Este documento presenta conceptos básicos de amplificación electrónica analógica. Explica que un amplificador es un dispositivo que eleva el nivel de potencia de una señal de entrada. Describe los tipos de amplificadores, el equivalente de Thevenin de un amplificador real, la respuesta en frecuencia y los conceptos de realimentación positiva y negativa.

1. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS
2º Curso de Instalaciones Electromecánicas Mineras
Tema 2: Electrónica Analógica
Conceptos generales de amplificación
Profesor: Javier Ribas Bueno
Nota: las animaciones contenidas en esta presentación requieren Powerpoint de Office XP o posterior
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

2. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Electrónica analógica: Conceptos generales de amplificación
• Introducción
• Equivalente de Thevenin de un amplificador
 Definición de impedancia de entrada y salida
• Respuesta en frecuencia de un amplificador
• Amplificadores realimentados
 Realimentación positiva y negativa
 El amplificador diferencial ideal realimentado
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

3. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Introducción
Objetivo: Manejar y extraer información presente en una magnitud eléctrica
Amplificar
Filtrar
Señal con información Circuito Aislar
Sensor, Antena, Analógico Normalizar
V Conversiones (v/v, V/i, i/v, v/f, f/v,....)
Captura de pico
.....
t ELEMENTO CLAVE
EJEMPLO:
EN ELECTRÓNICA
VE ANALÓGICA:
VS
AMPLIFICADOR
Tratamiento ELECTRÓNICO
Analógico
Señal AM
Altavoz
(Débil, antena)
(Señal Fuerte)
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

4. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Introducción
La tensión (VE) o la corriente (IE) de entrada a un amplificador puede tener una
forma cualquiera.
V
V V
REPRESENTACIÓN
t EN EL TIEMPO
t
t
Continua Senoidal Arbitraria
El teorema de Fourier indica: "Cualquier señal eléctrica podemos descomponerla
en nivel de continua mas una suma de señales senoidales.
Si podemos determinar como se comporta un amplificador ante continua y
senoidales de cualquier frecuencia, podemos determinar como se comporta ante
cualquier señal.
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

5. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Introducción
V
V V
REPRESENTACIÓN
t EN EL TIEMPO
t
t
Continua Senoidal Arbitraria
V V
V
REPRESENTACIÓN
EN FRECUENCIA
f f (ESPECTRO)
DC f1 DC f1 f2 f
Continua Senoidal
Arbitraria
En el mundo de la Electrónica Analógica, las representaciones en frecuencia son
mucho mas cómodas (p.e. Música, comunicaciones, etc).
En una primera aproximación supondremos que la entrada al amplificador es
senoidal de una frecuencia genérica.
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

6. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Introducción
IDEAS BÁSICAS DE AMPLIFICACIÓN
¿Que es un amplificador?
Dispositivo capaz de elevar el nivel de potencia de una señal.
(En nuestro caso eléctrica: V o I)
Objetivo ideal
+ +
UE AMPLIFICADOR US RL PE = 0
- - PS = ∞
Carga (Entiendase, la que se quiera)
Fuente de señal
(Información)
La información en la fuente de señal puede estar presente en forma de tensión (VE) o en
forma de corriente (IE).
A la salida (en la carga), la información se puede entregar (con mayor potencia) pero en
forma de tensión (VS) o de corriente (IS).
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

7. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Introducción
TIPOS DE AMPLIFICADORES
Información de Información de
Entrada Salida
Tensión (UE) Amplificador de tensión (V/V) Tensión (US)
Tensión (UE) Amplificador de Trans-conductancia (I/ Corriente (IS)
V)
Corriente (IE) Amplificador de Trans-resistencia (V/I) Tensión (US)
Corriente (IE) Amplificador de Corriente (I/I) Corriente (IS)
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

8. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificador ideal de tensión
+ +
+
UE RL
US
A UE
- -
Carga
A = ganancia de tensión
Características del amplificador ideal de tensión:
• No consume corriente en la entrada
• La tensión de salida no depende de la carga
• La ganancia de tensión A es constante e independiente de la frecuencia
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

9. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Equivalente de Thevenin de un amplificador real
Admitiendo excitación senoidal y aunque el amplificador es un circuito complejo
(transistores, diodos, resistencias, condensadores, etc) podemos caracterizar el
amplificador con ayuda de tres elementos:
• Dos impedancias (Impedancia de entrada y de salida)
• Una ganancia (de tensión en vació o de corriente en cortocircuito)
El conjunto de estos parámetros permite obtener un equivalente eléctrico
sencillo del amplificador (EQUIVALENTE THEVENIN).
+ +
+ RS
UE RE US
A VE
- -
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

10. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Equivalente de Thevenin de un amplificador real
IMPEDANCIA DE ENTRADA (RE)
IE
Si la entrada es en tensión, nos interesa:
+
UE RE RE = ∞ (La mas grande posible)
- Si la entrada es corriente, nos interesa:
IE = 0 (Lo mas pequeña posible)
UE
RE =
IE
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

11. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Equivalente de Thevenin de un amplificador real
GANANCIA DE TENSIÓN EN VACÍO
+ Tensión de vacío proporcional a la entrada
+
A UE (VS)VACIO A = Ganancia de tensión en vacío
-
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

12. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Equivalente de Thevenin de un amplificador real
IMPEDANCIA DE SALIDA
(U S )VACIO
RS =
( I S ) CORTO
+
(US)VACIO Mide la capacidad de entregar potencia del amplificador.
- Si la salida es en tensión, nos interesará RS = 0 (pequeña)
(IS)CORTO +
+ ZS
Representación para un
VS
A UE equivalente de salida en
- tensión
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

13. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Respuesta en frecuencia de un amplificador
En todo amplificador aparecen elementos reactivos (condensadores, inductancias,
etc). Unos introducidos por nosotros para realizar una cierta función (p.e. eliminar
continua, filtrar, etc) y otros muchos parásitos (inductancia de cables, capacidades
parásitas de uniones PN, etc)
Se conoce como DIAGRAMA DE BODE la representación de la variación de
ganancia de un amplificador con la frecuencia (módulo y argumento)
VE Relación de amplitudes
(MÓDULO)
|A| = MÓDULO = Relación de amplitudes
A = ARGUMENTO = Desfase
VS
θ
Desfase
(ARGUMENTO)
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

14. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Respuesta en frecuencia de un amplificador
DIAGRAMAS DE BODE
Normalmente la escala de frecuencias es logarítmica
Ganancia
0.01 0.1 1 10 100 1K 10K [f]
10
-2 -1 0 1 2 3 4 [log f]
1
DÉCADA
f Notar que la frecuencia 0 (DC-continua) en una escala
logarítmica está en -∞
Desfase
90º La Ganancia se representa también habitualmente en
0º una escala logarítmica especial
(dB = Decibelios)
-90º
US
f dB = 20 ⋅ log = 20 ⋅ log A
UE
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

15. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Respuesta en frecuencia de un amplificador
Comentarios respecto a la definición de decibelio
 Definición de ganancia de potencia en decibelios (dB) :
B = Punto referencia del circuito
PA
A P ( dB ) = 10 ⋅ log10 A = Punto donde se mide la
PB ganancia respecto de B
Si la potencia se entrega sobre cargas iguales:
2
VA
2
P RLOAD V  V 
A P ( dB ) = 10 ⋅ log10 A = 10 ⋅ log10 = 10 ⋅ log10  A  = 20 ⋅ log10  A 
PB VB2 V  V 
 B   B 
RLOAD
 VA 
 Definición de ganancia de tensión en dB: A u ( dB ) = 20 ⋅ log10  
V 
 B
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

16. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
VE -VR
VE A VS
-
VR β
Se cumplen las siguientes relaciones:
V R = VS · β A
VS = ( VE - VS · β ) · A  VS = V E ·
VS = ( V E - V R ) · A 1+A·β
Ganancia del amplificador realimentado
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

17. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
A
V S = VE ·
1+A·β
Ganancia de lazo
Tipos de realimentación:
•Realimentación negativa: A · β > 0
•Realimentación positiva: A · β < 0
Caso particular: A · β = -1 (realimentación crítica)
Ganancia del sistema realimentado infinita:
 Aunque se tenga VE = 0, puede haber señal de salida
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

18. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
Realimentación negativa: A · β > 0
VE -VR
VE A VS
-
Por ejemplo:
A>0 y β>0 β
VR
Si por cualquier perturbación la salida se incrementa:
VS ↑  VR ↑  VE -VR ↓  VS ↓
La realimentación tiende a compensar las perturbaciones de la salida
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

19. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
Realimentación positiva: A · β < 0
VE -VR
VE A VS
-
Por ejemplo:
A>0 y β<0 β
VR
Si por cualquier perturbación la salida se incrementa:
VS ↑  VR ↓  VE -VR ↑  VS ↑
La realimentación tiende a amplificar las perturbaciones de la salida
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

20. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación negativa: A · β > 0
VE Tacómetro
Motor DC
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

21. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación negativa: A · β > 0
VE Tacómetro
e no
Fr Motor DC
Error
-
Referencia
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

22. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación negativa: A · β > 0
VE Tacómetro
e no
Fr Motor DC
Error
-
La realimentación negativa tiende a compensar
Referencia las variaciones de la salida
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

23. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación negativa: A · β > 0
Este sistema equivale a:
Motor
referencia + Velocidad
- carga de giro
Tacómetro
+ circuitería
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

24. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación positiva: A · β > 0
Tacómetro
e no
Fr Motor DC
-
-1
Referencia
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres

25. Electrónica y Automatismos Área de Tecnología Electrónica
Amplificadores realimentados
Ejemplo de realimentación positiva: A · β > 0
Tacómetro
e no
Fr Motor DC
error ↓
-
-1
La realimentación positiva tiende a aumentar
Referencia
las variaciones de la salida (se para o se embala).
Universidad de Oviedo Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres