Conceptos de amplificación

Conceptos de amplificación
Parámetros que caracterizan un amplificador
Definiciones
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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

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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
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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:
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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
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Se utiliza principalmente en circuitos integrados.
El acoplamiento de diferentes etapas puede perturbar la polarización de los transistores.
Acoplamiento capacitivo
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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
(rgm...)
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
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Recta de carga en pequeña señal:
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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