amplificadores
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Equivalente de Thevenin de un amplificador real
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)
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Equivalente de Thevenin de un amplificador real
GANANCIA DE TENSIÓN EN VACÍO
(VS)VACIO
+
-
+
A UE
Tensión de vacío proporcional a la entrada
A = Ganancia de tensión en vacío
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Equivalente de Thevenin de un amplificador real
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
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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
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Respuesta en frecuencia de un amplificador
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
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Respuesta en frecuencia de un amplificador
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
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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
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Tipos de realimentación:
Amplificadores realimentados
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
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Amplificadores realimentados
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
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Amplificadores realimentados
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
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Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación negativa: A · > 0
VE
Motor DC
Tacómetro
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Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación negativa: A · > 0
VE
Motor DC
Tacómetro
Freno
-
Referencia
Error
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Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación negativa: A · > 0
Motor DC
Tacómetro
Freno
-
Referencia
VE
Error
La realimentación negativa tiende a compensar las variaciones de la salida
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Motor +
cargareferencia Velocidad
de giro
Tacómetro + circuitería
-
Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación negativa: A · > 0
Este sistema equivale a:
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Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación positiva: A · > 0
Motor DC
Tacómetro
Freno
-
Referencia
-1
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Amplificadores realimentados
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).