Es una de las tres etapas que tiene la estructura interna de cualquier amplificador operacional. Partiendo de una tensión de entrada proporciona una versión amplificada de la misma. Utilizamos el equivalente Thévenin para la fuente. En general nos interesaría que dicha amplificación fuera lineal: donde fuera un término constante. Sin emargo esto sólo ocurre en los amplificadores ideales !"#"S$.
GANANCIA DE TENSIÓN: %ostramos un amplificador polarizado con divisor de tensión& la ganancia de tensión estaría definida por la tensión alterna de salida !"out$ dividida por la tensión alterna de entrada !" in$.
(1)
Transformación al modelo ': En la siguiente figura mostramos el circuito equivalente de alterna utilizando el modelo ' del transistor de la figura !($. Siendo i !corriente alterna de la ase$ ) *r+ e !impedancia de entrada de la ase$.
E,plicación: Siguiendo la -e) de hm:
vin / i*r+ e 0hora en el circuito del colector: "out / ic !1c 22 1-$ Si dividimos la tensión de salida por la división de entrada podemos otener la ganancia de las tenciones:
( R c ∨¿ R L) 0/
r ’e
3efinimos la resistencia del colector en corriente alterna como: r c / !1c 22 1-$ Por lo tanto definimos la ganancia de tensiones como: rc
0/
r’ e
Transformación al modelo T: Este modelo es empleado para analizar amplificadores diferencial!es un circuito analógico con dos entradas denominadas entrada inversora !"in4$ ) entrada no4 inversora !"in5$ ) una sola salida !"o$ $. En la siguiente figura mostramos el circuito equivalente de alterna utilizando el modelo T del transistor de la figura !($.
-a tensión de entrada v in aparece cruzando r i. Por la le) de hm& escriiremos: vin / ier+ e -a corriente alterna de salida es: "out / ic r c 0hora podemos encontrar la ganancia de tensiones mediante: v
0/
∈¿
V out
¿
ic r c
/
i er ’ e
Pero como ic 6 ie : rc
0/
4
r’ e
#on esto nos podemos dar cuenta que con cualquier de los dos modelos da los mismos resultados.
EFECTO DE CARGA DE LA IMPEDANCIA DE ENTRADA En esta sección discutiremos como la impedancia de entrada de un amplificador puede reducir la carga de la fuente de comente alterna& esto es& reducir la tensión de la corriente alterna que aparece en el diodo emisor
(2)
En la 7igura !8$& una fuente de tensión de comente alterna v g, tiene resistencia interna 19 !El suíndice g se refiere a generador;& sinónimo de fuente.$ #uando el generador de comente alterna no es constante& la tensión de comente alterna se reduce en su resistencia interna. #omo resultado& la tensión de corriente alterna entre la ase ) tierra es menor que la ideal. El generador de corriente alterna tiene que llevar la impedancia de entrada a la etapa z in!etapa$. Esta impedancia de entrada inclu)e los efectos de las resistencias de polarización R 1 ) R 2, en paralelo con la impedancia de entrada a la ase 9. -a impedancia de entrada a la etapa es igual a:
Ecuación para la tensión de entrada: #uando el generador no es constante& la tensión alterna de entrada vin de la figura es menor que vg. Siguiendo el teorema del divisor de tensión& podemos escriir:
Esta ecuación es v>lida para algunos amplificadores. 3espués de calcular o estimar la impedancia de entrada de la etapa& se podr> determinar cu>l es la tensión de entrada. ?ota: El generador permanece constante cuando 1 9 es menor que @.@(
ETAPAS EN CASCADA
Si unimos en cascada dos o m>s etapas de un amplificador& usando la salida de la primera etapa como la entrada de la segunda etapa& la salida de la segunda como la entrada de la tercera& ) así sucesivamente.
(3)
(4)
9anancia de tensión en la primera etapa: -a 7igura !A$ muestra un amplificador de dos etapas. -a seBal amplificada e invertida de salida de la segunda etapa est> acoplada a la r esistencia de carga. -a seBal a través de la resistencia de carga est> en fase con seBal del generador. -a razón es que cada etapa invierte la seBal (C@D. Por tanto& dos etapas invierten la seBal A@D& lo que equivale a @D !en fase$. -a 7igura !F$ muestra el circuito equivalente de corriente alterna. Se advierte que la impedancia de entrada de la segunda etapa carga a la primera etapa& es decir& la Zin de la segunda etapa est> en paralelo con Rc de la primera etapa. -a resistencia de colector de la primera etapa es:
-a ganancia de tensión de esta primera etapa viene representada por:
9anancia de tensión en la segunda etapa: -a resistencia de colector de la segunda etapa es:
La ganancia de tensión de la segunda etapa tiene la siguiente ecuación:
9anancia de tensión
total:
El total de la ganancia de por el producto de las
tensión del amplificador viene dado ganancias individuales:
AMPLIFICADOR EC CON RESISTENCIA DE EMISOR SIN DESACOPLAR -a ganancia de tensin en un amplificador en E# camia con las corrientes de polarización& las variaciones de temperatura ) la sustitucin del transistor porque varían los valores de r’e ) !
1ealimentación de emisor para corriente alterna:
(")
Una forma de estailizar la ganancia de tensión es deGar sin desacoplar parte de la resistencia de emisor& como se muestra en la 7igura !H$. #uando la corriente alterna flu)e a través de la resistencia de emisor sin desacoplar r e& una tensión de alterna aparece en ella. Esto produce una realimentación negativa. -a tensión alterna en r e se opone a los camios en la ganancia de tensión. -a resistencia de emisor sin desacoplar r e se llama resistencia de realimentación porque tiene una tensión de alterna que se opone a los camios en la ganancia de tensión.
9anancia de tensión:
(#) La Figura (6) muestra el circuito equivalente con el modelo en T del transistor. Vemos claramente cómo la corriente de emisor fluye a travs de r+ e. !on la ley de "#m$ podemos escri%ir:
En el circuito de colector& la fuente de comente proporciona una comente i c a través de la resistencia de colector. 3e esta forma& la tensión de alterna de salida es:
0hora& dividimos vout entre vin ) otenemos:
#omo ic ≈ ie podemos ) llegamos a la
simplificar la ecuación siguiente e,presión:
#uando re es mucho ma)or que r’ e la ecuacin anterior se simplifica a:
Esto quiere decir que la ganancia de tensión iguala a la resistencia de colector dividida por la resistencia de realimentación. #omo r’ e no es lo suficientemente grande como para aparecer en la ecuación de la ganancia de tensión& no afectan a ésta.
=mpedancia de entrada de la ase: -a realimentación negativa no sólo estailiza la ganancia de tensión& tamién aumenta la impedancia de entrada de la ase. En la 7igura !$& la impedancia de entrada de la ase es:
0plicando la le) de hm al diodo emisor de la 7igura !$& podemos escriir:
Sustitu)endo esto en la ecuación primera otenemos:
#omo ic ≈ ie la ecuación anterior se convierte en:
En un amplificador E# con resistencia de emisor sin desacoplar esto se simplifica a:
Esto quiere decir que la impedancia de entrada de la ase es igual a r e incrementada un nImero de veces igual a la ganancia de corriente.
%enos distorsión para seBales grandes: #on el desacoplo del diodo emisor& reducimos el efecto que tiene sore la ganancia de tensión. En consecuencia& esto reduce la distorsión que se produce al traaGar con seBales grandes. 3e esta manera& sin la resistencia de realimentación& la ganancia de tensión es:
Jecho cu)o significado es que la ganancia de tensión camia durante el ciclo de una seBal grandeK es decir& camios en r’ e provocan distorsión con seBales grandes. #on la resistencia de realimentación& la ganancia de tensión es:
#omo r’ e no es significativa& la distorsión de seBales grandes es eliminada. El uso de realimentación negativa en el emisor de un amplificador tiene tres efectos eneficiosos: estailiza la ganancia de tensión& incrementa la impedancia de entrada de la ase ) reduce la distorsión para seBales grandes.
REALIMENTACIÓN CON DOS ETAPAS Un amplificador en E# con resistencia de emisor sin desacoplar es un eGemplo de realimentación de una sola etapa. 1esponde razonalemente ien para estailizar la ganancia de tensión& incrementar la impedancia de entrada ) reducir la distorsión. Una realimentación con dos etapas funciona incluso meGor.
($) =dea L>sica: -a 7igura !M$ muestra un amplificador de dos etapas con realimentación. -a primera etapa tiene una resistencia de emisor sin desacoplar r e. -a segunda etapa es un amplificador en E#& con el emisor a tierra para producir la m>,ima ganancia en esta etapa. -a seBal de salida est> acoplada a través de una resistencia r f al emisor de la primera. 3eido al divisor de tensión& la tensión de alterna entre el primer emisor ) tierra es:
Por lo tanto: supongamos que un incremento de temperatura produce un incremento en la tensión de salida. #omo parte de la tensión de salida realimenta el primer emisor& %e aumenta. Esto hace disminuir v &e ) v ' en la primera etapa ) disminuir %*! Por otra parte& si la tensión de salida intenta disminuir& %&e ) %* aumentan.
En otro caso& cualquier intento de camio en la tensión de salida es realimentado ) el amplificador camia oponiéndose al camio inicial. 9anancia de tensión: En un amplificador con realimentación de dos etapas& la ganancia de tensión sería:
En la ma)oría de los diseBos podemos darnos cuenta que la relación entre r + ) r e resulta ser mucho ma)or que (& por lo que la ecuación quedaría simplificada:
0l analizar el amplificador nos damos cuenta que la ganancia de tensión depende sólo de resistencias e,ternas& r + ) r + . #omo las resistencias tienen un valor fiGo& la ganancia de tensión es fiGa.
DETECCIÓN DE A,ER-AS (. #uando un amplificador no est> funcionando ien& el detector de averías podr> comenzar midiendo las tensiones continuas. Estas tensiones se calculan mentalmente& como se vio antes& ) luego se miden para saer si son apro,imadamente correctas. Si las tensiones continuas son claramente distintas de las tensiones estimadas& las averías posiles pueden ser resistencias en circuito aierto !quemadas$& resistencias en cortocircuito !puentes de soldadura entre ellas$& cone,iones incorrectas ) condensadores en cortocircuito. Un cortocircuito en un condensador de desacoplo o en uno de acoplamiento camiar> el circuito equivalente para continua& lo cual implica tensiones continuas radicalmente diferentes. 8. 0hora& si el prolema no est> en las tensiones continuas revisamos si ha) tensión del generador& pero no ha) tensión en la ase& algIn elemento podría estar en circuito aierto entre el generador ) la ase. Nuiz> algIn cale no est> en su lugar o quiz> el condensador de acoplo a la entrada est> en circuito aierto. 3e manera an>loga& si no ha) tensión de salida& pero ha) tensión alterna en el colector& el condensador de acoplo de salida podría estar en circuito aierto o podría faltar alguna cone,ión.
A. Si un amplificador no est> funcionando correctamente& uno de los elementos que un detector de averías que revisa con el osciloscopio es la tensión en el emisor. Si aparece alguna tensión alterna en el emisor& es síntoma de que el condensador de desacoplo no est> funcionando como deería. F. Por tanto& si se ve una tensión alterna en el emisor de magnitud semeGante a la tensión alterna de la ase& ha) que revisar el condensador de desacoplo del emisor. Podría estar defectuoso o simplemente estar mal conectado. 5.
Si el condensador de filtrado est> defectuoso& el rizado se hace mu) grande. Este rizado no deseado luego se simplifica igual que la seBal del generador. El rizado amplificado producir> un zumido de @ o (8@ Jz cuando el amplificador se conecte a un altavoz. Por tanto& si alguna vez se escucha un zumido e,cesivo proveniente de un altavoz& uno de los primeros sospechosos del fallo dee ser un condensador de filtrado.
