Conceptos de amplificación Parámetros que caracterizan un amplificador Definiciones Un amplificador es un sistema que aumenta la potencia de una señal. La señal proviene de una fuente y se aplica a una carga. Fuente Podemos representar la fuente como de tensión o de corriente mediante equivalentes Thevenin o Norton. Carga Representamos la carga como una resistencia. Tipos de amplificadores Impedancia de entrada Es la relación entre la tensión y la corriente a la entrada del amplificador. Ganancia e impedancia de entrada La salida del amplificador se puede representar mediante equivalentes Thevenin o Norton. La tensión y corriente de salida son proporcionales a la tensión y corriente de entrada. Ganancia de tensión a circuito abierto: Ganancia de corriente en cortocircuito: Ganancia de transconductancia en cortocircuito: Ganancia de transimpedancia a circuito abierto: La tensión y corriente en la salida se ven afectadas por la impedancia de salida, Ro. Saturación El amplificador proporciona señales amplificadas sólo para un cierto rango de amplitudes de entrada. Más allá de este rango la amplitud de la señal de salida permanece constante: el amplificador se satura. Linealidad En la práctica la señal de salida no es proporcional a la de entrada. Se asume aproximadamente lineal para un cierto rango de valores de entrada. Fuera de este rango la señal se distorsiona. Amplificador de tensión Ganancia de tensión Amplificador de tensión ideal Si Ri >> rs y Ro << RL ⇒ A'v ≈ Av ≈ Av0 Amplificador de corriente Ganancia de corriente Amplificador de corriente ideal Si Ri << rs y Ro >> RL ⇒ A'l ≈ Al ≈ Al0 Amplificador de transconductancia Ganancia de transconductancia Amplificador de transconductancia ideal Si Ri >> rs y Ro >> RL ⇒ G'm ≈ Gm ≈ Gm0 Amplificador de transimpedancia Ganancia de transimpedancia Amplificador de corriente ideal Si Ri << rs y Ro << Zm ⇒ Z'm ≈ Zm ≈ Zm0 Amplificadores acoplados En ocasiones es necesario acoplar varios amplificadores en cascada: La carga del amplificador 1 es la resistencia de entrada del amplificador 2. La fuente del amplificador 2 es la salida del amplificador 1. Ganancia de tensión Impedancia de entrada Ganancia de corriente Impedancia de salida Acoplamiento directo Se utiliza principalmente en circuitos integrados. El acoplamiento de diferentes etapas puede perturbar la polarización de los transistores. Acoplamiento capacitivo Las diferentes etapas se encuentran separadas por condensadores de acoplamiento. Las condiciones de polarización se mantienen. Los condensadores modifican la respuesta en frecuencia. Se utiliza en circuitos con componentes discretos. Configuraciones básicas con transistores Configuraciones básicas con BJTs Emisor común Colector común Base común Configuraciones básicas con FETs Fuente común Drenador común Puerta común Amplificadores monoetapa con transistores bipolares Procedimiento general de análisis Análisis del circuito de polarización 1. Eliminar las fuentes de señal. Mantener las de continua. 2. Sustituir los condensadores de acoplamiento y desacoplo por circuitos abiertos. 3. Sustituir los transistores por su modelo de continua. 4. Hallar el punto de polarización de cada transistor. Parámetros de pequeña señal 5. De los datos de polarización del transistor, obtener los parámetros del modelo de pequeña señal (rgm...) Análisis de pequeña señal 6. Eliminar las fuentes de continua, mantener las de señal. 7. Sustituir los condensador de acoplamiento y desacoplo por cortocircuitos. 8. Sustituir los transistores por su modelo de pequeña señal. 9. Hallar los parámetros que caracterizan el amplificador (Av, Ri...) Emisor común: Amplificador en emisor común con resistencia de emisor parcialmente desacoplada C1 y C2: condensadores de acoplamiento. CE: condensador de desacoplo de RE2 Circuito de polarización Recta de carga estática Punto de trabajo Con Equivalente de pequeña señal Caso particular RE1 = 0 Caso particular sin CE Recta de carga dinámica Recta de carga en pequeña señal: Las componentes de señal se encuentran superpuestas a las de continua: Recta de carga dinámica: Punto de máxima excursión simétrica La máxima amplitud de oscilación se obtiene cuando el punto de trabajo está centrado en la recta de carga dinámica: Punto de máxima excursión simétrica (ICmes,VCEmes) Influencia de la resistencia de emisor en el circuito El condensador CE puede desacoplar parcial (RE1 ≠ 0) o totalmente (RE1 = 0) la resistencia de emisor. El condensador CE no modifica las condiciones de polarización. Un aumento en la resistencia de emisor RE1 disminuye la ganancia y aumenta la impedancia de entrada. La ganancia es más independiente de con la resistencia de emisor sin desacoplar. Colector común No es necesaria RC para la polarización del transistor ni para el buen funcionamiento del amplificador. Punto de máxima excursión simétrica Base común C3 desacopla R1 y R2 en pequeña señal, del mismo modo que lo hace CE con RE en el amplificador en emisor común. Punto de máxima excursión simétrica: Amplificadores monoetapa con transistores de efecto campo Fuente común: Amplificador en fuente común con resistencia de fuente parcialmente desacoplada Equivalente de pequeña señal Drenador común Puerta común Amplificadores multietapa Cascodo (Emisor común- base común) Colector común - base común Colector común- emisor común Amplificador cascodo Equivalente de pequeña señal Amplificador colector común- base común Amplificador colector común- emisor común Amplificador diferencial Introducción Definiciones Un amplificador diferencial amplifica la diferencia de dos señales de entrada. En el caso ideal, la componente común a las dos señales de entrada no se amplifica. Redefinimos las magnitudes de entrada: vid: señal de entrada diferencial vic: señal de entrada común vo = Advid +Acvic Ad: ganancia en modo diferencial Ac: ganancia en modo común Idealmente Ad >> Ac CMRR = Ad/ Ac relación de rechazo del modo común Par diferencial básico acoplado por emisor Funcionamiento con señales grandes Funcionamiento en pequeña señal y modo diferencial Ad = -gmRC Rid = 2r Rod = RC El potencial en el nodo de emisor es 0 (tierra virtual). El amplificador diferencial se reduce a dos emisores comunes. Funcionamiento en pequeña señal y modo común No existe la tierra virtual en el emisor en modo común. CMRR = 1+2gmRoI Par diferencial básico acoplado por fuente Funcionamiento con señales grandes Funcionamiento en pequeña señal y modo diferencial El potencial en el nodo de fuente es 0 (tierra virtual). El amplificador diferencial se reduce a dos fuentes comunes. Ad = -gmRD ∞ Rid = Rod = RD Funcionamiento en pequeña señal y modo común No existe la tierra virtual en la fuente en modo común. CMRR = 1+2gmRoI