00 Amplificadores
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(2) Definición Circuito electrónico capaz de incrementar la intensidad de corriente, la tensión o la potencia de la señal que se aplica a su entrada; obteniéndose la señal aumentada a su salida En el caso de un transmisor cuya señal de entrada es de unos pocos mW y es necesario que suministre a la antena una señal de varios kW En el caso de un receptor, al que la antena entrega una señal de orden de pW, debe producir una señal de salida con potencia suficiente para excitar (altavoz).
(3) Características Deben cumplir con la condición de transmisión sin distorsión, por lo menos en la banda de paso de interés Deben ser lineales: solo pueden cambiar la amplitud sin cambiar la forma de onda No tan necesario en sistemas digitales. Función: Aumentar nivel (P, I o V) convirtiendo la potencia suministrada por una fuente de alimentación en potencia útil de señal de salida La relación entre la potencia útil y la potencia suministrada se define como eficiencia del amplificador La energía no convertida en señal útil se pierde en forma de calor (que se debe extraer).
(4) Clasificación amplificadores Según nivel de señal que manejen: De pequeña señal (Voltaje) De gran señal (Potencia). Según linealidad: Lineal: no distorsiona la señal (En teoría) No lineal: distorsiona o no la señal dependiendo de la configuración del circuito que se utilice La distorsión en la banda de operación puede darse en amplitud, en fase o en ambas. Según clases A B C.
(5) Característica de transferencia Relación de voltaje, corriente o potencia de salida, con el voltaje, corriente o potencia de entrada Para señales muy pequeñas (1). la potencia de salida no es directamente proporcional a la entrada La relación entre ellas no es lineal La forma de onda de la señal de salida no será exactamente igual a la de entrada.
(6) Característica de transferencia Zona 3: Zona que tampoco es lineal Se alcanza cuando el dispositivo amplificador no es capaz de suministrar más potencia de salida por mucho que aumente la potencia de la señal de entrada. Zona 2: Zona lineal.
(7) Funcionamiento Clases Clase A Conduce durante 360 grados eléctricos Señales de entrada y salida están en fase El transistor siempre está conduciendo, por lo que amplifica la señal sinusoidal completa Se intenta que opere en la región línea, lejos de los puntos de corte y saturación para evitar la distorsión Proporciona máxima linealidad y ganancia En teoría eficiencia del 50% En práctica eficiencia 20%.
(8) Funcionamiento Clases Clase AB El ángulo de conducción es de 180º a 360º En el punto de polarización, Q, del dispositivo, se ajusta para la que la corriente no fluja durante todo el ciclo La señal de salida está distorsionada Se consiguen circuitos lineales de clase AB si se emplean dos dispositivos conectados de forma simétrica Eficiencia del 60%.
(9) Funcionamiento Clases Clase B Sin señal el transistor está en reposo, solo amplifica un semiciclo de la señal de entrada El ángulo de conducción es de 180º eléctricos, el dispositivo de amplificación está polarizado a su voltaje de corte La corriente solo fluye durante medio ciclo de la señal de entrada Eficiencia del 65% Se emplea en amplificadores sintonizados de potencia en transmisores.
(10) Funcionamiento Clases Clase C Es parecido al clase B pero solo amplifica parte del semiciclo de la señal de entrada. El punto de polarización está mas allá del punto de corte del dispositivo, conduce durante menos de medio ciclo (<180º).
(11) Funcionamiento clases.
(12) Otras clases de amplificadores Hay amplificadores que trabajan en forma conmutada Su característica principal es la elevada eficiencia Aplicaciones de circuitos de audio y RF para reducir los requisitos de las fuentes de alimentación y reducir la disipación térmica A la hora de diseñar hay que tener en cuenta: Ganancia de voltaje, corriente y potencia Impedancia de entrada y de salida Respuesta en frecuencia Requisitos de alimentación Disipación térmica Fiabilidad Características mecánicas etc….
(13) Adaptación de impedancias en un amplificador Característica fundamental Impedancia de entrada: 𝑍𝑍 = Impedancia de salida: 𝑍𝑠 =. 𝑉𝑠 𝐼𝑠. 𝑉𝑉 𝐼𝐼. La impedancia de entrada de un amplificador limita el paso de corriente proporcionado por el generador de señales. Es la carga que presenta al generador de señales Los generadores también poseen una impedancia característica Para que un sistema posea un rendimiento máximo, la impedancia del generador debe ser igual a la entrada del amplificador ADAPTACIÓN DE IMPEDANCIAS.
(14) Amplificador de emisor común Muy empleado en etapas previas en los amplificadores de audio. La señal de entrada se introduce a través del condensador de acoplamiento C1 La tensión de salida aparece entre colector y masa La tensión Vcc y R1, R2 y RE consiguen fijar y estabilizar el punto de trabajo del transistor LA señal de salida está desfasada 180º El condensador de paso Ce se conecta en paralelo con RE. La CA queda cortocircuitada y la CC fluye por RE como si no hubiese condensador Para mejorar la ganancia del amplificador.
(15) Amplificadores Operacionales. Amplificador fabricado con las técnicas de los circuitos integrados Se pueden conseguir grandes ganancias de tensión para aplicaciones de baja potencia Se puede trabajar en un amplio margen de frecuencias Las aplicaciones : Amplificación Filtros Fuentes de alimentación Generadores de señal Comparadores Reguladores de tensión Temporizadores ….
(16) Amplificador operacional Tiene una entrada diferencial Dos entradas en oposición de fase. Funcionamiento Si aplicamos una señal a la entrada inversora (-) a la salida tenemos una señal en oposición de fase, respecto de la entrada Si aplicamos la señal a la entrada no inversora (+), la señal que se obtiene a la salida se mantiene en fase con la entrada Si aplicamos una señal entre ambos terminales de entrada, la señal de salida es proporcional a la diferencia entre ambas señales.
(17) Diagrama de bloques de un A.O. Etapa 1: amplificador diferencial conseguir que la señal de salida dependa de las señales aplicadas a la entrada Etapa 2: amplificador de gran ganancia proporciona una alta ganancia Etapa 3: amplificador colector común proporciona una baja impedancia de salida.
(18) Características de un A. O. Ganancia de tensión infinita Impedancia de entrada infinita Impedancia de salida cero Ancho de banda infinito (responde por igual en todas las frecuencias) La señal de salida no se ve alterada por cambios de temperatura Tensión de salida cero en ausencia de tensiones de entrada.
(19) Características de un A. O. Impedancia de entrada: Muy elevada (2MΩ) Tiende a crecer con la impedancia. Impedancia de salida: Muy bajo. Ancho de banda: Disminuye al aumentar la ganancia de tensión Ej para ganancia de 0 dB 1MHz y para 80dB 100kHz. Tensión offset de entrada: A poco desequilibrio que exista en el amplificador diferencial tiene una débil tensión de salida La tensión de offset es la que hay que aplicar a la entrada para eliminar la tensión de salida Ej en el AO 741C Voffset=2mV.
(20) Configuración en lazo abierto Conocida como sin realimentación La ganancia viene dada por el fabricante No se tiene ningún control.
(21) Realimentación en los amplificadores La forma habitual de trabajar con un A.O. es mediante las técnicas de realimentación negativa La ganancia de un amplificador para señales de bajas frecuencia es muy elevada, pero muy inestable Conviene disponer de menor ganancia pero más estabilidad Realimentación negativa: Una parte de la señal de la salida del amplificador es introducida de nuevo por la entrada inversora.
(22) Configuración con realimentación positiva Se denomina de bucle cerrado Inconveniente: desestabiliza el circuito Aplicación: osciladores.
(23) Configuración con realimentación negativa Muy importante De ahí se sacan la mayoría de las configuraciones sumador Amplificador Integrador Filtros….
(24) AO con realimentación no inversora de tensión La señal a amplificar (Vent) se aplica a la entrada no inversora de tensión La realimentación Vreal se realiza tomando una parte de la tensión de salida Vsal que es aplicada a la entrada inversora La tensión de realimentación se consigue por un divisor de tensión formado por R1 y Rr Así Vreal es proporcional a la salida Se consigue: Buena estabilidad Resistencia de entrada alta Resistencia de salida baja.
(25) AO con realimentación no inversora de tensión Se consigue estabilizar la ganancia del sistema Aumentamos el ancho de banda La ganancia viene dado por 𝑅𝑅 𝐴𝑉 = 1 + 𝑅𝑅.
(26) AO con realimentación inversora de tensión La señal a amplificar Vent se aplica a la entrada inversora a través de R1 La señal de salida aparece invertida La resistencia Rr toma una muestra de la tensión de salida y la introduce por la entrada inversora Característica: Impedancia de entrada baja se conecta en serie con el generador de señales, para evitar sobrecargas.
(27) AO con realimentación inversora de tensión La ganancia del sistema viene dado por R1 y Rr 𝑅𝑅 𝐴𝑉 = − 𝑅𝑅. El signo negativo es para indicar la inversión de fase Si se suprime R1, su impedancia de entrada tiende a cero Se comporta como un convertidor ideal de corriente a tensión Se cumple que: 𝑉𝑠𝑠𝑠 = 𝑅𝑅 · 𝐼𝐼𝐼𝐼.
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