Amplificadores

Área de Tecnología Electrónica

Universidad de Oviedo

Electrónica y Automatismos

Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS

2º Curso de Instalaciones Electromecánicas Mineras

Tema 2: Electrónica Analógica

Conceptos generales de amplificación

Profesor: Javier Ribas Bueno

Nota: las animaciones contenidas en esta presentación requieren Powerpoint de Office XP o posterior





Electrónica analógica: Conceptos generales de amplificación

• Introducción

• Equivalente de Thevenin de un amplificador

Definición de impedancia de entrada y salida

• Respuesta en frecuencia de un amplificador

• Amplificadores realimentados

Realimentación positiva y negativa

El amplificador diferencial ideal realimentado





Objetivo: Manejar y extraer información presente en una magnitud eléctrica

Señal con informaciónSensor, Antena,

CircuitoAnalógico

AmplificarFiltrarAislarNormalizarConversiones (v/v, V/i, i/v, v/f, f/v,....)Captura de pico.....

V

tEJEMPLO:

TratamientoAnalógico

Señal AM(Débil, antena)

VS

VE

Altavoz(Señal Fuerte)

ELEMENTO CLAVE EN ELECTRÓNICA ANALÓGICA:

AMPLIFICADOR ELECTRÓNICO

Introducción





V

tContinua

V

t

Senoidal

V

tArbitraria

La tensión (VE) o la corriente (IE) de entrada a un amplificador puede tener una forma cualquiera.

REPRESENTACIÓN EN EL TIEMPO

El teorema de Fourier indica: "Cualquier señal eléctrica podemos descomponerla en nivel de continua mas una suma de señales senoidales.

Si podemos determinar como se comporta un amplificador ante continua y senoidales de cualquier frecuencia, podemos determinar como se comporta ante cualquier señal.

Introducción





V

tContinua

V

t

Senoidal

V

tArbitraria

REPRESENTACIÓN EN EL TIEMPO

REPRESENTACIÓN EN FRECUENCIA

(ESPECTRO)

V

f

ContinuaDC

V

f

Senoidalf1

V

f

Arbitraria

f1 f2DC

En el mundo de la Electrónica Analógica, las representaciones en frecuencia son mucho mas cómodas (p.e. Música, comunicaciones, etc).

En una primera aproximación supondremos que la entrada al amplificador es senoidal de una frecuencia genérica.

Introducción





IDEAS BÁSICAS DE AMPLIFICACIÓN

AMPLIFICADOR

+

-US

+

-UE

¿Que es un amplificador? Dispositivo capaz de elevar el nivel de potencia de una señal.(En nuestro caso eléctrica: V o I)

Fuente de señal(Información)

Carga

RL

Objetivo ideal

PE = 0PS = ∞ (Entiendase, la que se quiera)

La información en la fuente de señal puede estar presente en forma de tensión (VE) o en forma de corriente (IE).

A la salida (en la carga), la información se puede entregar (con mayor potencia) pero en forma de tensión (VS) o de corriente (IS).

Introducción





Información de Entrada

Información de Salida

Tensión (UE) Amplificador de tensión (V/V) Tensión (US)

Tensión (UE) Amplificador de Trans-conductancia (I/V)

Corriente (IS)

Corriente (IE) Amplificador de Trans-resistencia (V/I)

Tensión (US)

Corriente (IE) Amplificador de Corriente (I/I) Corriente (IS)

TIPOS DE AMPLIFICADORES

Introducción





Amplificador ideal de tensión

UE

+

-

US

+

-

+

A UE

RL

Carga

A = ganancia de tensión

Características del amplificador ideal de tensión:

• No consume corriente en la entrada

• La tensión de salida no depende de la carga

• La ganancia de tensión A es constante e independiente de la frecuencia





Equivalente de Thevenin de un amplificador real

Admitiendo excitación senoidal y aunque el amplificador es un circuito complejo (transistores, diodos, resistencias, condensadores, etc) podemos caracterizar el amplificador con ayuda de tres elementos:

• Dos impedancias (Impedancia de entrada y de salida)• Una ganancia (de tensión en vació o de corriente en cortocircuito)

El conjunto de estos parámetros permite obtener un equivalente eléctrico sencillo del amplificador (EQUIVALENTE THEVENIN).

UE

+

-

US

+

-

+

A VE

RE

RS






IMPEDANCIA DE ENTRADA (RE)

UE

+

-

RE

IE

E

EE I

UR

Si la entrada es en tensión, nos interesa:

RE = ∞ (La mas grande posible)

Si la entrada es corriente, nos interesa:

IE = 0 (Lo mas pequeña posible)






GANANCIA DE TENSIÓN EN VACÍO

(VS)VACIO

+

-

+

A UE

Tensión de vacío proporcional a la entrada

A = Ganancia de tensión en vacío






IMPEDANCIA DE SALIDA

(US)VACIO

+

-

(IS)CORTO

CORTOS

VACIOSS I

UR

)(

)(

Mide la capacidad de entregar potencia del amplificador.

Si la salida es en tensión, nos interesará RS = 0 (pequeña)

VS

+

-

+

A UE

ZS Representación para un equivalente de salida en tensión





Respuesta en frecuencia de un amplificador

En todo amplificador aparecen elementos reactivos (condensadores, inductancias, etc). Unos introducidos por nosotros para realizar una cierta función (p.e. eliminar continua, filtrar, etc) y otros muchos parásitos (inductancia de cables, capacidades parásitas de uniones PN, etc)

Se conoce como DIAGRAMA DE BODE la representación de la variación de ganancia de un amplificador con la frecuencia (módulo y argumento)

A = MÓDULO = Relación de amplitudes

= ARGUMENTO = Desfase

VE

VS

Relación de amplitudes(MÓDULO)

Desfase(ARGUMENTO)

A






10

1

Ganancia

f

90º

0º

Desfase

f

-90º

DIAGRAMAS DE BODENormalmente la escala de frecuencias es logarítmica

-2 -1 0 1 2 3 4 [log f]

[f]0.01 0.1 1 10 100 1K 10K

Notar que la frecuencia 0 (DC-continua) en una escala

logarítmica está en -∞

DÉCADA

La Ganancia se representa también habitualmente en una escala logarítmica especial (dB = Decibelios)

AU

UdB

E

S log20log20






Si la potencia se entrega sobre cargas iguales:

B = Punto referencia del circuitoA = Punto donde se mide la

ganancia respecto de B

Definición de ganancia de potencia en decibelios (dB) :

B

A10P P

Plog10dBA

B

A10 V

Vlog20

2

B

A10 V

Vlog10

LOAD

2B

LOAD

2A

10

RV

RV

log10 B

A10P P

Plog10dBA

Definición de ganancia de tensión en dB:

B

A10u V

Vlog20dBA

Comentarios respecto a la definición de decibelio





Se cumplen las siguientes relaciones:

Amplificadores realimentados

AVE VS

VR

-

VE -VR

VR = VS ·

VS = ( VE- VR ) · A

VS = ( VE - VS · ) · A VS = VE ·A

1 + A ·

Ganancia del amplificador realimentado





Tipos de realimentación:


VS = VE ·A

1 + A ·

Ganancia de lazo

•Realimentación negativa: A · > 0

•Realimentación positiva: A · < 0

Caso particular: A · = -1 (realimentación crítica)

Ganancia del sistema realimentado infinita: Aunque se tenga VE = 0, puede haber señal de salida






AVE VS

VR

-

Realimentación negativa: A · > 0

VE -VR

Por ejemplo:

A > 0 y > 0

Si por cualquier perturbación la salida se incrementa:

VS ↑ VR ↑ VE -VR ↓ VS ↓

La realimentación tiende a compensar las perturbaciones de la salida






AVE VS

VR

-

Realimentación positiva: A · < 0

VE -VR

Por ejemplo:

A > 0 y < 0

Si por cualquier perturbación la salida se incrementa:

VS ↑ VR ↓ VE -VR ↑ VS ↑

La realimentación tiende a amplificar las perturbaciones de la salida






Ejemplo de realimentación negativa: A · > 0

VE

Motor DC

Tacómetro







VE

Motor DC

Tacómetro

Freno

-

Referencia

Error







Motor DC

Tacómetro

Freno

-

Referencia

VE

Error

La realimentación negativa tiende a compensar las variaciones de la salida





Motor +

cargareferencia Velocidad

de giro

Tacómetro + circuitería

-



Este sistema equivale a:






Ejemplo de realimentación positiva: A · > 0

Motor DC

Tacómetro

Freno

-

Referencia

-1






Ejemplo de realimentación positiva: A · > 0

Motor DC

Tacómetro

Freno

-

Referencia

-1

error ↓

La realimentación positiva tiende a aumentar las variaciones de la salida (se para o se embala).

Technology

Amplificadores