INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES. “ANÁLISIS DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS”
“AMPLIFICADOR MULTIETAPA CON REALIMENTACIÓN”
ALUMNOS: VÍCTOR MANUEL LÓPEZ PÉREZ AYAX ISRAEL ISIDRO ALVARADO CARLOS EDUARDO AGUIRRE PÉREZ MAESTRO: OSCAR RAFAEL HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ 5TO CUATRIMESTRE
R/A TUMBULUSHAL, CENTRO, TAB A 18 DE MARZO 2014.
INTRODUCCIÓN. En los amplificadores realimentados una fracción de la señal de salida se vuelve a introducir a la entrada, mejorando de este modo muchas de las características de los amplificadores. La realimentación puede ser positiva o negativa. Cuando esta fracción tiende a disminuir la señal de entrada entonces la realimentación se denomina negativa, siendo ésta la empleada más usualmente en circuitos amplificadores. En estas condiciones, el factor de amplificación del dispositivo se ve algo disminuido, aunque mejora mucho tanto la respuesta con la frecuencia como la estabilidad del amplificador, mejorando el ancho de banda, sus impedancias de entrada y salida como también la disminución del ruido y la distorsión. Los amplificadores realimentados fueron inicialmente propuestos para la realización de operaciones matemáticas en las computadoras analógicas. Sin embargo hoy en día se utilizan prácticamente en todas las áreas d e aplicación de la electrónica analógica, tales como fuentes de alimentación, generadores de funciones, instrumentos electrónicos de medida, etc. El diagrama de bloques de la Fig.1.0, muestra que la señal de salida es devuelta a la entrada a través de la red de alimentación β.
Figura 1.0
El bloque A representa un amplificador básico y la red el modulo de retroalimentación y un circuito mezclador o comparador. La relación entre la entrada y la salida deterinará los efectos producidos sobre el bloque A al introducir la realiementación. Sea la salida del bloque A dada por = ∙
(1)
Como = , entonces = ∙ ( )
(2)
Pero = ∙
(3)
Reemplazando (3) en (2) se despeja , luego se obtiene la ganancia realimentada o ganancia en lazo cerrado, denotada por , donde A es la Ganancia de lazo abierto y 1 es el factor de desensibilidad. =
=
(4)
+
Existen dos tipos de realimentación:
Realimentación Positiva (PFB, positive feedback), si se cumple que < 0; > ; 1 < 1 Realimentación Negativa (NFB, negative feedback), si se cumple que > 0; < ; 1 > 1
La curva de la Figura 1.1 muestra la variación de en función de las variaciones de , considerando > 0
Figura 1.1. Variación de en función de
Note que si se incrementa, tiende a disminuir. Si = 0, entonces = , finalmente si = 1, → ∞.
CONFIGURACIONES REALIMENTADOS.
BASICAS
DE
LOS
AMPLIFICADORES
En el caso de amplificadores de voltaje la realimentación debe aumentar Zin y disminuir Zout, para que toda la tensión que proviene de la señal de entrada caiga sobre el amplificador y para que toda la tensión de la señal de salida caiga sobre la carga que se coloque.
REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE.
Figura 1.2. Diagrama realimentación V en serie.
de
Figura 1.3. Ejemplo de amplificador realimentado de V en serie.
REALIMENTACION DE VOLTAJE EN PARALELO.
Figura 1.4. Diagrama de realimentación de V en paralelo.
Figura 1.5. Ejemplo de amplificador realimentado de V en paralelo.
En el caso de amplificadores de corriente la realimentación deberá disminuir Rin y aumentar Rout, para que toda la corriente de la señal de entrada pase por el amplificador y para que toda la corriente de salida pase por la carga colocada.
REALIMENTACION DE CORRIENTE EN SERIE.
Figura 1.6. Diagrama de realimentación de I en serie.
Figura 1.7. Ejemplo de amplificador realimentado de I en serie.
REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN PARALELO
Figura 1.8. Diagrama de realimentación de I en paralelo.
Figura 1.9. Ejemplo de amplificador realimentado de I en paralelo.
En la presente práctica se realizara un amplificador con realimentación de corriente en serie y otra con realimentación de voltaje en serie.
DESARROLLO. Para realizar esta práctica se utilizó un circuito amplificador multietapa, específicamente de 3 etapas (ver figura 2.0), para este caso se optó por usar la realimentación de corriente en serie y posteriormente la realimentación de voltaje en serie.
Figura 2.0. Diagrama de amplificador multietapa
Figura 2.0. Circuito amplificador multietapa
Comenzando por la realimentación de corriente en serie (ver figura 2.1):
Ésta realimentación requiere de 3 resistencias llamadas Rf, R1 y Ro Rf= 560Ω R1= 180Ω Ro= 560Ω
Conectando el circuito, Rf se conecta al emisor del transistor de la primera etapa hacia tierra, R1 se conecta entre los nodos de Rf y Ro, finalmente Ro se co necta en el emisor de la 3era etapa, logrando así una realimentación desde la 3era etapa. Haciendo los cálculos correspondientes se obtiene la ganancia que para este circuito es de:
Figura 2.1. Circuito realimentado de corriente en serie
Realimentación de voltaje en serie (ver figura 2.2):
Para la realimentación de voltaje en serie solo fue necesario usar 2 etapas y se usaron dos resistencias Rf y Ro junto con un capacitor de 100uf. Rf=1kΩ Ro=6.8kΩ
Ésta configuración se logra conectando Rf desde el emisor de la primera etapa hacia tierra y Ro conectado en el nodo de Rf y el emisor hacia el colector de la segunda etapa en serie con un capacitor de 100uf. La ganancia de este circuito es:
Figura 2.2. Circuito Realimentado de voltaje en serie
Una vez hechas las conexiones correspondientes se implementa una señal de entrada de audio y una bocina conectada a la salida de cada etapa, con el fin de comparar la señal entrante con respecto a la señal amplificada. Posteriormente se conecta un generador de funciones que funciona como señal de entrada y un osciloscopio en el cuál observamos la señal de salida, el cual se muestra más adelante.
RESULTADOS En el amplificador le proporcionamos una realimentación de corriente en serie obtuvimos una pérdida de amplitud pero se obtuvo una estabilidad en la señal de audio y se escuchaba clara la señal. La señal resultante del amplificador se observa en la siguiente figura 2.3.
Figura 2.3 Imagen del osciloscopio digital del multietapa con la realimentación de corriente en serie nos muestra en el canal 1 (CH1) la señal de entrada y en el canal 2 (CH2) la señal de salida.
Ganancia e impedancia del circuito amplificador con realimentación de corriente en serie.
Ganancia de lazo cerrado de realimentación de corriente en serie
la
Impedancia de entrada de realimentación de corriente en serie
la
4.1454 × 10−
Impedancia de salida de la realimentación de corriente en serie
45.6655 × 10− Ω 29.9565 × 10− Ω
En el amplificador le proporcionamos una realimentación de voltaje en serie obtuvimos una pérdida de amplitud pero se obtuvo una estabilidad en la señal de audio y se escuchaba clara la señal. La señal resultante del amplificador se observa en la siguiente figura 2.4.
Figura 2.4. Imagen del osciloscopio digital del amplificador con la realimentación de voltaje en serie nos muestra en el canal 1 (CH1) la señal de entrada y en el canal 2 (CH2) la señal de salida.
Ganancia e impedancia del circuito amplificador con realimentación de voltaje en serie.
Ganancia de lazo cerrado de la retroalimentación de voltaje en serie
7.8
Impedancia de entrada de la retroalimentación de voltaje en serie
181846028.8Ω
Impedancia de salida de la retroalimentación de voltaje en serie
56.3663 × 10− Ω
CONCLUSIÓN. Víctor Manuel López Pérez. En esta práctica se realizó dos tipos de realimentación al amplificador de 3 etapas realizado en la práctica número 1, una de ellas fue la realimentación de voltaje en serie y la otra fue la realimentación de corriente en serie. Se observó de manera práctica así también de manera calculada las ganancias de lazo de cerrado de cada realimentación, en lo cual se obtuvo lo siguiente: La ganancia de lazo cerrado del amplificador con realimentación de corriente en serie resulto ser negativa ya que dio como resultado 4.1454 × 10− se observó que hubo pérdida de ganancia en la salida del amplificador pero obtuvimos mayor estabilidad y se redujo el ruido; En la ganancia de lazo cerrado del amplificador con realimentación de voltaje en serie se obtuvo una ganancia positiva de 7.8 pero se observó mucho ruido en la salida del amplificador. Los amplificadores realimentados antes mencionados, se conectó la salida de cada circuito realimentado al osciloscopio y a su entrada un generador de funciones con una configuración de 1Khz y 2mV, en el osciloscopio se observó claramente que la señal de salida del amplificador con realimentación de corriente en serie fue muy pequeña en amplitud, mientras que el amplificador de voltaje en serie su señal de salida fue de mayor amplitud. Con la teoría recibida en clase puedo decir que la realimentación negativa tiene sus ventajas ya que obtenemos incrementar el ancho de banda, reducir el ruido y la distorsión pero perdemos ganancia en el amplificador.
Carlos Eduardo Aguirre Pérez En la práctica realizada del amplificador multietapa se concluyó que cuando subíamos el volumen del celular o computadora se distorsionaba la señal. Este amplificador nos sirve para aumentar la amplitud de las señales pequeñas. También en la última etapa se vio que la señal de salida se desplazaba más rápido que la señal de entrada y la amplitud era más grande. Utilizar una realimentación en cualquier circuito amplificador me ayudara que la señal de salida del circuito amplificador se escuche más clara y tenga una ganancia en voltaje o corriente dependiendo a la estructura de la realimentación. Llegue a concluir que dependiendo la estructura de las resistencias del circuito con realimentación se obtendrá una ganancia o una perdida depende al acomodo de las resistencias propuestas.
Ayax Israel Isidro Alvarado: Un circuito realimentado estabiliza la señal, sin embargo pierde amplificación, en el caso de la realimentación corriente en serie el valor de la ganancia resultaba negativo 4.1453x10^-3 conectando la bocina en la salida de cada etapa se observa que la salida de la primera etapa es básicamente igual a la entrada, al conectar la bocina en la salida segunda etapa se escucha considerablemente más fuerte, sin embargo al momento de conectar la bocina a la salida de la tercera etapa el sonido era bastante más bajo que con las otras dos etapas lo que indica que en realidad ésta realimentación sufría una pérdida (cosa que se ve reflejada en la ganancia), y a pesar de que éste tipo de circuitos estabiliza la señal se lograba escuchar un poco de ruido en la salida del circuito. Observando la señal en el osciloscopio se puede notar que la señal se debilita, es decir sufre una pérdida. Hablando del circuito realimentado de voltaje en serie el circuito consta de 2 e tapas, la ganancia calculada es de 7.8 lo que indica que el circuito si amplifica aunque en una escala pequeña, al conectar la bocina en la salida de la primera etapa era prácticamente igual a la señal de entrada, y cuando se conectó a la salida de la segunda etapa se nota una pequeña amplificación en el sonido, sin embargo no era algo de mucha relevancia, no obstante la señal de salida si resultaba ser bastante limpia. Observando la señal en el osciloscopio notamos que a pesar de que la señal de entrada es muy pequeña, la señal de salida muestra una leve amplificación. Entonces se puede decir que en circuito amplificador realimentado es útil si no se necesita mucha amplificación y se requiere una señal limpia, sin embargo no es muy confiable en todos los casos, ya que a pesar de que la señal puede ser más estable aún hay posibilidades de que la señal de salida contenga ruido.
REFERENCIAS. Amplificador con realimentación. (2013, 16 de agosto). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 05:36, marzo 17, 2014 desde http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Amplificador_con_realimentaci%C3 %B3n&oldid=69037860. Huircán, J.I. (2008). Amplificadores Retroalimentados. Recuperado Marzo 15, 2014 desde http://quidel.inele.ufro.cl/~jhuircan/PDF_CTOSII/realieee.pdf Abella, J. M. y Martínez-Duart (1996). Cap. 11 Amplificadores Realimentados Y Operacionales en Fundamentos de electrónica física y microelectrónica (pp. 325338). Addison-Wesley Iberoamericana.
