AMPLIFICADORES REALIMENTADOS TOPOLOGIAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS OBJETIVOS • Comprender el concepto de Realimentación y lo que conlleva eso en el análisis de amplificadores. • Entender el principio de operación del Amplificador realimentado, así como sus características del mismo. • Describir los tipos y las propiedades de los amplificadores realimentados. • Describir las diferentes configuraciones de realimentación, sus propiedades e implementación de los circuitos. • Seleccionar la correcta configuración de realimentación y analizar los amplificadores realimentados que cumplan con los requerimientos especificados. • Diseñar redes de realimentación que cumplan con las necesidades deseadas como ser ganancia en lazo cerrado, impedancia de entrada, impedancia de salida. CONTENIDO • INTRODUCCIÓN. • DEFINICIÓN REALIMENTACION. • CARACTERÍSTICAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS. • VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS. • TOPOLOGIAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS. • DISEÑO DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS. INTRODUCCIÓN Hasta ahora el análisis de los circuitos amplificadores estaba dirigido a analizar estos circuitos a partir de la señal de entrada y el comportamiento de la salida bajo el siguiente esquema: ENTRADA AMPLIFICADOR SALIDA Según lo visto, nos enfocamos en encontrar la relación salida – entrada, así como la impedancia de entrada e impedancia de salida. A este tipo de esquema se conoce como “Lazo Abierto”, debido a que la señal de salida “se queda en la carga”, que llega a ser el destino final de la señal. DEFINICIÓN DE REALIMENTACIÓN La realimentación consiste en llevar parte de la señal de salida de un circuito hacia la entrada para mezclarla o combinarla con la señal de entrada al circuito. Esto se puede apreciar en el siguiente diagrama: SEÑAL DE ENTRADA + SEÑAL DE SALIDA Amplificador +OCircuito de Realimentación En función del signo tiene dos tipos de realimentación: Realimentación Positiva, si la señal realimentada se suma con la de entrada. Realimentación Negativa, si la señal realimentada resta a la de entrada. AMPLIFICADORES REALIMENTADOS • Los Amplificadores Realimentados utilizan el concepto de Realimentación Negativa. • Es decir, la señal realimentada resta a la señal de entrada. SEÑAL DE ENTRADA + X • A: Ganancia del amplificador sin realimentar. • β: Factor de Realimentación. Z - SEÑAL DE SALIDA Amplificador A W Circuito de Realimentación, β Se va a encontrar la relación Y/X de la siguiente manera: 1. Z = X – W 2. Y = Z.A. 3. W = Yβ Y Ecuación de la Ganancia de un Amplificador Realimentado 𝒀 𝑨 Combinando las tres ecuaciones se llega a: 𝑨𝑭 = = 𝑿 𝟏 + 𝜷𝑨 AMPLIFICADORES REALIMENTADOS La teoría de realimentación exige considerar una serie de suposiciones para que sean válidas las expresiones que se van a obtener seguidamente. Estas suposiciones son: La señal de entrada se transmite a la salida a través del amplificador básico y no a través de la red de realimentación. La señal de realimentación se transmite de la salida a la entrada únicamente a través de la red de realimentación y no a través del amplificador básico. El factor β es independiente de la resistencia de carga (RL) y de la fuentes (RS). VENTAJAS DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS ESTABILIDAD DE LA GANANCIA Las variaciones debidas al envejecimiento, temperatura, sustitución de componentes, etc.., hace que se produzca variaciones en el amplificador básico y, por consiguiente, al amplificador realimentado. Diferenciando la ecuación de la ganancia realimentada: 𝑑𝐴𝐹 1 + 𝛽𝐴 − 𝛽𝐴 = 𝑑𝐴 1 + 𝛽𝐴 2 resolviendo y aplicando cálculo incremental resulta: ∆𝑨𝑭 ∆𝑨/𝑨 = 𝑨 𝟏 + 𝜷𝑨 Así, por ejemplo, si D=1+ßA=100 y A sufre una variación del 10% (∆A/A=0.1) entonces la ganancia del amplificador realimentado sólo varía en un 0.1% (∆Af/Af=0.001). Con ello, se estabiliza la ganancia del amplificador realimentado a variaciones del amplificador básico. VENTAJAS DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS REDUCCIÓN DE LA DISTORSIÓN La realimentación negativa en amplificadores reduce las características no lineales del amplificador básico y, por consiguiente, reduce su distorsión. Este efecto se muestra en la siguiente figura. Curvas de transferencia del Amplificador sin realimentar, a) y del amplificador realimentado, b) VENTAJAS DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS AUMENTO DEL ANCHO DE BANDA • Una de las características más importantes de la realimentación es el aumento del ancho de banda del amplificador que es directamente proporcional al factor de desensibilización 1+βA. • Además debido a que el producto (Ganancia)x(Ancho de Banda) es un factor constante, implica que la Ganancia en un amplificador realimentado disminuye. DESVENTAJAS 1. DISMINUCIÓN DE LA GANANCIA. De acuerdo a la ecuación general, la ganancia disminuye en un factor 1 + βA. 2. CIRCUITOS Y ANALISIS MÁS COMPLEJO. Ya que se disponen de más etapas para compensar la disminución de la ganancia, además se introduce un circuito de realimentación. 3. TENDENCIA A LA DESESTABILIZACIÓN. Al ser un sistema realimentado, y desde el punto de vista fasorial el factor βA puede tener un desfase de 180°, lo que exige cuidadosos diseños de estos circuitos. CLASIFICACIÓN DE LOS AMPLIFICADORES En un circuito amplificador se puede tener como señal de entrada voltaje o corriente, y como señal de salida también se puede tener voltaje o corriente. ENTRADA AMPLIFICADOR SALIDA • Esto implica que se pueden tener 4 posibles combinaciones entre las señales de salida y de entrada. • Esto da origen a 4 tipos de amplificadores: a. b. c. d. Amplificador de Voltaje: AV = Vo/Vi. Amplificador de Corriente: AI = Io/Ii. Amplificador de Transresistencia: R = Vo/Ii. Amplificador de Transconductancia: G = Io/Vi. CLASIFICACIÓN DE LOS AMPLIFICADORES AMPLIFICADOR DE VOLTAJE Es adecuado cuando: AMPLIFICADOR DE CORRIENTE Es adecuado cuando: CLASIFICACIÓN DE LOS AMPLIFICADORES AMPLIFICADOR DE TRANSRESISTENCIA Es adecuado cuando: Relación entre R y AV AMPLIFICADOR DE TRANSCONDUCTANCIA Es adecuado cuando: Relación entre G y AI TOPOLOGIAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS • Un amplificador es diseñado para responder a tensiones o corrientes a la entrada y para suministrar tensiones o corrientes a la salida. • En un amplificador realimentado, el tipo de señal muestreada a la salida (corriente o tensión) y el tipo de señal mezclada a la entrada (tensión o corriente) dan lugar a cuatro tipos de topologías: 1. realimentación de tensión en serie o nudo-malla o nudo-serie. 2. realimentación de corriente en serie o malla-malla o malla-serie. 3. realimentación de corriente en paralelo o malla-nudo o malla-paralelo. 4. realimentación de tensión en paralelo o nudo-nudo o nudo-paralelo. TOPOLOGIAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS Muestreo: Punto de donde se obtiene parte de la señal de salida. Mezclado: Se realiza la resta de las señal de realimentación con la de entrada. Tipo de Realimentación y el tipo de amplificador necesario (entre paréntesis) TOPOLOGIAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO TOPOLOGIAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN SERIE REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN PARALELO TOPOLOGIAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS • Una de las dificultades más importantes que surgen en el análisis de amplificadores realimentados es identificar correctamente la topología o tipo de amplificador realimentado. • Un error en esta fase inicial origina un incorrecto análisis del circuito. • La figura de la siguiente diapositiva describe dos estructuras típicas de muestreo de la señal de salida. 1. En el muestreo de tensión o paralelo o nudo (figura 2.a) la red de realimentación se encuentra conectada directamente al nudo de salida. 2. En el muestreo de corriente o serie o malla (figura 2.b) se realiza aprovechando la propiedad de que en un transistor en la región lineal la intensidad de colector y emisor son prácticamente idénticas. TOPOLOGIAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS Punto de Muestreo: Figura 2.A Figura 2.B En figura 2.A se muestra un caso típico de muestreo de voltaje. Se genera un nodo para extraer una muestra del voltaje a la salida del circuito. En la figura 2.B muestreo de corriente. Además, se aprecia que en los transistores (ej. BJT) las corrientes io = -ie TOPOLOGIAS DE LOS AMPLIFICADORES REALIMENTADOS PUNTO DE MEZCLADO DE SEÑALES: Figura 3.A Figura 3.B En la figura se indican dos estructuras típicas que permiten mezclar la señal de entrada con la señal de la red de realimentación. 1. En la estructura de corriente o nudo o paralelo (figura 3.A) la red de realimentación mezcla la corriente de entrada (isi) con la corriente realimentada (if). 2. En la estructura de tensión o malla o serie (figura 3.B) la red de realimentación se mezcla la tensión de entrada (vsi) con la tensión realimentada (vf) REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE De acuerdo a lo visto, en este tipo de realimentación se saca de muestra voltaje de salida, y se mezcla también voltaje, ya que al decir “en serie”, da a entender que se tienen elementos en serie en el punto de mezclado, lo que indica claramente que se mezclan voltajes (también se conoce como “malla”) TOPOLOGÍA DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO DE VOLTAJE EN SERIE. El amplificador básico tiene modelo equivalente en tensión constituido por zi, zo y a v. La red de realimentación se modela a través de la red bipuerta constituido por los parámetros Z1f, Z2f y ß REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE PASOS PARA EL ANALISIS DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS 1. Dada la topología respectiva del amplificador realimentado, extraer el circuito de realimentación, y a partir del mismo, encontrar sus parámetros, aplicando algunas condiciones a la entrada y salida del circuito de realimentación. Con esto se encuentra Z1f, Z2f y β 𝒗𝒊𝒇 𝒗𝒐 𝒁𝟏𝒇 = 𝒁𝟐𝒇 = 𝒊𝒊𝒇 𝒊𝒐𝒇 𝒗𝒐 =𝟎 𝒗𝒊𝒇 𝜷= 𝒗𝒐 Circuito de realimentación 𝒊𝒊𝒇 =𝟎 𝒊𝒊𝒇=𝟎 REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE PASOS PARA EL ANALISIS DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS 2. Se construye el modelo del amplificador ampliado, es decir conectar los parámetros encontrados en el paso 1, con el amplificador sin realimentar. A partir de este modelo se encuentra los parámetros del amplificador sin realimentar, es decir, Zi, Zo y su Ganancia, A En este caso se encuentra AV REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE PASOS PARA EL ANALISIS DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS 3. Cálculo de los parámetros del amplificador realimentado a partir de las siguientes ecuaciones. a) Impedancia de entrada. La impedancia de entrada del amplificador realimentado es de acuerdo al circuito: Zif=vsi/ii Con la ayuda del circuito anterior se plantean las ecuaciones: Resolviendo el sistema de tres ecuaciones se encuentra Zif: β β Siendo: REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE b) Ganancia en tensión. La ganancia en tensión del amplificador realimentado se define Avf = vo/vsi 𝑨𝑽 Por la definición general de la Ganancia realimentada: 𝑨𝑽𝒇 = 𝟏+ 𝜷𝑨𝑽 𝑣𝑜 c) Impedancia de salida. La impedancia de salida Zof se define como: 𝑍𝑜𝑓 = 𝑖𝑜 𝑣 𝑠 =0 La expresión de estas impedancias se obtienen resolviendo: β β β EJEMPLO DE REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE Amplificador con realimentación de voltaje en serie Se pide calcular: a) Impedancia de entrada, Zif. b) Impedancia de Salida Zof. c) Ganancia de voltaje, Avf. EJEMPLO DE REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE CÁLCULO DE LOS PARAMETROS DEL CIRCUITO DE REALIMENTACIÓN β EJEMPLO DE REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE ANALISIS DEL AMPLIFICADOR AMPLIADO ’ Por Equivalente Thevenin en Vs, Rs, RB1 y RB2 ’ ’ MODELO EQUIVALENTE EN A.C. EJEMPLO DE REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE ANALISIS DEL AMPLIFICADOR AMPLIADO MODELO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL EJEMPLO DE REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE ANALISIS DEL AMPLIFICADOR AMPLIADO • IMPEDANCIA DE ENTRADA: 𝑍𝑖 = 𝑅𝐵1 ≀≀ 𝑅𝐵2 ≀≀ ℎ𝑖𝑒1 + 1 + ℎ𝑓𝑒 . 𝑍1𝑓 = 𝟓. 𝟐𝟓[𝑲𝜴] • IMPEDANCIA DE SALIDA: 𝑍𝑜 = 𝑍2𝑓 = 𝟒. 𝟖 [𝑲𝜴] • GANANCIA DE VOLTAJE: AV = AV(con R en Emisor).AV(Emisor Común) 𝐴𝑉 = − ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐿1 ≀≀ 𝑅𝐵3 ≀≀ 𝑅𝐵4 ≀≀ ℎ𝑖𝑒2 ℎ𝑖𝑒1 + 1 + ℎ𝑓𝑒 . 𝑍1𝑓 ℎ𝑓𝑒 . 𝑍2𝑓 ≀≀ 𝑅𝐿2 . − ℎ𝑖𝑒2 = 𝟖𝟑𝟒. 𝟒𝟐 EJEMPLO DE REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE ANALISIS DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO • IMPEDANCIA DE ENTRADA: 𝑍𝑖𝑓 = 𝑍𝑖 1 + 𝛽𝐴𝑉 = 5.25𝐾. 1 + 0.0208𝑥834.42 = 𝟗𝟔. 𝟑𝟔[𝑲𝜴] • IMPEDANCIA DE SALIDA: 𝑍𝑜𝑓 𝑍𝑜 4.8𝐾 = = = 𝟐𝟖𝟗. 𝟔[𝜴] 𝑍𝑖 5.25𝐾 1+ . 𝛽𝐴𝑉 1+ 𝑥0.0208𝑥834.42 𝑍𝑖 + 𝑅𝑠 5.25𝐾 + 0.6𝐾 • GANANCIA DE VOLTAJE: 𝐴𝑉𝑓 𝐴𝑉 834.42 = = = 𝟒𝟓. 𝟒𝟓 1 + 𝛽𝐴𝑉 1 + 0.0208𝑥834.42 REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN PARALELO En la figura se muestra la topología de un amplificador realimentado con muestreo de corriente y mezclado de corriente o paralelo, es decir, se trata de un amplificador realimentado de corriente en paralelo. • Amplificador de Corriente con sus parámetros zi, zo y ai • Circuito de Realimentación con sus parámetros Z1f, Z2f y β REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN PARALELO ANALISIS DEL CIRCUITO DE REALIMENTACION 𝒁𝟏𝒇 Circuito de Realimentación 𝒗𝒊𝒇 = 𝒊𝒊𝒇 𝒁𝟐𝒇 𝒊𝒐 =𝟎 𝒊𝒊𝒇 𝜷= 𝒊𝒐 𝒗𝒊𝒇 =𝟎 𝒗𝒐𝒇 = 𝒊𝒐 𝒗𝒊𝒇 =𝟎 REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN PARALELO ANALISIS DEL AMPLIFICADOR AMPLIADO Al igual que el caso del Amplificador Realimentado anterior, a partir de este modelo se hace el análisis para encontrar sus parámetros, es decir Zi, Zo y AI. REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN PARALELO ANALISIS DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO a) Impedancia de entrada. La impedancia de entrada del amplificador realimentado es de acuerdo al circuito: Zif=vi/isi Con la ayuda del circuito anterior se plantean las ecuaciones: Resolviendo el sistema de tres ecuaciones se encuentra Zif: β β Siendo: REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN PARALELO b) Ganancia en Corriente. La ganancia en tensión del amplificador realimentado se define AIf = io/isi 𝑨𝑰 Por la definición general de la Ganancia realimentada: 𝑨𝑰𝒇 = 𝟏+ 𝜷𝑨𝑰 𝑣𝑜’ c) Impedancia de salida. La impedancia de salida Zof se define como: 𝑍𝑜𝑓 = 𝑖𝑜’ La expresión de esta impedancia se obtiene resolviendo: 𝑖𝑠 =0 β ’ ’ β ’ β REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN PARALELO EJEMPLO: Dado el circuito mostrado en la figura, aplicar la teoría de realimentación para calcular: a) Zif, Zof, AIf b) Avf = vo/vs EJEMPLO REALIMENTACION DE CORRIENTE EN PARALELO ANALISIS DEL CIRCUITO DE REALIMENTACION 𝑍1𝑓 𝑍2𝑓 Pero referida a io: 𝑖𝑖𝑓 𝛽=− 𝑖𝑜 𝑣𝑖𝑓 =0 𝑣𝑖𝑓 = 𝑖𝑖𝑓 𝑣𝑜𝑓 = 𝑖𝑒 𝑖𝑖𝑓 𝛽= 𝑖𝑒 = 𝑅𝑓1 + 𝑅𝑓2 = 1.2𝐾 + 0.05𝐾 = 𝟏. 𝟐𝟓[𝑲𝜴] 𝑖𝑒 =0 = 𝑅𝑓1 ∥ 𝑅𝑓2 = 1.2𝐾 ∥ 0.05𝐾 ≅ 𝟎. 𝟎𝟓[𝑲𝜴] 𝑣𝑖𝑓 =0 𝑣𝑖𝑓 =0 𝑅𝑓2 50 =− =− = −𝟎. 𝟎𝟒 𝑅𝑓1 + 𝑅𝑓2 1.25 𝑅𝑓2 50 =+ = = 𝟎. 𝟎𝟒 𝑅𝑓1 + 𝑅𝑓2 1.25 EJEMPLO REALIMENTACION DE CORRIENTE EN PARALELO AMPLIFICADOR BASICO AMPLIADO MODELO EQUIVALENTE EN A.C. EJEMPLO REALIMENTACION DE CORRIENTE EN PARALELO ii io CIRCUITO EQUIVALENTE PARA PEQUEÑA SEÑAL EJEMPLO REALIMENTACION DE CORRIENTE EN PARALELO PARÁMETROS DEL AMPLIFICADOR SIN REALIMENTAR: • Impedancia de Entrada: 𝑍𝑖 = 𝑍1𝑓 ∥ ℎ𝑖𝑒1 = 1.25𝐾 ∥ 1.1𝐾 = 𝟓𝟖𝟓[𝜴] • Impedancia de Salida: 𝑍𝑜 = ∞ 𝑖 • Ganancia de Corriente: 𝐴𝐼 = 𝑜 = 𝑖𝑖 − 𝑅𝐿1 . ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐿1 + ℎ𝑖𝑒 + 1 + ℎ𝑓𝑒 . 𝑍2𝑓 . 𝑍1𝑓 𝑍1𝑓 + ℎ𝑖𝑒 −ℎ𝑓𝑒 = 𝟓𝟗𝟗. 𝟗𝟎 EJEMPLO REALIMENTACION DE CORRIENTE EN PARALELO PARÁMETROS DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO • Impedancia de Entrada: • Impedancia de Salida: • Ganancia de Corriente: b) ????????? 𝑍𝑖𝑓 𝑍𝑖 585 = = = 𝟐𝟑. 𝟒[𝜴] 1 + 𝛽𝐴𝐼 1 + 0.04𝑥599.90 𝑍𝑜𝑓 = 𝑍𝑜 𝐴𝐼𝑓 𝑅𝑆 1+ β𝐴 = ∞ 𝑍𝑖 + 𝑅𝑆 𝐼 𝐴𝐼 599.9 = = = 𝟐𝟒 1 + 𝛽𝐴𝐼 1 + 0.04𝑥599.9 REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO En la figura se muestra la topología de un amplificador realimentado con muestreo de tensión y mezclado de corriente o paralelo, es decir, se trata de un amplificador realimentado de tensión o voltaje en paralelo. Similar en desarrollo a los anteriores apartados, con el amplificado básico (zi, zo y rm) y la red de realimentación. REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO ANALISIS DEL CIRCUITO DE REALIMENTACION 𝒁𝟏𝒇 𝒗𝒊 = 𝒊𝒊𝒇 𝒁𝟐𝒇 𝒗𝒐 =𝟎 𝒊𝒊𝒇 𝜷= 𝒗𝒐 𝒗𝒊 =𝟎 𝒗𝒐 = 𝒊𝒐𝒇 𝒗𝒊 =𝟎 REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO ANALISIS DEL AMPLIFICADOR AMPLIADO Al igual que el caso de los Amplificadores Realimentados anteriores, a partir de este modelo se hace el análisis para encontrar sus parámetros, es decir Zi, Zo y RM. REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO ANALISIS DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO a) Impedancia de entrada. La impedancia de entrada del amplificador realimentado es de acuerdo al circuito: Zif=vi/isi 𝒁𝒊 𝒁𝒊𝒇 = 𝟏 + 𝜷𝑹𝑴 b) Ganancia de Transresistencia. La ganancia en tensión del amplificador realimentado se define RMf = vo/isi 𝑹𝑴 Por la definición general de la Ganancia realimentada: 𝑹𝑴𝒇 = 𝟏+ 𝜷𝑹𝑴 REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO ANALISIS DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO c) Impedancia de salida. La impedancia de salida Zof se define como: 𝒁𝒐𝒇 𝒁𝒐 = 𝑹𝑺 𝟏+ 𝜷𝑹𝑴 𝒁𝒊 + 𝑹𝑺 o 𝒁𝒐𝒇 𝒁𝒐 = 𝟏 + 𝜷𝑹𝑴 𝑍𝑜𝑓 𝑣𝑜 = ′ 𝑖𝑜 Si RS = ∞ O Zi << RS 𝑖𝑠 =0 EJEMPLO REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO La figura indica el esquema de un amplificador realimentado basado en el amplificador operacional µA741. Este amplificador tiene el modelo equivalente cuyos valores son: zi = 2 [MΩ], zo = 75Ω y av=200000; nótese la polaridad de la entrada del amplificador. Se pide obtener la relación entre vo/ii y las impedancias de entrada y salida. EJEMPLO REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO ANALISIS DEL CIRCUITO DE REALIMENTACION 𝑍1𝑓 𝑍2𝑓 𝑣𝑖 = 𝑖𝑖𝑓 𝑣𝑜 = 𝑖𝑜𝑓 𝑖𝑖𝑓 𝛽= 𝑣𝑜 = 𝑅𝑓 = 𝟏[𝑴𝜴] 𝑣𝑜 =0 = 𝑅𝑓 = 𝟏[𝑴𝜴] 𝑣𝑖 =0 =± 𝑣𝑖 =0 1 1 = ± 6 = ±𝟏𝟎−𝟔 𝛀 𝑅𝑓 10 −𝟏 = [𝑺] EJEMPLO REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO AMPLIFICADOR BASICO AMPLIADO a) Impedancia de Entrada: 𝑍𝑖 = 𝑍1𝑓 ∥ 𝑧𝑖 = 1𝑀Ω ∥ 2𝑀Ω = 𝟔𝟔𝟔. 𝟔𝟔𝟕[𝑲𝜴] b) Impedancia de Salida: 𝑍𝑜 = 𝑍2𝑓 ∥ 𝑧𝑜 = 1𝑀Ω ∥ 75Ω ≅ 𝟕𝟓[𝜴] b) Ganancia de Transresistencia: 𝑅𝐿 ∥ 𝑍2𝑓 𝑣𝑜 𝑅𝑀 = =− . 𝑎𝑣 . 𝑍𝑖 𝑖𝑖 𝑧𝑜 + 𝑅𝐿 ∥ 𝑍2𝑓 RM = -1.3233x1011[Ω] EJEMPLO REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN PARALELO PARÁMETROS DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO • Impedancia de Entrada: • Impedancia de Salida: 𝑍𝑖𝑓 𝑍𝑜𝑓 𝑍𝑖 666.67𝐾 = = = 𝟓. 𝟎𝟑[𝜴] 1 + 𝛽𝑅𝑀 1 + 10−6 𝑥1.3233𝑥1011 𝑍𝑜 75 = = = 𝟎. 𝟓𝟔𝟔[𝒎𝜴] 1 + 𝛽𝑅𝑀 1 + 10−6 𝑥1.3233𝑥1011 • Ganancia de Transresistencia: 𝑅𝑀𝑓 𝑅𝑀 −1.3233x1011 𝟔 = = = −𝟏𝟎 1 + 𝛽𝑅𝑀 1 + 10−6 𝑥1.3233𝑥1011 REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE La figura indica la topología de un amplificador realimentado con muestreo de intensidad y mezclado de tensión o serie, es decir, se trata de un amplificador realimentado de intensidad en serie. El amplificado básico (zi, zo y gm) REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE ANALISIS DEL CIRCUITO DE REALIMENTACION 𝒁𝟏𝒇 𝒗𝒊𝒇 = 𝒊𝒊𝒇 𝒁𝟐𝒇 𝒊𝒐 =𝟎 𝒗𝒊𝒇 𝜷= 𝒊𝒐 𝒊𝒊𝒇 =𝟎 𝒗𝒐𝒇 = 𝒊𝒐 𝒊𝒊𝒇 =𝟎 REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE ANALISIS DEL AMPLIFICADOR AMPLIADO Al igual que el caso de los Amplificadores Realimentados anteriores, a partir de este modelo se hace el análisis para encontrar sus parámetros, es decir Zi, Zo y GM. REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE ANALISIS DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO a) Impedancia de entrada. La impedancia de entrada del amplificador realimentado es de acuerdo al circuito: Zif=vsi/ii 𝒁𝒊𝒇 = 𝒁𝒊 𝟏 + 𝜷𝑮𝑴 b) Ganancia de Transconductancia. La ganancia en tensión del amplificador realimentado se define GMf = io/vsi Por la definición general de la Ganancia realimentada: 𝑮𝑴𝒇 = 𝑮𝑴 𝟏+ 𝜷𝑮𝑴 REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE ANALISIS DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO c) Impedancia de salida. La impedancia de salida Zof se define como: 𝒁𝒐𝒇 = 𝒁𝒐 𝑍𝑜𝑓 𝒁𝒊 𝟏+ 𝜷𝑮𝑴 𝒁𝒊 + 𝑹𝑺 o 𝒁𝒐𝒇 = 𝒁𝒐 𝟏 + 𝜷𝑮𝑴 Si RS = 0 O Zi >> RS 𝑣𝑜 = ′ 𝑖𝑜 𝑣𝑠 =0 EJEMPLO DE REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE En la figura se muestra el modelo equivalente de pequeña señal de un amplificador realimentado multietapa. Se pide calcular sus parámetros realimentados. EJEMPLO DE REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE ANALISIS DEL CIRCUITO DE REALIMENTACION 𝑍1𝑓 i1 𝑍2𝑓 𝑣𝑖𝑓 = 𝑖𝑖𝑓 𝑣𝑜𝑓 = 𝑖𝑒 𝑣𝑖𝑓 𝛽= 𝑖𝑒 𝑉𝑖𝑓 = 𝑖1 𝑅𝑓 𝑅𝑓 𝑖1 = 𝑖 3𝑅𝑓 𝑒 𝑉𝑖𝑓 = 𝑅𝑓 𝑅𝑓 𝑖 3𝑅𝑓 𝑒 = 𝑅𝑓 ∥ 2𝑅𝑓 2 2 = 𝑅𝑓 = 3𝐾 = 𝟐[𝑲𝜴] 3 3 = 𝑅𝑓 ∥ 2𝑅𝑓 2 2 = 𝑅𝑓 = 3𝐾 = 𝟐[𝑲𝜴] 3 3 𝑖𝑒 =0 𝑖𝑖 =0 𝑖𝑖 =0 𝑅𝑓 3𝐾 = = = 𝟏[𝑲𝜴] 3 3 En términos de io: 𝑣𝑖𝑓 𝛽=− 𝑖𝑜 𝑖𝑖 =0 𝑅𝑓 3𝐾 =− =− = −𝟏[𝑲𝜴] 3 3 EJEMPLO DE REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE AMPLIFICADOR BASICO AMPLIADO CIRCUITO EQUIVALENTE EN A.C. EJEMPLO DE REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE AMPLIFICADOR BASICO AMPLIADO + Vi CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUENA SENAL EJEMPLO DE REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE ANALISIS DEL AMPLIFICADOR BASICO AMPLIADO a) Impedancia de Entrada: 𝑍𝑖 = ℎ𝑖𝑒1 + 1 + ℎ𝑓𝑒 . 𝑍1𝑓 = 𝟒𝟎𝟒[𝑲𝜴] b) Impedancia de Salida: 𝑍𝑜 = ∞ 𝑖𝑜 b) Ganancia de Transconductancia: 𝐺𝑀 = 𝑣𝑖 2 𝐺𝑀 = − 𝑅𝐿 . ℎ𝑓𝑒 3 𝑅𝐿 + ℎ𝑖𝑒3 + 1 + ℎ𝑓𝑒 . 𝑍2𝑓 𝑅𝐿 + ℎ𝑖𝑒2 ℎ𝑖𝑒1 + 1 + ℎ𝑓𝑒 . 𝑍1𝑓 = −𝟎. 𝟎𝟖𝟕𝟔 𝜴 −𝟏 = [𝑺] EJEMPLO DE REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE ANALISIS DEL AMPLIFICADOR REALIMENTADO • Impedancia de Entrada: 𝑍𝑖𝑓 = 𝑍𝑖 1 + 𝛽𝐺𝑀 = 404𝐾(1 + 1𝐾. 𝑥0.0876) = 𝟑𝟓. 𝟕𝟗[𝑴𝜴] • Impedancia de Salida: 𝑍𝑜𝑓 = 𝑍𝑜 𝑍𝑖 1+ 𝛽𝐺𝑀 = ∞ 𝑍𝑖 + 𝑅𝑆 • Ganancia de Transconductancia: 𝐺𝑀𝑓 𝐺𝑀 −0.0876 −𝟔 [𝑺] = = = −𝟗𝟖𝟖. 𝟕𝟏𝒙𝟏𝟎 1 + 𝛽𝐺𝑀 1 + 103 𝑥0.0876 RESUMEN DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS RESUMEN DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS
