Amplificador de Voltaje

CLASIFICACIÓN DE LOS AMPLIFICADORES
Teoría Previa
Las señales provenientes de transductores, por ejemplo un micrófono, suelen ser muy débiles,
con amplitudes dentro del rango de los micro volts, por lo que resulta difícil trabajar con ellas.
Usualmente una señal para poderla procesar de manera confiable y que sea útil, debe estar en
el rango de los volts, para ello se suelen emplear amplificadores que incrementan las señales
provenientes de transductores y las ubican en un rango adecuado para su procesamiento.
Un amplificador puede ser considerado una red de dos puertos: una entrada y una salida,
donde la relación de la señal de entrada con la de salida es descrita por un parámetro llamado
ganancia. Otros parámetros importantes de los amplificadores son sus impedancias de entrada
y salida.
Cuando la forma de la señal en la salida es igual a la de la entrada se habla de un amplificador
lineal, si la forma de la señal en la salida es diferente (presenta distorsión) respecto a la señal
de entrada se dice que es un amplificador no lineal.
Tanto la señal de entrada como la de salida de un amplificador pueden ser voltaje o corriente y
es este hecho el que sirve de base para clasificarlos. De esta manera existen 4 posibles
combinaciones o tipos de amplificadores: de voltaje, de corriente, de transimpedancia y de
transconductancia.
Amplificador de Voltaje
Su voltaje de salida es proporcional al de su entrada, se puede considerar como una fuente de
voltaje controlada por voltaje.
vL  AV vi
donde: vL = voltaje de salida
vi = voltaje de entrada
AV = Ganancia de voltaje (adimensional)
El circuito equivalente de señal pequeña es:
io
rs
vs
ii = iS
+
vi
-
+
Zo
Zi
AVvi
RL
El recuadro con línea punteada representa al modelo del amplificador.
vo
-
Se puede observar que en la red de entrada existe un divisor de voltaje entre la resistencia
interna de la fuente “rs” y la impedancia de entrada del amplificador “Zi”; a su vez, en la red
de salida existe otro divisor de voltaje entre la impedancia de salida del amplificador “Zo” y la
resistencia de carga “RL”. Por esto, cuando se diseña un amplificador de voltaje y se quiere
obtener buena ganancia de voltaje (AV), se debe procurar que Zi >> rs para que la mayoría del
voltaje caiga en la entrada del amplificador y que Zo << RL, para que la mayor proporción de
voltaje de salida caiga en la resistencia de carga.
Los voltajes de entrada y de salida son:
vi  vs [Zi (rs  Zi )]
(voltaje de entrada)
vL  AV vs [ RL (Zo  RL )]
donde:
(voltaje de salida)
rs = Resistencia interna de la fuente
Zi , Zo = Impedancias de entrada y salida del amplificador.
RL = Resistencia de carga
De forma ideal, un amplificador debería de tener una impedancia de entrada infinita y una
impedancia de salida cero para que la ganancia fuera máxima.
Amplificador de Corriente
Su corriente de salida es proporcional a la corriente de la entrada. Se puede considerar como
una fuente de corriente controlada por corriente.
iL  AI ii
donde: iL = corriente de salida
ii = corriente de entrada
AI = Ganancia de corriente (adimensional).
El circuito equivalente de señal pequeña es:
ii
io
+
is
rs
vi Zi
-
Zo
AIii
+
RL
vo
-
Se pueden observar divisores de corriente tanto en la entrada como en la salida; para obtener
una ganancia de corriente grande, se procura que Zi << rs y que Zo >> RL, de forma ideal rs y
Zo serían infinitas.
Las corrientes de entrada y de salida están determinadas por:
iL  is [rs (Zi  rs )]
(corriente de entrada)
iL  AI ii [Zo ( RL  Zo )]
(corriente de salida)
Amplificador de Transconductancia
Un amplificador que recibe una señal de voltaje como entrada y que proporciona una señal de
corriente en su salida se llama amplificador de transconductancia. Se puede considerar como
una fuente de corriente controlada por voltaje.
Como la función de transferencia que describe a un dispositivo es la relación de la salida
respecto a la entrada, tenemos en este caso que existe una relación corriente entre voltaje lo
que da como resultado una “conductancia”, con este razonamiento es sencillo recordar los
nombres de los amplificadores aplicando un razonamiento similar; además resulta que la
ganancia que se maneja para éste tipo de amplificador es llamada ganancia de
transconductancia y posee unidades de conductancia (siemens).
iL  AG vi
donde: AG = Ganancia de transconductancia (siemens)
iL = Corriente de salida
vi = voltaje de entrada
El circuito equivalente de señal pequeña es:
rs
vs
ii = iS
io
+
vi
-
Zi
Zo
AGvi
+
RL
vo
-
Para obtener una buena ganancia de transconductancia se debe hacer el diseño de forma que
Zi >> rs y Zo >> RL, de esta forma en la entrada del amplificador se transferirá la mayor parte
del voltaje proveniente de la señal y a la salida, en la carga RL, fluirá la mayor proporción de
corriente respecto a la parte que se deriva por Zo.
El voltaje de entrada y la corriente de salida están determinados por:
vi  vs
Zi
rs  Zi
(voltaje de entrada)
iL  AG vi
Zo
RL  Z o
(corriente de salida)
Amplificador de transimpedancia
En este tipo de amplificador, la señal de entrada es una señal de corriente y la salida es una
señal de voltaje. Se puede considerar como una fuente de voltaje controlada por corriente.
La ganancia en este tipo de amplificador es conocida como ganancia de transimpedancia (AR)
y tiene unidades de V/A.
El modelo de señal pequeña es el siguiente:
iL
ii
+
is
rs
vi Zi
-
+
Zo
+
-
ARii
RL
vL
-
Para obtener una buena ganancia de transimpedancia, se debe cumplir que: Zi << rs y Zo <<
RL; de forma ideal Zi = Zo = 0.
Las fórmulas para la corriente de entrada y el voltaje de salida son:
ii  is
rs
Z i  rs
vL  ARiL
VL
Z o  VL
(corriente de entrada)
(voltaje de salida)
donde: AR = Ganancia de transimpedancia (V/A)
Alumno: Calvillo Cortés Carlos Francisco.