CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE

AMPLIFICADORESTema 21

CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE AMPLIFICADORESTEMA 2

Objetivos:

Conocer los conceptos básicos sobre amplificadores:

Ganancia de tensión, ganancia de corriente, ganancia de

potencia.

Impedancias de entrada y de salida

Potencia de salida

Rendimiento

Notación en decibeles

Tipos de amplificadores:

Amplificadores de tensión

Amplificadores de corriente

Amplificadores de transresistencia

Amplificadores de transconductancia

Amplificadores en cascada

2

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE AMPLIFICADORESTEMA

El amplificador es uno de los bloques funcionales más

importantes y sencillos de los sistemas electrónicos

Son necesarios ya que los Transductores proporcionan señales

débiles.

Se desea que la señal de salida sea una réplica exacta de la de

entrada, pero con una magnitud mayor.

Se diferencia entre Amplificadores de gran señal y de

pequeña señal. Los de pequeña señal tiene valores de tensión

de pocos milivoltios.

Cualquier cambio en la onda de la señal de salida respecto de

la entrada, se considera una distorsión y resulta indeseable.

3

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

SalidaEntrada

AMPLIFICADORES TEMA 2

Si Av es constante � relación lineal entre vO(t) y vi(t) 4

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

Tensión de

entrada

Tensión de

salida

AMPLIFICADORES TEMA 2

Si AV ≠ constante � relación NO lineal entre vO(t) y

vi(t) � amplificador tiene distorsión no lineal

5

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

Señal de salida

Señal de entrada

AMPLIFICADORES TEMA 2

6

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

Espectro de la señal de Entrada

Espectro de la señal de salida

AMPLIFICADORES TEMA 2

SalidaEntrada

•Red unidireccional de

dos puertos.

GANANCIA DE TENSIÓN

7

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

o

v

s

vA

v

AMPLIFICADORES TEMA 2

vo

vi

o

v

s

vA

v Curva transferencia

8

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

o

i

s

iA

i

GANANCIA DE CORRIENTE

GANANCIA DE TENSIÓN

AMPLIFICADORES TEMA 2

9

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

IMPEDANCIA DE ENTRADA IMPEDANCIA DE SALIDA

.o oo

p V I

i s s

v iPA A A

P v i

GANACIA DE POTENCIA

S

IN

s

vZ

i

o vacio

out

o CC

vZ

i

NOTACION DE DECIBELES TEMA 2

Ganancia de potencia en decibeles= 10 log |AP| dB

Ganancia de corriente en decibeles= 20 log |Ai| dB

Ganancia de tensión en decibeles= 20 log |Av| dB

• Las expresiones en decibelios (dB), son comparaciones

logarítmicas (en base 10) entre magnitudes del mismo tipo,

� son adimensionales.

•El comportamiento del oído humano esta mas cerca de una

función logarítmica que de una lineal, ya que no percibe la misma

variación de nivel en las diferentes escalas de nivel, ni en las

diferentes bandas de frecuencias. 10

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

NOTACION DE DECIBELES TEMA 2

los decibelios convierten las multiplicaciones en sumas, y

las divisiones en restas, lo que hace mucho más sencillos

e intuitivos los cálculos.

+3dB equivale a multiplicar la potencia por 2

-3dB equivale a dividir la potencia por 2

Si se usa el decibelio, se evita manejar números o muy

pequeños o excesivamente grandes, llenos de ceros, con

lo que la posibilidad de error seria muy grande al hacer

cálculos.

AP1 A

P2 RL

Vi

1 2.P P PA A A

1 2 1 2

1 2

10.log 10.log . 10log 10.logP P P P P P

P P P

A dB A A A A A

Entonces

A dB A dB A dB

11

RENDIMIENTO TEMA 2

icc1

RL v

o(t)v

i (t)

vcc1

vcc2

icc 2

v+

v-

1 1 2 2. .CC CC CC CC CCP I V I V

CC I dis LP P P P

1 0 0L

C C

Px

P

La potencia necesaria por los circuitos internos de los amplificadores los

proporciona una fuente de alimentación.

La potencia total proporcionada al amplif.es la suma de las

potencias suministradas por cada nivel de tensión.

La fuente de alimentación debe proporcionar las siguientes

potencias:

La potencia de salida menos la potencia de entrada desde la

fuente de señal,

y las pérdidas de potencia.

12

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

13

RENDIMIENTO TEMA 2

CC I dis LP P P P

1 1 2 2. .CC CC CC CC CCP I V I V

SATURACION TEMA 2

vo

vi

Señal de entrada

Señal de salida

vCC1

vCC2

1CC

v

V

A2CC

v

V

A

2 1C C C C

i

V V

V Vv

A A

14

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

GANANCIA EN FUNCIÓN DE LA FRECUENCIA TEMA 2

Av

f

Avo

0,707.Avo

fH

fL

AB

H LAB f f 15

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

Amplificador de Transconductancia

Ri

vi

-

+

-

Gm.v

i

+

vo

+

-

Ro

ioi

i

/o

m

i

iG A V

v

TIPOS DE AMPLIFICADORES TEMA 2

Ni toda la tensión de la fuente de señal se aplica a la entrada del

amplificador debido a Rs, ni toda la tensión producida por la fuente

controlada aparece en bornes de la carga, debido a Ro.

Amplificador de tensión- Av

/o

V

i

vA V V

v

R ivi

-

+

-

Av.vi

+

vo

+

-

Roiiio

16

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

Amplificador de corriente – Ai

Ri

vi

-

+

-

Ai.i

i

+

vo

+

-

Ro

ii

io

/o

i

i

iA A A

i

Amplificador de Transresistencia

Ri

vi

-

+- R

m.i

i

+

vo

+

-

Roi

iio

/o

m

i

vR V A

i

Amplificador ideal de tensión: Ri= ∞ y Ro = 0

Si Ri >> Rs y Ro << RL ⇒ A'v ≈ A ≈ Av0

AMPLIFICADORES IDEALES TEMA 2

17

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

´ .

L

o L

v vo

i o

o i o

v

S S i

v RA A

v R R

v v vA

v v v

´ .

i L

i L

v vo

S o

R RA A

R R R R

Amplificador ideal de corriente : Ri= 0 y Ro = ∞

Si Ri << rs y Ro >> RL⇒ A' ≈ Al ≈ Al0

AMPLIFICADORES IDEALES TEMA 2

18

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

Rivi

+

-Aio.ii

+

voRo

Amplificador

+

- -

´ .

L

o Li io

i o

o i oi

S S i

i RA A

i R R

i i iA

i i i

´ .

L

S L

i io

i S o

r RA A

R r R R

ii

rSIS

Exitación

io

RL

Carga

Amplificador ideal de transconductancia: Ri= ∞ y Ro = ∞

Si Ri >>rs y Ro >>RL ⇒G'm ≈ Gm ≈Gm0

AMPLIFICADORES IDEALES TEMA 2

19

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

Rivi

-

+

-Gm.vi

+

vo

+

-

Ro

ii iorS

RL

Amplificador Carga

VS

Exitación

´ .

L

o o

m mo

i o

o o i

m

S i S

i RG G

v R R

i i vG

v v v

´ .

i L

i o

m mo

S o

R RG G

R r R R

Amplificador ideal de transresistencia: Ri= 0 y Ro = 0.

Si Ri << rs y Ro << Zm ⇒ Z'm ≈Zm ≈Zm0

En la práctica, los amplificadores no presentan impedancias nulas ni

infinitas. Sin embargo, a veces es posible clasificar los amplificadores reales

como amplificadores aproximadamente ideales.

AMPLIFICADORES IDEALES TEMA 2

20

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

Rivi

-

Zm.ii

+

vo

+

-

Roii io

RS RL

Amplificador Carga

IS +-

Exitación

´ .

L

o L

m mo

i o

o o i

m

S i S

v RZ Z

i R R

v v vZ

i v i

´ .

i L

S L

m mo

S o

R RZ Z

R R R R

Amplificador construido a partir de una serie de

amplificadores, donde cada amplificador envía su salida

a la entrada del amplificador siguiente de la cadena.

o La conexión en cascada proporciona una multiplicación

de la ganancia de cada una de las etapas , logrando así

una ganancia total grande.

AMPLIFICADORES EN CASCADA TEMA 2

1 2 3

1 2 3

1 2 3

3

1 2 3

1

. .

o o o

V V V

i i i

o

V V V V

i

v v vA A A

v v v

vA A A A

v

21

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

La amplificación de la señal se efectúa por etapas: la

salida de una excita la entrada de la etapa siguiente.

Primera etapa, proporciona una alta resistencia para evitar pérdida del nivel de señal cuando el amplificador se alimenta con una fuente de alta resistencia.

La función de las etapas intermedias de la cascada de un amplificador es proporcionar el grueso de la ganancia de voltaje.

Etapa salida de un amplificador: proporciona una baja resistencia de salida con el fin de evitar pérdida de ganancia

La carga en el primer amplificador es la resistencia de

entrada del segundo amplificador.

No es necesario que las diferentes etapas tengan las

mismas ganancias de tensión y de corriente.

AMPLIFICADORES EN CASCADA TEMA 2

22

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

Cuando un sistema está compuesto por más de una

etapa de transistores, es necesario conectar, o acoplar,

los transistores entre sí

ACOPLAMIENTO DIRECTO

La salida del primer amplificador se conecta en forma

directa a la entrada del segundo sin utilizar condensadores.

La salida en CA de la primera etapa está superpuesta con el

nivel de CD estático de la segunda etapa.

Buena respuesta en frecuencias pues no existen elementos

de almacenamiento en serie

AMPLIFICADORES EN CASCADA TEMA 2

ACOPLE

23

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

ACOPLAMIENTO CAPACITIVO

Método más simple y efectiva de desacoplar los efectos

del nivel de CD de la primera etapa amplificador

El condensador separa el componente de CD de la

señal de CA

La etapa anterior no afecta la polarización de la

siguiente

AMPLIFICADORES EN CASCADA TEMA 2ACOPLE

24

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T

BIBLIOGRAFÍA TEMA 2

Rashid, Muhammad; “Circuitos Microelectrónicos.

Análisis y diseño” Thomson Learnig.

Hambley, Alan R:”Electrónica”, 2° edición, Prentice

Hall.

Sedra, Adel S. y Smith Kenneth C.; “Circuitos

Microelectrónicos”; 5ª Edición; Mc Graw Hill

25

EL

EC

TR

ON

ICA

I-FA

CE

T-

UN

T