrada. El colector, produce una señal alterna que esta desfasada 180º respecto a la tension de entrada. El condensador de salida acopla la tension alterna del colector amplificada e invertida a la resistencia condensador de salida acopla la tension alterna del colector amplificada e invertida a la resistencia de carga. C
de carga. Como un condensador esta omo un condensador esta en circuen circuito ito abiabierto erto para continua y cortocircuito para para continua y cortocircuito para señaseñal,l, bloquea la tensión continua del colector, pero deja pasar la tension alterna del colector.
bloquea la tensión continua del colector, pero deja pasar la tension alterna del colector.
2.3.2 Ganancia de tension. 2.3.2 Ganancia de tension.
La tension de entrada a un amplificador es la misma que la tensión de alterna en la base. La La tension de entrada a un amplificador es la misma que la tensión de alterna en la base. La tensión de salida de un amplificador es la misma que la tensión alterna en la carga. La ganacia en tensión de salida de un amplificador es la misma que la tensión alterna en la carga. La ganacia en tensión es igual a la tensión de
tensión es igual a la tensión de salisalida dividda dividida entre ida entre la tension de entrla tension de entrada: A = Vsaada: A = Vsal/V en.l/V en.
2.3.3 Como predecir la ganancia de tension. 2.3.3 Como predecir la ganancia de tension.
La ganancia de tensión de un amplificador en EC debe ser igual a la resistencia para señal de La ganancia de tensión de un amplificador en EC debe ser igual a la resistencia para señal de colector dividida por la resistencia para señal del diodo emisor: A = rc / r'e.
colector dividida por la resistencia para señal del diodo emisor: A = rc / r'e.
2.3.4 Amplificador en emisor comun con resistencia de emisor sin desacoplar. 2.3.4 Amplificador en emisor comun con resistencia de emisor sin desacoplar.
A veces la ganancia de tensión de un circuito debe ser constante a pesar de que haya cambios en A veces la ganancia de tensión de un circuito debe ser constante a pesar de que haya cambios en la temperatura y en otras variables. Un metodo para estabilizar la ganancia de tensión consiste en la temperatura y en otras variables. Un metodo para estabilizar la ganancia de tensión consiste en utilizar una resistencia de realimentación en el circuito de emisor. La tensión en esta resistencia de utilizar una resistencia de realimentación en el circuito de emisor. La tensión en esta resistencia de realimentación se opone a la tensión de entrada, por lo que se presenta la realimentación negativa. realimentación se opone a la tensión de entrada, por lo que se presenta la realimentación negativa. Esta reduce la ganancia de tensión pero mejora otras caracteristicas del amplificador, como la Esta reduce la ganancia de tensión pero mejora otras caracteristicas del amplificador, como la estabil
estabilidad de idad de la ganancia, la impedancla ganancia, la impedancia de ia de entrada entrada y la distorsión.y la distorsión.
2.3.5 Etapas en
2.3.5 Etapas en cascada.cascada.
En un amplificador con dos etapas, cada una de las etapas amplifica la señal y la tension final de En un amplificador con dos etapas, cada una de las etapas amplifica la señal y la tension final de salida es mucho mayor que con una sola etapa. Esto significa que la resistencia de entrada de la salida es mucho mayor que con una sola etapa. Esto significa que la resistencia de entrada de la segunda etapa se convierte en la resistencia de carga de la primera etapa. La ganancia de tensión segunda etapa se convierte en la resistencia de carga de la primera etapa. La ganancia de tensión total de las etapas en cascada es igual al producto de las ganacias individuales de cada etapa.
2.4 AMPLIFICADOR DE POTENCIA. 2.4 AMPLIFICADOR DE POTENCIA.
2.4.1 Descripcion general 2.4.1 Descripcion general
2.4.2 Recta de carga para señal. 2.4.2 Recta de carga para señal.
Un amplificador en EC tiene dos rectas de carga: una para continua y otra para señal. Las rectas Un amplificador en EC tiene dos rectas de carga: una para continua y otra para señal. Las rectas de carga serán diferentes siempre que la resistencia para señal del colector sea distinta de la de carga serán diferentes siempre que la resistencia para señal del colector sea distinta de la resistencia para continua del colector. Las rectas de carga pasan por el punto de trabajo para resistencia para continua del colector. Las rectas de carga pasan por el punto de trabajo para continua ( punto Q ). Por ese motivo ICQ y VCEQ son muy importantes en el funcionamiento continua ( punto Q ). Por ese motivo ICQ y VCEQ son muy importantes en el funcionamiento con señales grandes.
con señales grandes.
La recta de cara para señal tiene una mayor pendiente que la recta de carga para continua si la La recta de cara para señal tiene una mayor pendiente que la recta de carga para continua si la resistencia de colector para señal es menor que la resistencia de colector para continua.
resistencia de colector para señal es menor que la resistencia de colector para continua.
2.4.3 Limites para la excursión de señal. 2.4.3 Limites para la excursión de señal.
Cuando la señal es grande, puede producirse un recorte en uno o en los dos semiciclos. Si el Cuando la señal es grande, puede producirse un recorte en uno o en los dos semiciclos. Si el punto Q se haya en el centro de la recta de carga para continua, se produce primero el recorte de punto Q se haya en el centro de la recta de carga para continua, se produce primero el recorte de ICQrc. Si el punto Q se encuentra por encima del centro de la recta de carga para continua, se ICQrc. Si el punto Q se encuentra por encima del centro de la recta de carga para continua, se puede producir primero el recorte de VCEQ ( maxima variacion hacia la izquierda ), o bien de puede producir primero el recorte de VCEQ ( maxima variacion hacia la izquierda ), o bien de
ICQrc ( maxima variación hacia la derecha ). Depende de cual de los valores sea menor ICQrc ( maxima variación hacia la derecha ). Depende de cual de los valores sea menor
2.4.4 Funcionamiento en
2.4.4 Funcionamiento en clase clase A.A.
El funcionamiento en clase A se produce cuando el transistor conduce durante todo el ciclo de El funcionamiento en clase A se produce cuando el transistor conduce durante todo el ciclo de señal sin entrar en saturacion o en corte. El rendimiento del amplificador se define como la señal sin entrar en saturacion o en corte. El rendimiento del amplificador se define como la potencia de señal en la carga dividida entregada por la potencia entregada por la fuente de potencia de señal en la carga dividida entregada por la potencia entregada por la fuente de alimentación, todo multiplicado por 100. El rendimiento de un amplificador clase A es pequeño, alimentación, todo multiplicado por 100. El rendimiento de un amplificador clase A es pequeño, en general muy por debajo del 25%.
en general muy por debajo del 25%.
2.4.5 Limitacion de potencia para un transistor. 2.4.5 Limitacion de potencia para un transistor.
La temperatura en la union del transistor limita la potencia que un transistor puede disipar sin que La temperatura en la union del transistor limita la potencia que un transistor puede disipar sin que se destruya. La temperatura del encapsulado se alla entre la temperatura de la union y la se destruya. La temperatura del encapsulado se alla entre la temperatura de la union y la temperatura ambiente. Los disipadores de calor permiten que el calor escape con mayor facilidad temperatura ambiente. Los disipadores de calor permiten que el calor escape con mayor facilidad de un transistor, lo que hace que disminuya la temperatura de la union.
2.5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL. 2.5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL.
2.5.1 Descripcion general 2.5.1 Descripcion general
El diagrama de bloques de
El diagrama de bloques de un ampliun amplificador operficador operacional es el siguiacional es el siguiente:ente:
La caracteristicas de entrada del amplificador operacional, seran las de amplificador diferencial,y La caracteristicas de entrada del amplificador operacional, seran las de amplificador diferencial,y las de salida, las del seguidor de emisor. En general es propio de un amplificador operacional el las de salida, las del seguidor de emisor. En general es propio de un amplificador operacional el tener:
tener:
•
• Impedancia de entrada elevadaImpedancia de entrada elevada •
• Alta gananciaAlta ganancia •
• Impedancia de salida pequeña.Impedancia de salida pequeña.
2.5.2 Amplificador diferencial. 2.5.2 Amplificador diferencial.
Un
Un amamplplififcacador dor didiferferencencia ia es es la la etapetapa a de de entrentrada ada de de un un amamplplifificicador ador didiferferencenciaial. l. No No tietienene condensadores de acoplo ni desacoplo, lo que implica que esta directamente acoplado. Por eso condensadores de acoplo ni desacoplo, lo que implica que esta directamente acoplado. Por eso puede amplificar cualquier frecuencia incluyendo la señal continua, que es equivalente a una señal puede amplificar cualquier frecuencia incluyendo la señal continua, que es equivalente a una señal
de
de frefrecuecuencincia a cero. cero. La La corricorrientente e de de polpolariarizaczación ión en en un un amamplplifificicador ador didiferferencenciaial l se se didivividede exactamente entre los transistores cuando estos son identicos.
2.5.3 Dos caracteristicas de entrada 2.5.3 Dos caracteristicas de entrada
Cuando los dos transistores de un amplificador diferencial no son identicos, las corrientes de base Cuando los dos transistores de un amplificador diferencial no son identicos, las corrientes de base son diferentes. La corriente de offset de la entrada se define como la diferencia entre las dos son diferentes. La corriente de offset de la entrada se define como la diferencia entre las dos corrientes de base. La corriente de polarizacion de entrada se define como el promedio de las dos corrientes de base. La corriente de polarizacion de entrada se define como el promedio de las dos corrientes de base. Las hojas de caracteristicas indican los valores de estas corrientes.
corrientes de base. Las hojas de caracteristicas indican los valores de estas corrientes.
2.5.4 Analisis para señal de un amplificador diferencial. 2.5.4 Analisis para señal de un amplificador diferencial.
Al ser la corriente de polarizacion idealmente constante, un incremento en la corriente de emisor Al ser la corriente de polarizacion idealmente constante, un incremento en la corriente de emisor de un transistor, produce una disminucion en la corriente de emisor del otro. La tension de de un transistor, produce una disminucion en la corriente de emisor del otro. La tension de entrada de señal entre las dos bases aparece en extremos de 2re'. Por eso la ganacia diferencia de entrada de señal entre las dos bases aparece en extremos de 2re'. Por eso la ganacia diferencia de tension de
tension de un ampliun amplificador diferenciaficador diferencial es A = RC/2re', l es A = RC/2re', miemientras ntras que la impedancia de entraque la impedancia de entrada es da es ::
2.5.5 Tension de offset de salida 2.5.5 Tension de offset de salida
La tension de offset de salida es caulquier desviacion o cambio de la tension ideal. Las dos causas La tension de offset de salida es caulquier desviacion o cambio de la tension ideal. Las dos causas de
de la la tension tension de de salida salida son son las las difediferencias rencias de de valores valores de de VBE VBE y y de de ICE ICE . . Cada Cada una una de de estasestas ca
caususas as iindndepepenendidienentetes s prodproduce uce el el eqequiuivavalelente nte de de ununa a tetensnsioion n de de enentratrada da no no dedeseaseada. da. ElEl amplificador diferencial amplifica esas señales de entrada no deseadas y se obtiene la tension de amplificador diferencial amplifica esas señales de entrada no deseadas y se obtiene la tension de offser en la salida. Una forma de anular dicha tension de offset es aplicar una tension de entrada offser en la salida. Una forma de anular dicha tension de offset es aplicar una tension de entrada de la misma magnitud que la tension de entrada no deseada, pero de signo contrario.
2.5.6 Ganancia en modo comun. 2.5.6 Ganancia en modo comun.
La
La prepresesencncia ia de de seseñañaleles s no no dedeseseadaadas s puepuede de prodproducucir ir tentensisionones es igiguaualeles s en en cacada da babasese. . ElEl amplificador diferencial discrimina estas señales pues la ganacia de tension en modo comun es amplificador diferencial discrimina estas señales pues la ganacia de tension en modo comun es pequeña. El rechazo al modo comun ( CMRR) es la ganacia de tensión en modo diferencial pequeña. El rechazo al modo comun ( CMRR) es la ganacia de tensión en modo diferencial
dividida entre la ganancia de tension en modo comun. Cuanto más alto sea el CMRR, mejor. dividida entre la ganancia de tension en modo comun. Cuanto más alto sea el CMRR, mejor.
2.5.7 Simbolos del amplificador operacional 2.5.7 Simbolos del amplificador operacional
El simbolo , junto con la representacion de impedancia de entrada y circuito equivalente Thévenin El simbolo , junto con la representacion de impedancia de entrada y circuito equivalente Thévenin de salida es el siguiente.
de salida es el siguiente.
3 .
3 . FILTROS PASIVOS Y ACTIVOS.FILTROS PASIVOS Y ACTIVOS.
3.1 DEFINICION Y CLASIFICACION. 3.1 DEFINICION Y CLASIFICACION.
Es un elemento que produce la anulación de determinadas componetes de frecuencia de Es un elemento que produce la anulación de determinadas componetes de frecuencia de la señal de entrada. El filtro ideal no debe presentar atenuación ni desfase en las bandas la señal de entrada. El filtro ideal no debe presentar atenuación ni desfase en las bandas de frecuencias que no debe alterar ( banda pasante ), en cambio debe producir una de frecuencias que no debe alterar ( banda pasante ), en cambio debe producir una ate
atenunuacacioion n ininffininitita a de de lolos s comcomponponententes es exexterternos nos a a su su babandnda a papasasantente. . LaLas s zonzonasas corres
correspondpondieientes ntes a a atenatenuacuación ión nunula la y y ateatenuacnuación ión ininfifininita ta estaestan n sepseparadaaradas s por por lalass denomina
denominadas frecuencias de codas frecuencias de corte rte o limiteo limites, des, dependientes de la configuracion del fipendientes de la configuracion del filtro.ltro.
Posicion de su banda pasante Posicion de su banda pasante
De acuerdo con la posición de su banda pasante los filtros se pueden clasificar en: De acuerdo con la posición de su banda pasante los filtros se pueden clasificar en:
Paso bajo ( PL): la banda pasante se extiende de la frecuencia nula hasta la Paso bajo ( PL): la banda pasante se extiende de la frecuencia nula hasta la
frecuen-cia de corte. cia de corte.
Paso alto ( PH ): la banda pasante se extiende desde la frecuenca de corte hasta la Paso alto ( PH ): la banda pasante se extiende desde la frecuenca de corte hasta la
frecuencia infinita. frecuencia infinita.
Paso banda o pasa banda ( PB ): la banda pasante corresponde a a las frecuencias Paso banda o pasa banda ( PB ): la banda pasante corresponde a a las frecuencias
acotadas entre dos frecuencias e corte. acotadas entre dos frecuencias e corte.
Para banda o corta banda ( CB ): su banda pasante comprende todas las medidas Para banda o corta banda ( CB ): su banda pasante comprende todas las medidas
salvo las comprendidas en el intervalo existente entre
salvo las comprendidas en el intervalo existente entre dos frecuencias limdos frecuencias limites.ites. Diferencias filtro ideal/filtro real:
Diferencias filtro ideal/filtro real:
La atenuacion en la banda pasante no sera nula. La atenuacion en la banda pasante no sera nula.
La atenuacion en la banda no pasante no sera infinita. La atenuacion en la banda no pasante no sera infinita.
La transicion de la banda pasante a la no pasante sera continua. La transicion de la banda pasante a la no pasante sera continua.
Amplificacion de señal Amplificacion de señal
Desde el punto de vista de amplificacion de señal: Desde el punto de vista de amplificacion de señal:
Filtro pasivo
Filtro pasivo: todos sus componentes son pasivos ( no amplifican señal ).: todos sus componentes son pasivos ( no amplifican señal ).
Caracteristicas: Caracteristicas:
Impedancia de entrada
Impedancia de entrada alta y de salida baja. Facilalta y de salida baja. Facilconexion en cascada.conexion en cascada.
Elimina inductancias que pueden ser simuladas con resistencias y condensadores. Elimina inductancias que pueden ser simuladas con resistencias y condensadores.
Son mas bara
Son mas baratos tos y eliy eliminaminan efectos n efectos no deseados no deseados de las bobinas.de las bobinas. Facilidad de amplificación.
Facilidad de amplificación.
Facilifad de puesta a punto y regulacion. Facilifad de puesta a punto y regulacion.
Reducion de volumen del filtro, densa integracion. Reducion de volumen del filtro, densa integracion.
Usasos para alta frecuencia. Usasos para alta frecuencia.
Filtro activo
Filtro activo: por lo menos un componente es activo.: por lo menos un componente es activo.
Caracteriosticas: Caracteriosticas: Necesidad de u
Necesidad de utiltilizacion de una o izacion de una o dos fuentes dos fuentes de alimede alimentacion.ntacion. Li
Limimitactacion ion del del mamargergen n didinanamimico co de de sasalilida, da, por por la la posiposibibililidad dad de de satusaturar rar elel amplificador.
amplificador. Mas inestables. Mas inestables. Son filtros de
Son filtros de baja frecuencibaja frecuenciaa
4. CONVERSORES A/D y D/A. 4. CONVERSORES A/D y D/A. 4.1 INTRODUCCION.
4.1 INTRODUCCION.
En la mayoria de los casos resulta mas conveniente efectuar las funciones de regulacion y En la mayoria de los casos resulta mas conveniente efectuar las funciones de regulacion y control de sistemas mediante tecnicas digitales. Sin embargo en muchos casos la señal control de sistemas mediante tecnicas digitales. Sin embargo en muchos casos la señal disponible es analogica, ya que son muchos los transductores que poseen una salida disponible es analogica, ya que son muchos los transductores que poseen una salida electrica analogica, correspondiente a la magnitud medida. Ello obliga a tener que electrica analogica, correspondiente a la magnitud medida. Ello obliga a tener que efectuar una conversion analogica/digital, que en otros casos permitirá la transmisión efectuar una conversion analogica/digital, que en otros casos permitirá la transmisión digital de una señal analógica lo que permite minimizar la distorsion producida por la digital de una señal analógica lo que permite minimizar la distorsion producida por la imperfeccion del sistema de transmision.
imperfeccion del sistema de transmision.
Por otra parte esta señal tratada o transmitida digitalmente puede ser necesario actuar Por otra parte esta señal tratada o transmitida digitalmente puede ser necesario actuar analogicamente sobre un controlador o actuador, o efectuar una representación analogica analogicamente sobre un controlador o actuador, o efectuar una representación analogica sobre un registrador, un apantalla etc, lo que obliga a la conversion inversa, la conversion sobre un registrador, un apantalla etc, lo que obliga a la conversion inversa, la conversion digital/analogica.
digital/analogica. Es
Es nenececesarsario io didisposponener r de de lolos s elelememenentos tos quque e rearealilizazan n estestas as fufuncncioionenes, s, con con ununasas carcteristicas de valocidad y precision adecuadas en cada caso.
carcteristicas de valocidad y precision adecuadas en cada caso.
4.2 CONVERSORES DIGITAL/ANALOGICOS. 4.2 CONVERSORES DIGITAL/ANALOGICOS.
Son elementos que reciben una información digital en forma de una palabra de n bits y la Son elementos que reciben una información digital en forma de una palabra de n bits y la transforman en una señal analogica. Cada una de las 2
transforman en una señal analogica. Cada una de las 2 nn combinaciones binarias de lacombinaciones binarias de la
entrada es convertida an 2
entrada es convertida an 2nnniveles discretos de tension ( o corriente ) de salida.niveles discretos de tension ( o corriente ) de salida.
Las caracteristicas que definen un conversor D/A son: Las caracteristicas que definen un conversor D/A son:
Resolucion que depende del numero de bits de la entrada. Resolucion que depende del numero de bits de la entrada.
Polaridad del conversor: unipolar o bipolar. Polaridad del conversor: unipolar o bipolar. Codigo digital de ent
Codigo digital de entrada, rada, utiliutilizado en zado en la inla información.formación. Codigo binario natural
Codigo binario natural Decima
Decimal Codificl Codificado ado en Binario ( BCD en Binario ( BCD ).).
Tiempo de conversion: tiempo que se precisa para efectuar el maximocambio de Tiempo de conversion: tiempo que se precisa para efectuar el maximocambio de
ten-sion de salida con un error menor al de su resolucion. sion de salida con un error menor al de su resolucion. Tension de referencia:
Tension de referencia: Interna
Interna
Externa: puede ser variada entre ciertos margenes, la tension de salida vendrá afectada por este Externa: puede ser variada entre ciertos margenes, la tension de salida vendrá afectada por este
factor, constituyendo un conversor multiplicador. factor, constituyendo un conversor multiplicador.
Tipos: Tipos:
Resitencias ponderadas. Resitencias ponderadas. Redes de
Redes de resitenciasresitencias
Por generacion de impulsos. Por generacion de impulsos.
4.3 CONVERSORES ANALOGICO/DIGITALES. 4.3 CONVERSORES ANALOGICO/DIGITALES.
Son elementos que transforman un nivel de tension en informacion digital en un codigo Son elementos que transforman un nivel de tension en informacion digital en un codigo determinado, con una precision y una resolucion dada.
determinado, con una precision y una resolucion dada.
Dado que el numero de bits n que se obtiene del conversor es finito, el codigo de salida Dado que el numero de bits n que se obtiene del conversor es finito, el codigo de salida debe ser siempre el correspondiente al valor mas cercano que puede expresarse mediante debe ser siempre el correspondiente al valor mas cercano que puede expresarse mediante los n bits. la conversion digital efectua pues una cuantificacion de la entrada analogica, los n bits. la conversion digital efectua pues una cuantificacion de la entrada analogica, acotandola entre dos niveles consecutivos cuya distancia es precisamente el grado de acotandola entre dos niveles consecutivos cuya distancia es precisamente el grado de resolucion obtenido, que sera igual a Vmax/2
resolucion obtenido, que sera igual a Vmax/2nn..
Tipos: Tipos:
Conversion A/D directa: Comparacion con una tension de referencia. Consiste en Conversion A/D directa: Comparacion con una tension de referencia. Consiste en utilizar tantos comparadores como niveles de tension se quiere discretizar y a utilizar tantos comparadores como niveles de tension se quiere discretizar y a partir de esta información codificar la palabra de salida. Esta formado por 2 partir de esta información codificar la palabra de salida. Esta formado por 2nn-1-1
comparadores, una red de resitencias que permite obtener niveles de tension comparadores, una red de resitencias que permite obtener niveles de tension equidistantes entre si y el codificador que efectua la conversion de los 2n-1 equidistantes entre si y el codificador que efectua la conversion de los 2n-1 estados de los comparadores a los n bits de salida del conversor.
Conversor A/D de rampa: utiliza pasos intermedios. Conversor A/D de rampa: utiliza pasos intermedios. Conversor de doble rampa.
Conversor de doble rampa.
BILIBIOGRAFIA: BILIBIOGRAFIA:
Princip
Principios de ios de Electrónica . Electrónica . MALMALVINDO. VINDO. MCGraw HillMCGraw Hill
Electronica y Automática Industrial. Tomos I y II. MARCOMBO. Boixaraw Editores. Electronica y Automática Industrial. Tomos I y II. MARCOMBO. Boixaraw Editores.