LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 1 TEMA 6. AMPLIFICADORES MULTIETAPA Y REALIMENTACIN. 6.1. Amplificadores multietapa. Alahoradeamplificarsealesnosiempresepuedeconseguirqueunamplificador monoetapalogreamplificarlasealconlascaractersticasdeamplificacindeseadas. Larazndeellopuedeserqueelvalordeamplificacinquesenecesitaseaexcesivo paraconseguirloconunasolaetapa,oporquelascaractersticasdelafuentedesealo delacargafinal,condicionanlasimpedanciasdeentraday/odesalidadelmdulo amplificador,yportantopuedencondicionarlagananciadelasetapasdeentradayde salida. 6.1.1. Seleccin del tipo de etapas. Elsegundoaspectoacontemplareslaseleccindeltipodeetapas.Unaposibilidada contemplar en la realizacin de la cadena en cascada de los N amplificadores, es que los Nseaniguales.Enlafigura6.1sepuedeobservarelesquemadeunsistema amplificador formado por N amplificadores en cascada. Fig. 6.1 Si los n amplificadores son iguales, la ganancia de las etapas segunda hasta la etapa N-1 ser: ( ) ( )iIi e i e) 1 i ( e i siesi VAZ iZ iVVA

,_

+(6-1) (AI)ies la ganancia de corriente de la etapai. La ganancia de la primera etapa ser: ( ) ( )) R Z (ZA) R Z ( iZ iVVAg ee1Ig 1 e 1 e2 e 1 s1gs1V++

,_

(6-2) ya que (Ze)i = (Ze)i+1 = Ze para todo i. ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 2 La ganancia de la ltima etapa, N, ser: ( ) ( )eLN IN e N eL N sNesN VZZAZ iZ iVVA

,_

(6-3) Por tanto la ganancia total de la cadena amplificadora ser: e gL NI N 1 VZ RZA A ..... A A+ (6-4) Laexpresinpreviallevaalaconclusindequenotienesentidousarcomounidad bsica amplificadorala configuracin delBJTenbasecomn,yaquesugananciade corriente es algo menor que la unidad. Se obtiene ms ganancia de tensin con una sola etapa amplificadoraen base comnque conN etapas en cascada de este amplificador. Unaposiblealternativaesusarlaconfiguracindeemisorcomnpararealizarel amplificador de N etapas en cascada,yaquelaconfiguracindeemisorcomnpuede tener una ganancia de corriente muy importante. Sinohacefaltaquelas etapasamplificadoras sean iguales,seha de realizar un anlisis particularizado de la configuracin elegida. La seleccin de las etapas ir en funcin del tipodeamplificacinquesedesearealizar.Comoejemplosisedesearealizar amplificacinentensin,normalmenteconvendrquelaprimeraetapatengaalta impedanciadeentrada,laprimeraetapapodraserunaetapaenemisorcomnoen colector comn. La etapa de salida normalmente convendr que sea de baja impedancia de salida, es decir una etapa en colector comn. 6.1.2. Respuesta en frecuencia de un amplificador multietapa. Alahoradeencadenaretapasamplificadorassehadeseleccionareltipodeacoplo entre las diferentes etapas: acoplo en continua acoplo en alterna. Elacoploencontinuaentre dos etapas amplificadorasimplica que en rgimen esttico elniveldecontinuadesalidadeunaetapadebeserelmismoqueelniveldecontinua delpuntodeentradadelasiguienteetapa.Estasituacin,conlasetapasque habitualmente se usan, es difcil de solventar salvo que se recurra a complicar en exceso el circuito, con dobles fuentes de alimentacin u otros elementos adicionales tales como diodoszeners.Engeneralsiempreseencontrarunasolucinmasomenoscompleja, peronoesdifcilquean,realizandouncuidadosodiseo,nosedenproblemasde deriva en los puntos de funcionamiento. Sibienlosamplificadoresconacoplodirectotienenlagranvirtuddenotener frecuenciainferiordecorte,salvosihaycondensadoresdedesacoplo,losproblemas previamenteexpuestosloshacenpocoprcticos,salvoencontadoscasoscon configuracionesmuysimples.Perosiexisteunaconfiguracinespecialconlaquees factiblesolventarelproblema:elamplificadordiferencial.Dadasuimportanciase estudiar en un apartado independiente al final del tema. Por tanto se centrar el anlisis LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 3 enelacoploenalterna,ydelosmtodosposiblesdeacoploenalterna,enelms sencillo de ellos: el acoplo mediante condensadores de paso. Loscondensadoresdepaso,juntoconlosdedesacoplo,sonlosresponsablesdela existenciadeunafrecuenciainferiordecorte.Porotrapartelasetapastienen tambin una frecuencia superior de corte. Se realizar un anlisisconjunto de ambos temas. Cadaunadelasetapastendrsupropiafrecuenciainferiordecortefiyfrecuencia superiordecortefs.SilagananciadelamplificadorafrecuenciasmediasesA0,la ganancia del amplificadorAV(j) es: ( )

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+ ,_

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+ ,_

si0si0Vffj 1ffj 1Aj 1 j 1Aj A (6-5) ya que = 2f. A bajas frecuencias la ganancia se puede aproximar por: ( )ii0Vf f paraffj 1Af A A frecuencias medias: ( )s i 0 Vf f f para A f A < < Y a altas frecuencias: ( ) f f paraffj 1Af Ass0V+ Expresiones en las que se ha aproximado por los ceros y polos dominantes. Es decir que parabajafrecuenciasolosehatenidoencuentaelcerodevalorenfrecuenciamsalto ysehansupuestolosdemsdevalorenfrecuenciamuchomsbajo.Paraalta frecuencia igualmente, solo se ha considerado el polo de valor en frecuencia ms bajo y se ha considerado los dems de valor en frecuencia mucho ms alto. Si ahora se analiza el comportamiento de la ganancia del amplificador multietapa en el dominiodelafrecuencia,unprimercasoaconsideraresaqulenquelasN etapas del ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 4 amplificadormultietapatienenlamismafrecuenciainferiordecorteylamisma frecuencia superior de corte. Por tanto la ganancia del amplificador multietapa ser: ( ) ( ) ( )NsNiN 0 1 0NsNiN 0 1 0N 1 Vffj 1ffj 1A ..... Aj 1 j 1A ..... Aj A ..... j A j A

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+ ,_

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+ ,_

(6-6) A bajas frecuencias la ganancia del amplificador ser: ( )iN NiN 0 1 0Vf f paraffj 1A ..... Af A

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dondefi Neslafrecuenciainferiordecortedelamplificadormultietapa.Afrecuencias medias: ( )sN iN N 0 1 0 Vf f f para A ..... A f A Y a frecuencias altas: ( ) f f paraffj 1A ..... Af AsN NsN 0 1 0V

,_

+ DondefsNeslafrecuenciasuperiordecortedelamplificadormultietapa.Comoala frecuenciainferiordecortedelamplificadormultietapa,elmdulodelagananciaes igualalmdulodelagananciaafrecuenciasmediaspartidoporrazdedos,delas expresiones previas se deduce que: LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 5 21N 0 1 02N2iNiN 0 1 02A ..... Aff1A ..... A

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+(6-7) Dondefi Neslafrecuenciainferiordecortedelamplificadormultietapayfiesla frecuencia inferior de corte de cada etapa. Despejando fi N se obtiene: 21N1iiN1 2ff

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(6-8) Igualmentealafrecuenciasuperiordecortedelamplificadormultietapa,elmdulode lagananciaesigualalmdulodelagananciaafrecuenciasmediaspartidoporrazde dos. Por tanto: 21N 0 1 02N2ssNN 0 1 02A ..... Aff1A ..... A

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+(6-9) DondefsNeslafrecuenciasuperiordecortedelamplificadormultietapayfsesla frecuencia superior de corte de cada etapa. Despejando fsN se obtiene: 21N1s sN1 2 f f

,_

(6-10) Elfactor1 2 ) N ( XN1 yelfactor1/X(N)quemodificanlafrecuenciasuperiore inferior de corte respectivamente, del amplificador de N etapas respecto a la de una sola etapa, toma los valores: N2345 X(n)0,640,510,430,39 1/X(n)1,561,962,332,56 Tabla 6.1 ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 6 Para disear un amplificador multietapa, de N etapas iguales, con un determinado ancho de banda, se ha de tener en cuenta las expresiones previamente obtenidas y utilizar unas etapasindividualesconunanchodebandamayorquelaquesenecesitaparael amplificador global, teniendo en cuenta latabla 6.1. Paraelclculodeestasfrecuencias,enloscasosenquelasfrecuencias de corte no son parecidas,sehaderecurriraexpresionesmscomplejas,dondesiestassonalgo prximas,unacotaeselclculomediantelasexpresionesdetodaslasfrecuenciasde corteigualesalademayorvalorparalafrecuenciainferiordecorte,yalademenor valor para la frecuencia superior de corte. El resultado obtenido es peor que el real, pero es una buena aproximacin. 6.2. Etapas mixtas. Existenvariostiposdeamplificadoresformadosporelacoplamientodedosetapas bsicasparaformarunaetapadecaractersticasespeciales.Enesteapartadosevern alguna de ellas. Laprimeraaconsideraresquizlamsusadaendiferentesvariantes;laconexin colector-comn,colector-comn,ocomohabitualmenteseladenomina:la configuracin Darlington, ver figura 6.2. Esunaetapaquesecaracterizaporsualtagananciade corriente, ya que: ( )( )b 2 FE 1 FE 1 b 2 FE 1 FE C1 b 2 FE 1 FE 1 b 2 FE 1 FE1 b 1 FE 2 FE 1 b 1 FE2 b 2 FE 1 b 1 FE 2 C 1 C CI h h I h h II h h I h hI 1 h h I hI h I h I I I + + + + + + (6-11) Fig. 6.2 Enprimeraaproximacinsedice,bastanteincorrectamente,quelabetadeltransistor equivalenteeselproductodelabetadeambostransistores.Estaetapamixtaseusa profusamentetalcomosehaexpuestoytambincon algunasvariaciones,quenosevanamatizarparano alargarse,perosimencionarquesiseusacomo amplificador en emisor comn es ms normal modificar laetapayusarlaetapamixtacolector-comn emisor-comn, tal como se muestra en la figura 6.3. Otraetapamixtadegranusoesladeemisor-comn base-comn,tambindenominadaconfiguracin cascodo,quemuestralafigura6.4.Enesta configuracinmixtaseconservalagananciade corrientedelaconfiguracindeemisorcomn,por tantola ganancia de tensin ser la misma que esta Fig. 6.3 LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 7 configuracin.Comoelparmetrohobesms pequeo en base comn que en emisor comn, la impedancia que presenta de salida es mayor. Perolagranventajadeestaconfiguracin mixtaessuanchodebandayaqueesmayor quelaequivalentedeigualgananciadeemisor comn. Esto es debido a la baja impedancia de entradadelmduloenbase-comnquehace de carga al de emisor-comn. Fig. 6.4 6.3. El amplificador diferencial. Comoseexpusopreviamenteeslaconfiguracinconacoploencontinuaquems aplicaciones tiene y con mucho la estructur a bsica ms usada en los C.I. analgicos. La figura 6.5muestrasuconfiguracinbsica,enellasehaintroducidounafuentede corriente en el emisor, la cual en el anlisis inicial se supondr ideal, esto implica que se asumequelaresistenciadeesaramaesinfinita,ascomoquelostransistoresque formanelpardiferencialsoniguales.Estoltimo,alintegrarloenunC.I,.noesdifcil de conseguir. Fig. 6.5 PlanteandolaecuacindelcircuitoquevadelgeneradorV1 a emisor deQ1y Q2yde ah a tierra a travs del generadorV2: V1=VBE1 VBE2+V2(6-12) , ya que VEB2 = - VBE2 ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 8 Definiendo como seal diferencial de ataque de entrada, al amplificador diferencial: Vd = V1 V2 = VBE1 VBE2 (6-13) Pero en ambos transistores, que son idnticos, se cumple: TBETBEVVESVVES E Ce I 1 e I I I

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(6-14) ylanicavariablequepuedecambiar enlaecuacinpreviaeslatensinbase-emisor que tiene aplicada cada uno de los transistores. Por tanto: TdT2 BE 1 BEVVVV V2 C1 Ce eII (6-15) LacorrientequecirculadesdeelemisoratierraIEserlasumadelacorrientede emisor de Q1 y de Q2: + + 2 C 1 C2 E 1 E EI II I I(6-16) En la expresin (6-16), multiplicando por y dividiendo por IC1: TdVVE12 C1 CE1 C1 C2 C1 CEe 1III1II1IIII+

,_

++ (6-17) Si en la expresin(6-16) se multiplica por y se divide por IC2: TdVVE2 C1 CE2 C2 C1 C2 CEe 1III1II1IIII+

,_

++ (6-18) LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 9 Larepresentacingrficadelasexpresiones(6-17)y(6-18)mostraraqueIC1eIC2 varandeformalinealparavariaciones deVd entre2VT y+2VT.Estapropiedades muy importante ya que las tensiones entre colector y tierra enQ1 y Q2 son: VC1 = VCC IC1 RC1 (6-19) VC2 = VCC IC2 RC2 Donde se ha supuesto queRC1 = RC2 = RC. Dado que VCC yRC son constantesVC1 y VC2 varan linealmente conVd en el intervalo(2VT, +2VT). Si como seal de salida del dispositivo se toma la diferencia de VC1 y VC2, la variacin lineal con Vd en el intervalo (2VT, +2VT), se hace ms apreciable, figura 6.6: ( )TdTdVVVVC E2 C1 C2 C C 1 C 2 C C Oe 1e 1R III1 I R I I R V+

,_

(6-20) IE RC - IE RC Fig. 6.6 Es importante destacar la doble funcin de la configuracin: a)Si la seal diferencial de ataque Vd, a la entrada del diferencial, es menor que 2 VT el dispositivo se comporta como un amplificador lineal. b)Si la seal diferencial de ataque Vd, a la entrada del diferencial, es mayor que 2 VT el dispositivo se comporta como un comparador-conmutador. ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 10 Ambasfuncionestienenmltiplesaplicacionescomoseveralestudiarel Amplificador Operacional en el Tema 7. 6.4. Anlisis del amplificador diferencial. Elanlisisdelcomportamientodelamplificadordiferencialsebasarenuna configuracin de ste ms sencilla, pero ms real. Se ha sustituido la fuente de corriente delemisorporunasimpleresistencia,estecambiopermitirunanlisismsdetallado de esta configuracin, tal como se muestra en la figura 6.7 (a). En lafigura 6.7 (b),sehansustituidolosdostransistoresporsumodelodeparmetros hbridos ms simple, con solo hie yhfe. ab Fig. 6.7 Definiendo la ganancia diferencial del amplificador: 2 1SDV VVA(6-21) Si VE es la tensin respecto a tierra que hay en el emisor de ambos transistores: ie2 12 1C 2 fe 02ieE 22C 1 fe 01ieE 11hV Vi iR i h VhV ViR i h VhV Vi (6-22) LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 11Sustituyendo en (6-21): ( )CiefeD2 1 Ciefe02 01 SRhhAV V RhhV V V (6-23) Pero tantoV1 comoV2puedentenersuperpuestaunasealcomn,tpicamenteruido, portantoesnecesarioestudiarelcomportamientodelamplificadordiferencialante seales en modo comn. Suponiendo para ello queV1 = V2 = VX,ysehadevercomo se reflejan estas seales en cada colector: ( )C b fe CE b fe b ieE E b ie Xb 2 1R i h VR i 1 h 2 i hR i i h Vi i i + + + (6-24) La ganancia en modo comn se define como: ( )( ) ( )ECE fe d feC feE fe ieC feXCCMR 2RR 1 h 2 r 1 hR hR 1 h 2 hR hVVA+ + ++ + (6-25) EvidentementeACMesmuchomenorqueAD.Sedefineunparmetrodecalidaddel amplificadordiferencial,larelacinderechazoenmodocomn,relacinentreambas ganancias: ( )dEieEfeCMDrR21hR1 h 2AACMRR+ + (6-26) Donderdeslaresistenciadinmicadeldiodobase-emisor.Cuantomayorseadicho parmetrodemayorcalidadserelamplificadordiferencial.Esconvenienteenglobar ambassealesenlasentradasparallegaraunaexpresingeneraldelatensinenlos colectores.Partiendonuevamentededosgeneradores, V1 yV2, que atacan las bases de Q1 yQ2 respectivamente, dando lugar a unas corrientes de basei1 y i2 respectivamente. Se introducen las variables: ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 12 2V VV2V VV2 1CM2 1DM+(6-27) Las seales de entrada sern: V1 = VCM + VDMV2 = VCM - VDM (6-28) Se ha de ver que se cumple que: V01 =AD VDM + ACM VCM (6-29) V02 = -AD VDM + ACM VCM Para demostrarlo se plantea la ecuacin de nudo en el nudo de emisor: ( ) ( )EEieE 2feieE 1feRVhV V1 hhV V1 h + ++(6-30) Despejando en la ecuacin (6-30), la tensin en el emisor, VE: ( )( )( ) ( )2 1 2 1E fe ieE feEV V V VR 1 h 2 hR 1 hV + ++ ++(6-31) donde se cumple que . La tensin en los colectores ser: ( ) [ ]( )( )1]1

+ 1]1

+ ++ + 2V V2 12V VhRhV V2V V2V VhRhV V VhRhhV VR h i R h V2 1 2 1ieCfe2 12 1 2 1ieCfe2 1 1ieCfeieE 1C fe 1 C fe 01 (6-32) LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 13 ( ) [ ]( )( )1]1

+ + 1]1

+ ++ + 2V V2 12V VhRhV V2V V2V VhRhV V VhRhhV VR h i R h V2 1 2 1ieCfe2 12 1 1 2ieCfe2 1 2ieCfeieE 2C fe 2 C fe 02 (6-33) Como la ganancia en modo comn cumple: ( )( ) + + 2 1hR hR 1 h 2 hR hAieC feE fe ieC feCM (6-34) Teniendo en cuenta la expresin(6-34), se deduce en(6-32) y (6-33) que se cumplen las expresiones de (6-29) : V01 =AD VDM + ACM VCM V02 = -AD VDM + ACM VCM Se ha de ver que impedancia de entrada presenta el amplificador diferencial. Para ello se supone que V2 = 0, por tanto:

ieE 11hV Vi Sustituyendo en VE la expresin(6-31), se obtiene: 1ie1Vh1i (6-35) La impedancia de entrada ser: ieie11eh 21hiVZ (6-36) ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 14 En realidad el amplificador diferencial presenta una impedancia entre sus terminales de entradaZe, pero a su vez entre cada terminal y tierra tiene una impedanciaZi. Por tanto el circuito equivalente de entrada ser: Fig. 6.8 Cuando se disea un amplificador diferencial se busca que la ganancia en modo comn sea mnima, y por tanto que el parmetro de calidadCMRR sea mximo. Para ello hay queconseguirquelaresistenciaequivalentedesdeelemisordelostransistoresatierra sea mxima. Enlaconfiguracininicialdelamplificadordiferencial,seusunafuentedecorriente en vez de la resistencia RE, con ello se consegua el objetivo previamente enunciado que RE sea muy grande ya que la impedancia de una fuente de corriente ideal es infinita. En la prctica se usan diferentes sistemas que se aproximan a una fuente de corriente, todos ellos se basarn en lo que se denomina el efecto espejo de corriente. En la figura 6.9 se muestra una estructura que se usa bastante y que se denomina el modelo Widlar. Fig. 6.9 En problemas se vern otros mtodos de simular la fuente de corriente. 6.5. Concepto de realimentacin. Porsistemarealimentadoseentiendeaqulenquepartedelasealrespuestadel sistema se convierte en parte de la seal excitacin al mismo. Lossistemasrealimentadossonlabasedelamayorpartedelosprocesosquetienen lugarenlanaturaleza.Unapersonahumanaactacontinuamentecomounsistema realimentadoyelprocesoquerealizaquienescribeestetexto,esunproceso realimentado. LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 15Concentrndoseenlosamplificadoreselectrnicossedicequeestnrealimentados cuandopartedelasealdesalidaseconvierteenpartedelasealdeentradaal amplificador. Por ejemplo en el amplificador en emisor comn la resistencia de emisor dota al amplificador de realimentacin. Larazndeintroducirlarealimentacinserparamejorarelfuncionamientodel amplificadorparaconseguirunaformadefuncionamientoespecficoquenose obtiene sin realimentacin. Comoejemplodeloprimerosepuedeconsiderarelhechodequelagananciadeuna etapaamplificadoraesmuydependientedelosparmetrosdeltransistorconelquese realizaelamplificador.Unaadecuadarealimentacindelamplificadorreducela dependenciadelagananciadel amplificadordelosparmetros del transistor con el que se ha realizado ste, as como mejorar otros aspectos que posteriormente se analizarn. Comoejemplodelosegundosepodramencionarlarealizacindecircuitos monostables,biestables,astablesyosciladores,quesecontemplarnentemas posteriores.Estetipodecircuitosserealizanmedianteuntipoespecialde realimentacin: la realimentacin positiva. 6.6. Tipos de realimentacin. El esquema bsico de un amplificador realimentado es el que muestra la figura 6.10 Fig. 6.10 PararealimentarunamplificadorcongananciadetensinA,serecogesusealde salidamedianteunareddemuestreo.Dichasealseaplicaalaentradadela denominadaredderealimentacin, de ganancia en tensin&(generalmente esta red ser pasiva y por tanto& 1) y su salida se mezcla con la seal de entrada en la red de mezcla. Dadoquelasealquesehademuestrearpuedeserlatensinolacorriente,estoda lugaracuatroposiblestiposderealimentacin,segnseaeltipodemuestreoyeltipo de mezcla. Segnla red de muestreo, figura 6.11, se tienen las posibilidades: ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 16 muestreo en tensin o muestreo en paralelo muestreo en corriente o muestreo en serie. Fig. 6.11 Segn lared de mezcla, figura 6.12, tenemos igualmente dos posibilidades: mezcla de corrientes o en paralelo mezcla en tensin o en serie. Fig. 6.12 Eshabitualqueeltipoderealimentacinsenombreindicandoprimeroeltipode muestreo y despus el de mezcla. Por tanto las cuatro topologas posibles son: 1.Tensin-TensinParalelo-Serie 2.Tensin-CorrienteParalelo-Paralelo 3.Corriente-TensinSerie-Serie 4.Corriente-Corriente Serie-Paralelo Donde se han expresado de dos formas, pero no se extrae el alumno si encuentra otras diferentes en la bibliografa que consulte. LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 176.7. Caractersticas del amplificador realimentado. Para estudiar las caractersticas de un amplificador realimentado se usar el esquema de la figura 6.13,dondesehausadoparalassealeslavariableX, ya que puede ser tanto tensincomocorrientedependiendodeltipodeamplificadorqueseuse.Laflecha indica el flujo de seal. Fig. 6.13 Del esquema se deduce que: Xe = Xe - & XsXs = A Xe

e sXA & 1AX+(6-37) La expresin (6-37) da la ganancia del amplificador realimentado, ganancia que tambin se denominar ganancia en lazo cerrado,AL.Z.. Al producto &A se denominar ganancia delazoyalagananciadelamplificadorsinrealimentarA,gananciaenlazoabierto, AL.A.. Segn el valor que toma el denominador de la ganancia de lazo cerrado, se puede clasificar la realimentacin realizada en dos tipos: a)Realimentacin negativa s |1 + & A| > 1. La ganancia en lazo cerrado es menor que en lazo abierto, se estudiar en el siguiente apartado. b)Realimentacin positiva s |1 + & A| < 1. La ganancia en lazo cerrado es mayor que enlazoabierto.Lasfluctuacionesquepuedatenerelsistema sin realimentar se ven potenciadasporlarealimentacin,esporelloquesoloseusapararealizarciertos circuitos especiales. Uncasoparticulardeltiporealimentacinpositivaescuando|1+&A|=0.La gananciaenlazocerradoesinfinitay sedicequeelsistemaoscila.Seestudiarenel ltimo punto de este tema. Tanto A como & pueden ser funciones de la frecuencia y por tanto se puede dar que un sistematienerealimentacinnegativaparaunasdeterminadasfrecuenciasy realimentacin positiva para otras. ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 18 6.8. Realimentacin negativa. Larealimentacinnegativapermitemejorarvariosaspectosdelcomportamientodeun amplificador. A continuacin vamos a analizar alguno de estos aspectos. . 6.8.1. Efectos sobre la ganancia. Larealimentacinnegativareducelamagnituddelagananciadelamplificadorpero estoasuvezreportabeneficios.Empecemosporcomprobarloquedenominaremos desensibilizacin de la ganancia en lazo cerrado. Suponiendo & constante: ( )2. A . L. A . L. Z . L. A . L. A . L. Z . LA & 1dAdAA & 1AA++ (6-38)

( ) ( ). A . L. A . L. A . L . A . L. A . L. Z . LAdAA & 11A & 1AdA+ +(6-39) Dividiendoenlaexpresin(6-39),porlagananciaenlazocerrado,AL.Z.,dela expresin (6-38), se obtiene: . A . L. A . L. A . L . Z . L. Z . LAdAA & 11AdA+(6-40) La expresin(6-40)indicaquelavariacinrelativadelagananciaenlazocerrado,al variar algn parmetro que pueda afectar a la ganancia en lazo abiertoAL.A.,esmenor quelavariacinrelativadelagananciaenlazocerradoAL.Z.,porestaraznalfactor (1+& A) se le denomina factor de desensibilizacin. Un caso particular que puede ser muy til es cuando:& A >> 1 y& no es funcin de la frecuencia.Elresultadoesquelagananciaenlazocerradoes(1/&),yportanto independientedelafrecuencia.Sehaderecalcarqueestosecumplirmientrasla primera condicin,& A >> 1,seavlida.Estapropiedadserunadelasqueharalos amplificadoresoperacionalesunaherramientamuypotente,loscualesseestudiarnen el tema 7. LIC. EN FSICAELECTRNICA Curso 03-04Tema 6 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 196.8.2. Efectos sobre el ancho de banda. Supuestoqueelamplificadorenlazoabiertotengaunafrecuenciasuperiordecortey una frecuencia inferior de corte bien definidas, es decir:

,_

+ ,_

si0. A . Lj 1 j 1AA(6-41) Donde i = 2fi ys = 2fs, siendo fiy fslafrecuenciainferiordecorteylafrecuencia superior de corte respectivamente, y A0 la ganancia a frecuencias medias. A altas frecuencias la ganancia en lazo abierto ser:

,_

+s0. A . Lj 1AA (6-42) Sustituyendo(6-42)enlaexpresingeneraldelagananciaenlazocerradodeun amplificador realimentado(6-30): 0s0s0s0. Z . LA & j 1Aj 1A& 1j 1AA++

,_

++

,_

+ (6-43) Dividiendo en la expresin (6-43) por el factor desensibilizante(1+& A), se obtiene: ( )0 s00. Z . LA & 1j 1A & 1AA+ ++(6-44) ELECTRNICALIC. EN FSICA Tema 6Curso 03-04 F. MUGARRA, DEP. DENGINYERIA ELECTRNICA FACULTAT DE FSICA Universitat de Valncia 20 Puesto que la ganancia a frecuencias medias en lazo cerrado es: 00. Z . LA & 1AA+(6-45) Delaexpresin(6-44)sededucequelafrecuenciasuperiordecortedelamplificador realimentado es:

( )S .) Z . L ( S0 S .) Z . L ( SA & 1 >> + (6-46) Lafrecuenciasuperiordecorteobtenidaparaelamplificadorrealimentadoesla frecuencia superior de corte del amplificador sin realimentar multiplicada por el factor de desensibilizacin, es decir una frecuencia superior de corte mucho ms alta. Igualmenteporunrazonamientosimilarseobtienequelafrecuenciainferiordecorte del amplificador realimentado es:

( )i .) Z . L ( i0i.) Z . L ( iA & 1