Realimentación en los amplificadores.

El amplificador operacional.

Realimentación en los amplificadores :

La ganancia de un amplificador depende de las características de sus componentes. De tal forma que si, por alguna razón, un componente modifica su valor (cambios de temperatura,inexactitud en los valores de los componentes al ser sustituidos, etc.), el amplificador modifica su ganancia, entregando una señal en la carga diferente a la esperada. Además, se pueden producir fenómenos que causen distorsión en la señal de salida, como ruidos, atenuación de señales de baja oalta frecuencia, etc.

Un procedimiento para reducir estos fenómenos es la inclusión de una red de realimentación. La realimentación toma parte de la señal de salida y la retoma de nuevo a la entrada,consiguiendo que la señal de salida no dependa exclusivamente de las características de los componentes del amplificador (ver figura 16.1). De esta forma se consigue eliminar la distorsión y estabilizar el funcionamiento del amplificador.

Realimentación en los amplificadores.

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El procedimiento que más se emplea para conseguir estos objetivos es la realimentación negativa. Consiste en tomar una parte de la tensión o corriente de la salida del amplificador y aplicarla, a través de la red de realimentación, en oposición de fase con la señal de entrada a amplificar. De esta manera, si la señal de salida se incrementa, este incremento es aplicado en oposición de fase, a través de la red de realimentación, a la entrada, produciendo una disminución de la señal de entrada y, en definitiva, una compensación de esa tendencia al incremento de la señal de salida.

Antes de realizar un estudio más detenido de la realimentación, vamos a aclarar una serie de ideas sobre la distorsión en los amplificadores.

Realimentación en los amplificadores.

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Distorsión en los amplificadores :

Como ya se pudo comprobar en Unidades de Contenido anteriores, sin un adecuado diseño del amplificador, la señal de salida del mismo puede que no responda exactamente a laaplicada a la entrada, en cuyo caso nos encontramos ante el efecto indeseable de la distorsión.

La distorsión en la señal de salida es debida, básicamente, a que los componentes con los que se diseña el amplificador poseen unas características que no son del todo lineales. A esto hay que añadir las capacidades parásitas que se originan en los diferentes elementos del amplificador, así como las que corresponden a los condensadores utilizados en el circuito.

Dependiendo del factor que origina la distorsión, ésta puede modificar algunas de las magnitudes propias de la señal. Así, tenemos tres tipos de distorsión: distorsión alineal, distorsión de frecuencia y distorsión de fase.

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Distorsión alineal :

Ésta se produce por la alinealidad de los componentes utilizados, sobre todo con los cambios de temperatura, dando como resultado una amplitud de la señal en la salida que no se corresponde exactamente con la de entrada en algunas parte del ciclo.

Distorsión de frecuencia y ancho de banda de un amplificador :

Por lo general, cuando se amplifica una señal, ésta no consta únicamente de una sola frecuencia, sino que está compuesta por la suma de un gran número de señales de diferentes frecuencias. Éste es el caso, por ejemplo, de una señal de audio que provenga de un micrófono: las señales eléctricas que éste produce recogen sonidos a muy distintas frecuencias, como el de las diferentes voces, instrumentos de cuerda y de viento, percusión, etc. Para que el amplificador sea fiel con la señal de entrada, deberá aplicar la misma ganancia a las distintas frecuencias para, posteriormente, aplicarlas a un altavoz. En el caso de que el amplificador no consiga amplificar adecuadamente las muy bajas frecuencias o las muy altas, se producirá una distorsión de frecuencia, que dará como resultado una pérdida de calidad en el sonido entregado por el altavoz.

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Esta distorsión es debida, fundamentalmente, a las capacidades que aparecen en los circuitos del amplificador, y que limitan el campo de actuación del mismo a una determinada gama de frecuencias. Así, tenemos que la ganancia de un amplificador se mantiene igual para un margen de frecuencias intermedias contenidas entre dos límites: superior (fc1 ) e inferior (fc2) denominadas frecuencias de corte. A la gama de frecuencias comprendida entre estos dos límites se le denominaancho de banda (ver Figura 16.2).

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Seguidamente, vamos a estudiar un ejemplo de cómo un amplificador puede provocar distorsión de frecuencia.

En la Figura 16.3 se muestra un amplificador de emisor común.

El condensador de entrada C1 el de salida C2 y el de acopIamiento del emisor CE

presentan una alta reactancia capacitiva para las bajas frecuencias (Xc = 1/2πfC). Dado que éstos están acoplados en serie con la señal de salida, ésta queda atenuada para dichas frecuencias, quedando reducida la ganancia del amplificador para las bajas frecuencias (Figura 16.4).

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llamaremos fCl a la frecuencia de corte inferior; por debajo de la misma la ganancia es inferior a la de las frecuencias intermedias, tal como se muestra en el gráfico de la Figura 16.2.

Por otro lado, en el interior del transistor se forman una serie de capacidades entre sus electrodos, que actúan como si fuesen condensadores conectados en paralelo con la carga (ver Figura16.5). Para las frecuencias bajas, la reactancia capacitiva generada (Xc' = 1/2πfC') se hace muy alta y, por lo tanto, ésta no interfiere en la señal de salida. Sin embargo, cuando la frecuencia aumenta por encima de la frecuencia de corte superior fc2, dicha reactancia disminuye y provoca una especie de cortocircuito de la señal en la salida. En conclusión, la ganancia del amplificador disminuye al superarse esta frecuencia, pudiendo llegar a anular la señal en la salida para muy altas frecuencias.

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En resumen, un amplificador posee una ganancia máxima en la banda media, es decir entre las frecuencias de corte fc1 y fc2 Así, podemos definir el ancho de banda de un amplificador como: Ancho de banda = fc2 – fc1

Así, por ejemplo, si un amplificador posee una fc1 = 20 Hz y una fc2 = 20 KHz, su ancho de banda será: Ancho de Banda = 20.000 - 20 = 19.980 Hz

En función de este criterio se pueden clasificar los amplificadores en amplificadores de banda ancha y amplificadores de banda estrecha.

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Los amplificadores de banda ancha son aquellos que son capaces de amplificar una gran variedad de frecuencias sin provocar distorsión, como por ejemplo 15 MHz.

Los amplificadores de banda estrecha poseen un pequeño ancho de banda. Tal es el caso de los amplificadores sintonizados utilizados en radio frecuencia.

Distorsión de fase :

Esta distorsión hace que la señal de salida quede desfasada un cierto ángulo respecto a la de entrada. Al igual que la distorsión de frecuencia, este tipo de distorsión está provocadapor las capacidades del circuito. Aquí también existe un ancho de banda entre el cual no se produce la distorsión. En la Figura 16.6 se muestra un diagrama en el que se relaciona el ángulo de desfase entre la señal de salida y la de entrada en función de la frecuencia de la señal.

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Para las frecuencias inferiores a fc1 la señal de salida se adelanta respecto a la entrada. Para frecuencias altas, superiores a fc2 la señal de salida se retrasa respecto a la de entrada.