Electrónica Analógica: Realimentación Método simplificado de análisis de amplificadores realimentados 1. Identificación de la topología. Determinación de las magnitudes (V ó I) a utilizar en la entrada y la salida del amplificador. Elección del tipo de generador adecuado (Vs ó Is) 2. Obtención del circuito para pequeña señal del amplificador sin realimentación pero con los efectos de carga de la red de realimentación (β β ). Determinación del valor β= Xf / Xo 3. Obtención del valor de la ganancia del amplificador realimentado empleando: a) Af = 1 / β si la realimentación negativa es intensa (aproximación). b) Af = A / (1 + A·β) si la realimentación negativa no es intensa. 4. Obtención de las impedancias de entrada y salida del amplificador realimentado. 1 Electrónica Analógica: Realimentación Identificación de la topología de un amplif. realimentado 1. Identificar la conexión de salida (muestreo) Localizar la carga RL : Definir IO y V O . Ensayar el circuito con un valor de R L cero (cortocircuito) para anular VO sin anular IO . Observar si la realimentación desaparace (indica muestreo de tensión) o no desaparece (indica muestreo de corriente). Alternativamente, ensayar el circuito con un valor de RL infinito (circuito abierto) para anular I O sin anular VO . Observar si la realimentación desaparace (indica muestreo de corriente) o no desaparece (indica muestreo de tensión). 2 Electrónica Analógica: Realimentación Estructura típica y ejemplos de muestreo de tensión: Vcc Vcc A RL Vo camino de la realimentación Vo RL Vo RL Estructura típica y ejemplos de muestreo de corriente: Vcc A camino de la realimentación RL Io Vo Vcc Vo Io RL V= f(Io) + Vo RL V= f(Io) R 3 (a) R (b) Electrónica Analógica: Realimentación 2. Identificar la conexión de entrada (resta) Determinar si se realiza una resta de corrientes (conexión paralelo) o una resta de tensiones (conexión serie). Localizar el generador VS ó I S , su resistencia asociada R S y el nodo en que se conecta a la entrada del amplificador. RESTA DE CORRIENTES: Si la red de realimentación extrae corriente de ese nodo, entonces se restan corrientes. En esta topología, si Rs se hace cero (generador ideal de tensión) desaparace la realimentación. Rs Vs,Is A Is camino de la realimentación Rs Vs realimentación Generador adecuado: Is 4 + realimentación Generador inadecuado, pero es resta de I !!!! Electrónica Analógica: Realimentación RESTA DE TENSIONES: A i f Vs,Is Si existe un elemento capaz de restar tensiones y este elemento recibe por una parte la tensión del generador y por otra está conectado a la red de realimentación, entonces se restan tensiones. En esta topología, si Rs se hace infinita (generador ideal de corriente) desaparace la realimentación. camino de la realimentación La red de realimentación no está conectada a la entrada (i, donde se conecta elgenerador) sino que está conectada a un punto diferente del amplificador (f). Entre los puntos i y f hay un elemento capaz de restar las tensiones presentes en ellos. Este elemento suele ser un transistor o un par diferencial. Ic= f(Vs-Vf) Ic= f(Vs-Vf) Ic= f(Vs-Vf) Rs Rs Rs Vf camino de la realimentación Vs Vf camino de la realimentación Vs Vs I=cte -Vf (a) camino de la realimentación (b) Ejemplo en el que el generador no está conectado a masa 5 Electrónica Analógica: Realimentación 3. Ejemplos para identificar la topología. (también para verificar si la realimentación es negativa) Vcc R1 R3 Q3 Rs Q4 Q1 Q2 R2 Vs R5 Icc R4 -Vcc RL -Vcc 6 Electrónica Analógica: Realimentación ¿Cómo determinar si el tipo de realimentación es positiva o negativa? 1. Marcar el punto en donde se realiza el muestreo (“punto de partida”) con un signo ‘+’ (en realidad se puede utilizar cualquier punto del bucle). 2. Seguir el camino de la señal a lo largo del bucle hasta llegar de nuevo al punto de partida. Cada vez que se atraviesa un transistor mantener el signo o cambiarlo según los terminales del transistor por los que la señal entra y sale: De base a emisor: No cambia el signo (seguidor de emisor) De base a colector: Cambia el signo (emisor común) De emisor a colector: No cambia el signo (base común) (NOTA: No se puede pasar dos veces por el mismo transistor) 3. Si se llega al punto de partida con el signo ‘-’, es realimentación negativa. Si se llega al punto de partida con el signo ‘+’, la realimentación es positiva. 7 Electrónica Analógica: Realimentación Vcc R2 RL R3 Rs Q1 Q2 Q3 Vs R5 R4 R1 8 Electrónica Analógica: Realimentación Vcc Q2 R1 C2 Q1 R3 C1 Rs Vs R4 R2 9 RL Electrónica Analógica: Realimentación Vcc R5 C3 R1 R3 RL Q2 Rs C1 Q1 Vs R7 R2 R4 R6 C2 10 Electrónica Analógica: Realimentación Vcc R1 R3 Q2 Rs C3 C1 Q1 Vs R6 R2 R4 C2 R5 11 RL Electrónica Analógica: Realimentación Vcc RL R1 R3 Q2 Rs C1 Q1 Vs R2 R4 12 R5 Electrónica Analógica: Realimentación Vcc R3 R1 Q2 Rs Q1 Vs C1 R2 C2 13 RL Electrónica Analógica: Realimentación Vcc RL Rs C1 Q1 Vs Q2 R1 R2 14 Electrónica Analógica: Realimentación Obtención del circuito para pequeña señal del amplificador sin realimentación pero con los efectos de carga de la red de realimentación 1. Dibujar el circuito del amplificador utilizando el modelo de pequeña señal (sin el elemento que realimenta): Modelo híbrido simplificado para representar los transistores Generadores de tensión continua = cortocircuito Generadores de corriente continua = circuito abierto 2. Para completar el circuito de entrada: Si en la salida se muestrea tensión, hacer Vo = 0 Si en la salida se muestrea corriente, hacer Io = 0 3. Para completar el circuito de salida: Si en la entrada se restan corrientes, anular la tensión en el nodo en que se realiza la resta. Si en la entrada se restan tensiones, anular la corriente del elemento que realiza la resta. En el circuito de salida determinar la situación del parámetro que se resta (Vf o If según el caso). Utilizando este circuito (salida), determinar β= Xf / Xo 15 Electrónica Analógica: Realimentación Ejemplos de obtención del circuito sin realimentación Topología: Realimentación de tensión en paralelo. Vcc RL Rf Circuito de pequeña señal (paso 1: falta Rf) C1 Is Rs Ib Is hie Rs 16 hfe·Ib RL Electrónica Analógica: Realimentación Circuito de pequeña señal (paso 2: completar circuito de entrada) Ib hfe·Ib Is Rs RL hie Rf (Vo=0) Circuito de pequeña señal (paso 3: completar circuito de salida) Ib Vo hfe·Ib Is Rs RL hie Rf (Vi=0) (Vo=0) β = If / Vo = -1/R F Rf If Si la realimentación es intensa, R M ≈ 1/β β = -RF 17 Electrónica Analógica: Realimentación Topología: Realimentación de tensión en serie. Vcc R1 R3 Q2 C1 Q1 R4 Vs R2 Circuito de pequeña señal (paso 1: falta R4) Ib1 Ib2 hfe·Ib1 Vs Vo hfe·Ib2 R3 hie1 R1//R2 R5 RL R5 R4 18 hie2 RL Electrónica Analógica: Realimentación Circuito de pequeña señal (pasos 2 y 3: completar circuitos de entrada y salida) Ib1 Ib2 Vo hfe·Ib1 Vs R3 hie1 RL hfe·Ib2 hie2 R4 R1//R2 R5 (Ii=0) R4 R5 Vf (Vo=0) β = Vf / Vo = R5/(R4+R5) β = 1 + R4/R5 Si la realimentación es intensa AV ≈ 1/β 19 Electrónica Analógica: Realimentación Amplificadores realimentados con un solo transistor Introducción El análisis de estos amplificadores puede resultar confuso, ya que para eliminar la realimentación, hay que “romper” el modelo de pequeña señal del transistor. Los ejemplos típicos son los seguidores de emisor (o de fuente) y los amplificadores con resistencia de emisor (o de fuente) no desacoplada. Seguidor de emisor El seguidor de emisor puede ser considerado como un amplificador realimentado. RL es la carga. En primer lugar tenemos que obtener el circuito de pequeña señal. 20 Electrónica Analógica: Realimentación La realimentación es de tensión en serie, y el valor de beta es: β= Vf =1 Vo El emisor se “parte en dos”: El “emisor de entrada” va a masa porque para eliminar la realimentación es preciso anular Vo (tensión en RL). El “emisor de salida” se desconecta del emisor de entrada porque Ii = 0, ya que se restan tensiones en la entrada. AV = La ganancia que se estabiliza es la de tensión. La ganancia con realimentación es: AVf = Vo hfe ⋅ RL = Vs hie AV hfe ⋅ RL = 1 + AV ⋅ β hie + hfe ⋅ RL que difiere ligeramente del obtenido empleando un análisis directo, porque hemos despreciado la transferencia directa de beta. AVdirecto = 21 (hfe + 1) ⋅ RL hie + (hfe + 1) ⋅ RL Electrónica Analógica: Realimentación Emisor común con RE no desacoplada La topología de la realimentación es la de corriente en serie, ya que la carga RL está ahora en el colector. El circuito en pequeña señal es: β= Vf hfe ⋅ Ib ⋅ RE = = − RE Io − hfe ⋅ Ib GM = − hfe ⋅ Ib − hfe Io = = Vs Ib ⋅ (hie + RE ) hie + RE AVf = GM ⋅ RL = GMf = − hfe ⋅ RL hie + ( hfe + 1) ⋅ RE 22 − hfe GM = 1 + GM ⋅ β hie + ( hfe + 1) ⋅ RE Electrónica Analógica: Realimentación Seguidor de fuente La topología de la realimentación es la de tensión en serie. β= Vf =1 Vo AV = Vo g m ⋅ Vs ⋅ RL = = g m ⋅ RL Vs Vs AVf = AV g m ⋅ RL = 1 + AV ⋅ β 1 + g m ⋅ RL 23
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