00 Amplificadores

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(1)Tema 5.2: Amplificadores 1º STI EST.

(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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