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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA

CURSO : CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II CAP XIII:AMPLIFICADORES REALIMENTADOS

DOCENTE: MG. LUIS PONCE MARTÍNEZ

INTRODUCCIÓN

FIG. 1 Diagramas de bloques sencillos de un amplificador realimentado

Dependiendo de la polaridad relativa de la señal con que se realimenta al circuito, la realimentación puede ser negativa o positiva. La Vs realimentación negativa reduce Señal la ganancia de voltaje, lo que de entrada permite mejorar algunas características del circuito, como se resume a continuación. La realimentación positiva hace que un circuito oscile como en varios tipos de circuitos osciladores. UNMSM-FIEE

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Amplificador realimentado

Vi

A

Vo

(Señal de salida)

Vf

β 2

Amplificador realimentado

Vs

Vi

Señal de entrada

Vo

A

(Señal de salida)

Vf

β

FIG. 1 Diagramas de bloques sencillos de un amplificador realimentado

En la figura 1 se muestra una conexión de realimentación típica. La señal de entrada Vs se aplica a una red mezcladora, donde se combina con una señal de realimentación Vf. La diferencia de estas señales Vi es, por tanto, el voltaje de entrada al amplificador. Una parte de la salida del amplificador Vo se conecta a la red de realimentación ( b), la cual proporciona una parte reducida de la salida como señal de realimentación a la red mezcladora de entrada. Si la señal de realimentación es de polaridad opuesta a la señal de entrada, como se muestra en la figura 1, la realimentación es negativa. Aunque ésta reduce la ganancia de voltaje total , se obtienen varias mejoras. UNMSM-FIEE

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TIPOS DE CONEXIONES DE REALIMENTACIÓN

Existen cuatro formas básicas de conectar la señal de realimentación. Tanto el voltaje como la corriente pueden realimentar la entrada en serie o en paralelo. Específicamente estas cuatro formas son:

𝑽𝒔

𝑽𝒊

𝑉0 𝐴= 𝑉𝑖

RL

𝑽𝟎 ➢ Realimentación de voltaje en serie (figura 1.a).

𝑽𝒐 𝜷 = 𝑽𝐟 UNMSM-FIEE

𝑉f β= 𝑉𝑜 Mg. Luis Ponce Martínez

𝑉0 𝑨𝒇 = 𝑉𝑆 4

➢Realimentación de voltaje en derivación (figura 1.b). 𝑰𝒊

𝑰𝒔

𝑰𝐟 = 𝑽𝒐 𝜷

UNMSM-FIEE

𝑉0 𝐴= 𝐼𝑖

𝐼f β= 𝑉𝑜

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𝑽𝟎

RL

𝑉0 𝑨𝒇 = 𝐼𝑆 5

➢ Realimentación de corriente en serie (figura 1.c) 𝑰𝑶 = 𝑰𝑳

𝑽𝑺

UNMSM-FIEE

𝑽𝒊

𝐼0 𝐴= 𝑉𝑖

RL

𝑽𝐟 = 𝑰𝒐 𝜷

𝐼f β= 𝑉𝑜

𝐼0 𝑨𝒇 = 𝑉𝑆

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6

➢Realimentación de corriente en derivación (figura 1.d) 𝑰𝒊

𝑰𝒔

𝑰𝐟 = 𝑰𝒐 𝜷

UNMSM-FIEE

𝑰𝑶 = 𝑰𝑳

𝑰𝟎 𝑨= 𝑰𝒊

𝑰𝐟 𝜷= 𝑰𝒐 Mg. Luis Ponce Martínez

RL

𝐼0 𝑨𝒇 = 𝐼𝑆 7

Ganancia Con Realimentación 𝑰𝒊

En esta sección examinamos la ganancia de cada una de las conexiones del circuito realimentado de las figuras 1a,1b,1c y 1d (Tipos de amplificadores realimentados). La ganancia sin realimentación, A, es la de la etapa del amplificador. Con 𝜷 de realimentación, la ganancia total del circuito se reduce por un factor (1 + A𝜷), como se detalla a continuación. UNMSM-FIEE

𝑽𝒔

𝑽𝒊

𝑽𝒐 𝜷 = 𝑽𝐟

𝐴=

β=

𝑉0 𝑉𝑖

R L 𝑽𝟎

𝑉0 𝐼𝑖

𝐴=

𝑰𝒔

𝑽𝟎

R L

𝑰𝐟 = 𝑽𝒐 𝜷

𝑉f 𝑉𝑜

β=

𝐼f 𝑉𝑜

(figura 1.a). figura 1.b 𝑰𝑶 = 𝑰𝑳

𝑽𝑺

𝑽𝒊

𝐴=

𝐼0 𝑉𝑖

𝑰𝒊

RL

𝑰𝒔

𝑨 =

𝑽𝐟 = 𝑰𝒐 𝜷

β=

𝐼f 𝑉𝑜

figura 1.c Mg. Luis Ponce Martínez

𝑰𝐟 = 𝑰𝒐 𝜷

R

𝑰𝟎 𝑰𝒊

L

𝜷 =

𝑰𝐟 𝑰𝒐

figura 1.d 8

Ganancia Con Realimentación En la tabla 1 se proporcionan, como referencia, un resumen de la ganancia, el factor de realimentación y la ganancia con realimentación de las figuras 1a,1b,1c,1d

TABLA 1 :Resumen de ganancia, realimentación y ganancia con realimentación con base en las figuras 1a,1b,1c,1d UNMSM-FIEE

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Realimentación de voltaje en serie La figura 1a muestra la conexión de realimentación de voltaje en serie con una parte del voltaje realimentada en serie con la señal de entrada con el resultado de que la ganancia total se reduce. Si no hay realimentación (Vf =0), la ganancia de voltaje de la etapa del amplificador es:

𝑽𝟎 𝑽𝟎 𝑨= = 𝑽𝑺 𝑽𝒊

UNMSM-FIEE

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…….ecuación (1)

10

Si se conecta una señal de realimentación Vf en serie con la entrada, entonces : 𝑽𝒊 = 𝑽𝑺 − 𝑽𝒇

Puesto que : 𝑽𝟎 = 𝑨𝑽𝒊 = 𝑨(𝑽𝑺 − 𝑽𝒇 )= 𝑨𝑽𝑺 − 𝑨𝑽𝒇 = 𝑨𝑽𝑺 − 𝑨(𝑽𝒐 𝜷) Entonces :

(𝟏 − 𝜷𝑨)𝑽𝟎 = 𝑨𝑽𝑺

De modo que la ganancia de voltaje total con realimentación es : 𝑉0 𝐴0 𝑨𝒇 = = …….ecuación (2) 𝑉𝑆 𝟏 + 𝜷𝑨 La ecuación (2) muestra que la ganancia con realimentación es la ganancia del amplificador reducida por el factor 𝟏 + 𝜷𝑨 . Se verá que este factor también afecta a la impedancia de entrada y salida entre otras características del circuito. UNMSM-FIEE

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Realimentación De Voltaje En Derivación La ganancia con realimentación para la red de la figura 1b es:

𝑽𝟎 𝑨𝑰𝐢 𝑨𝑰𝐢 𝑨𝑰𝐢 𝑨𝒇 = = = = 𝑰𝑺 𝑰𝐢 + 𝑰𝐟 𝑰𝐢 + 𝜷𝑽𝟎 𝑰𝐢 + 𝜷𝑨𝑰𝒊

𝐴 …….ecuación (3) 𝑨𝒇 = 𝟏 + 𝜷𝑨

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Impedancia De Entrada Con Realimentación Realimentación de voltaje en serie :En la figura 2 se muestra una conexión de realimentación de voltaje en serie más detallada. La impedancia de entrada se determina como sigue: 𝑽𝒊 𝑽𝑺 − 𝑽𝒇 𝑽𝑺 − 𝜷𝑽𝟎 𝑽𝑺 − 𝜷𝑨𝑽𝒊 𝑰𝒊 =

𝒁𝒊

=

𝒁𝐢

=

𝒁𝐢

=

𝒁𝐢

𝑰𝒊 𝒁𝒊 = 𝑽𝑺 − 𝜷𝑨𝑽𝒊 𝑽𝑺 = 𝑰𝒊 𝒁𝒊 + 𝜷𝑨𝑽𝒊 = 𝑰𝒊 𝒁𝒊 + 𝜷𝑨𝑰𝒊 𝒁𝒊

𝒁𝒊𝒇 =

𝑽𝑺 𝑰𝒊

UNMSM-FIEE

= 𝒁𝒊 + 𝜷𝑨 𝒁𝒊 = 𝒁𝒊 (1 + 𝜷𝑨) Mg. Luis Ponce Martínez

…….ecuación (4) 13

𝑅if

AMPLIFICADOR

𝑽𝑺

𝑽𝒊

𝑅0f

R0

𝑽𝟎

Ri

RL

𝑽𝒇 𝑉0 𝐴= 𝑉𝑖

RED DE ALIMENTACIÓN

𝑽𝐟 = 𝑽𝒐 𝜷

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𝐼f β= 𝑉𝑜

𝑉f 𝛽= 𝑉0

𝑽𝑶

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𝑉0 𝐴 𝑨𝒇 = = 𝑉𝑖 𝟏 + 𝜷𝑨

FIG. 2 Conexión de realimentación de voltaje en serie 14

Se ve que la impedancia de entrada con realimentación en serie es el valor de la impedancia de entrada sin realimentación, multiplicada por el factor 𝟏 + 𝜷𝑨 y se aplica a ambas configuraciones de voltaje en serie (figura 1a) y de corriente en serie (figura 1c). 𝑰𝑶 = 𝑰𝑳

𝑽𝒔

𝑽𝒊

𝑽𝒐 𝜷 = 𝑽𝐟

𝐴=

𝑉0 𝑉𝑖

RL

𝑽𝟎 𝑽𝑺

𝑉f β= 𝑉𝑜

𝐼0 𝑉𝑖

β= 𝑽𝐟 = 𝑰𝒐 𝜷

figura 1a

UNMSM-FIEE

𝑽𝒊

𝐴=

RL

𝐼f 𝑉𝑜

figura 1c

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Realimentación De Voltaje En Derivación En la figura 3 se muestra una conexión de realimentación de voltaje en derivación. La impedancia de entrada se determina como: 𝐼i R0 𝑰𝑺

Ri

𝐴𝐼𝑖

𝑰𝐟 = 𝑽𝒐 𝜷 𝐼f β= 𝑉𝑜 UNMSM-FIEE

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𝑽𝟎

RL

FIG. 3 Conexión de realimentación de voltaje en derivación 16

…….ecuación (5)

Esta impedancia de entrada reducida se aplica a la conexión de voltaje en serie de la figura 1a y a la conexión de voltaje en derivación de la figura 1b. UNMSM-FIEE

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Impedancia De Salida Con Realimentación La impedancia de salida para las conexiones de la figuras 1a , 1b , 1c , 1d depende de si se utiliza realimentación de voltaje o de corriente. Con realimentación de voltaje la impedancia de salida se reduce, en tanto que la realimentación de corriente incrementa la impedancia de salida.

Realimentación de voltaje en serie El circuito de realimentación de voltaje en serie de la figura 2 proporciona suficientes detalles del circuito para determinar la impedancia de salida con realimentación. La impedancia de salida se determina aplicando un voltaje V, y el resultado es una corriente I, con Vs en cortocircuito (Vs = 0). El voltaje V es, por tanto UNMSM-FIEE

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podemos resolver la resistencia de salida con realimentación

…….ecuación (6) La ecuación (6) muestra que con realimentación de voltaje en serie la impedancia de salida se reduce con respecto a la que no tiene realimentación, por el factor (𝟏 + 𝜷𝑨 ). UNMSM-FIEE

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FIG. 4 Conexión de realimentación de corriente en serie

Realimentación de corriente en serie :La impedancia de salida con realimentación de corriente en serie se determina aplicando una señal V a la salida con Vs en cortocircuito, y así se obtiene una corriente I, con la relación de V a I como la impedancia de salida. La figura 4 muestra una conexión más detallada con realimentación de corriente en serie. UNMSM-FIEE

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Para la parte de salida de una conexión de realimentación de corriente en serie mostrada en la figura 4, la impedancia de salida resultante se determina como sigue. Con Vs=0

…….ecuación (7)

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En la tabla 2 se resume el efecto de la realimentación en la impedancia de entrada y salida:

TABLA 2 Efecto de una conexión de realimentación en la impedancia de entrada y salida UNMSM-FIEE

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Reducción en la distorsión debida a la frecuencia Para un amplificador con realimentación negativa y A𝜷 ≫ 𝟏 la ganancia con realimentación es : 1 𝑨𝒇 = 𝛽 De esto se desprende que si la red de realimentación es puramente resistiva, la ganancia con realimentación no depende de la frecuencia aun cuando la ganancia del amplificador básico dependa de la frecuencia. Prácticamente, la distorsión que surge por la frecuencia debido a la ganancia del amplificador que varía con la frecuencia, se reduce considerablemente en un circuito de amplificador con realimentación negativa de voltaje. UNMSM-FIEE

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Reducción Del Ruido Y Distorsión No Lineal La realimentación de señal tiende a mantener a un nivel bajo la cantidad de la señal de ruido (como el zumbido de una fuente de alimentación) y la distorsión lineal. El factor (𝟏 + 𝜷𝑨 ) reduce tanto el ruido de entrada como la distorsión no lineal resultante, lo que constituye una considerable mejora. Sin embargo, observemos que la ganancia total se reduce (el precio requerido por el desempeño mejorado del circuito). Si se utilizan etapas adicionales para elevar la ganancia total hasta el nivel sin realimentación, hay que tener en cuenta que la o las etapas adicionales podrían introducir tanto ruido de regreso al sistema a medida que éste es reducido por el amplificador realimentado. Este problema se puede subsanar en parte reajustando la ganancia del circuito amplificador realimentado para obtener una ganancia más alta, al mismo tiempo que se proporciona una señal de ruido reducida. UNMSM-FIEE

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Efecto de la realimentación negativa en la ganancia y el ancho de banda En la ecuación (2), la ganancia total con realimentación negativa es: 𝐴 𝐴 1 𝑨𝒇 =

Mientras que

𝟏 + 𝜷𝑨

≅

𝛽𝐴

=

𝛽

para β𝐴 ≫ 1

β𝐴 ≫ 1

la ganancia total es alrededor de 1/ β Para un amplificador práctico (con frecuencias de corte inferior y superior únicas) la ganancia en lazo abierto se reduce a altas frecuencias debido al dispositivo activo y a las capacitancias del circuito. UNMSM-FIEE

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Efecto de la realimentación negativa en la ganancia y el ancho de banda La ganancia también puede reducirse a bajas frecuencias con etapas del amplificador acopladas capacitivamente. Una vez que la ganancia en lazo abierto A se reduce lo suficiente y el factor βA ya no es mucho más grande que 1, la conclusión de la ecuación (2) de que 1 𝑨𝒇 ≅ 𝛽 deja de ser válida. UNMSM-FIEE

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La figura 5 muestra que el amplificador con realimentación negativa tiene más ancho de banda (Bf) que el amplificador sin realimentación (B). El amplificador realimentado tiene una frecuencia de 3 dB superior más alta y una frecuencia de 3 dB inferior más baja.

FIG. 5 Efecto de la realimentación negativa en la ganancia y el ancho de banda

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Reducción en la distorsión debida a la frecuencia • Para un amplificador con realimentación negativa 𝛽𝐴 ≫ 1, la ganancia con realimentación es 𝐴𝑓 ≅ 1Τ𝛽 esto se desprende que si la red de realimentación es puramente resistiva, la ganancia con realimentación no depende de la frecuencia aun cuando la ganancia del amplificador básico dependa de la frecuencia. • Prácticamente, la distorsión que surge por la frecuencia debido a la ganancia del amplificador que varía con la frecuencia, se reduce considerablemente en un circuito de amplificador con realimentación negativa de voltaje. UNMSM-FIEE

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Reducción del ruido y distorsión no lineal • La realimentación de señal tiende a mantener a un nivel bajo la cantidad de la señal de ruido (como el zumbido de una fuente de alimentación) y la distorsión lineal. El factor (1 + 𝛽𝐴 ) reduce tanto el ruido de entrada como la distorsión no lineal resultante, lo que constituye una considerable mejora. • Sin embargo, observemos que la ganancia total se reduce (el precio requerido por el desempeño mejorado del circuito). Si se utilizan etapas adicionales para elevar la ganancia total hasta el nivel sin realimentación, hay que tener en cuenta que la o las etapas adicionales podrían introducir tanto ruido de regreso al sistema a medida que éste es reducido por el amplificador realimentado. Este problema se puede subsanar en parte reajustando la ganancia del circuito amplificador realimentado para obtener una ganancia más alta, al mismo tiempo que se proporciona una señal de ruido reducida UNMSM-FIEE

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Efecto de la realimentación negativa en la ganancia y el ancho de banda • En la ecuación, la ganancia total con realimentación negativa es: 𝐴 𝐴 1 𝐴𝑓 = ≅ = para β𝐴 ≫ 1 1 + 𝛽𝐴 𝛽𝐴 𝛽 • Mientras que β𝐴 ≫ 1 la ganancia total es alrededor de 1Τ𝛽 . Para un amplificador práctico (con frecuencias de corte inferior y superior únicas) la ganancia en lazo abierto se reduce a altas frecuencias debido al dispositivo activo y a las capacitancias del circuito. • La ganancia también puede reducirse a bajas frecuencias con etapas del amplificador acopladas capacitivamente. Una vez que la ganancia en lazo abierto A se reduce lo suficiente y el factor β𝐴 ya no es mucho más grande que 1, la conclusión de la ecuación de que 𝐴𝑓 ≅ 1Τ𝛽 deja de ser válida.

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Efecto de la realimentación negativa en la ganancia y el ancho de banda

• En la figura se muestra que el amplificador con realimentación negativa tiene más ancho de banda (𝑩𝒇 ) que el amplificador sin realimentación (B). El amplificador realimentado tiene una frecuencia de 3 dB superior más alta y una frecuencia de 3 dB inferior más baja. 𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎

𝐴

𝐴𝑂

0.707𝐴𝑓𝑜

𝐴𝑓𝑜 0.707𝐴𝑜 𝑓1𝑓

𝑓2

𝑓1

𝐵

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𝐵𝑓 Mg. Luis Ponce Martínez

𝑓2𝑓

Efecto de la realimentación negativa en la ganancia y el ancho de 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 banda. 31

Efecto de la realimentación negativa en la ganancia y el ancho de banda • Es interesante observar que el uso de la realimentación, aun cuando reduce la ganancia de voltaje, incrementa B y en particular la frecuencia de 3 dB superior. • En realidad, el producto de la ganancia y la frecuencia no cambia, de modo que el producto de la ganancia por el ancho de banda del amplificador básico es igual al del amplificador realimentado. • Sin embargo, como el amplificador realimentado tiene una ganancia más baja, la operación neta fue intercambiar la ganancia por el ancho de banda (utilizamos el ancho de banda con la frecuencia de 3dB superior puesto que en general 𝑓2 ≫ 𝑓1 ). UNMSM-FIEE

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Estabilidad de la ganancia con realimentación Además de que el factor b establezca un valor de ganancia preciso, también nos interesa cuán estable es el amplificador realimentado comparado con un amplificador sin realimentación. 𝑑𝐴𝑓 1 𝑑𝐴 = 𝐴𝑓 1 + 𝛽𝐴 𝐴

𝑑𝐴𝑓 1 𝑑𝐴 ≅ 𝑐𝑜𝑛 𝛽𝐴 ≫ 1 𝐴𝑓 𝛽𝐴 𝐴 Esto demuestra que la magnitud del cambio relativo de la ganancia

𝑑𝐴𝑓 𝐴𝑓

reduce por el factor en comparación con la que no tiene realimentación

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se

𝑑𝐴 𝐴 33

Ejemplo • Si un amplificador con ganancia de -1000 y realimentación de 𝛽 = − 0.1 experimenta un cambio de ganancia de 20% debido a la temperatura, calcule el cambio de la ganancia del amplificador realimentado. • SOLUCION •

𝑑𝐴𝑓 𝐴𝑓

≅

1 𝛽𝐴

𝑑𝐴 𝐴

=

1 −0.1 −1000

20%

= 0.2%

• La mejora es de 100 veces. Por consiguiente, en tanto que la ganancia del amplificador cambia a partir de 𝐴 = 1000 en 20%, la ganancia con realimentación lo hace a partir de 𝐴𝑓 = 100 en sólo 2% UNMSM-FIEE

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CIRCUITOS REALIMENTADOS PRÁCTICOS

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Realimentación de voltaje en serie • La figura muestra una etapa de un amplificador con FET con realimentación de voltaje en serie. Una parte de la señal de salida (𝑉𝑂 ) se obtiene con una red de realimentación de resistores 𝑅1 y𝑅2 . • El voltaje de realimentación 𝑉𝑓 se conecta en serie con la señal de la fuente 𝑉𝑆 , y su diferencia es la señal de entrada 𝑉𝑖 . Sin realimentación, la ganancia del amplificador es 𝑉0 𝐴= = −𝑔𝑚 𝑅𝐿 𝑉𝑖 UNMSM-FIEE

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Realimentación de voltaje en serie 𝑽𝑫𝑫 𝑹𝑫 𝑪𝑫

𝑹𝟏

+

𝑽𝒊 + 𝑽𝑺 −

−

+ 𝑽𝒇 −

𝑹𝟐

+ 𝑽𝟎 −

𝑹𝟎

Etapa de amplificador con FET con realimentación de voltaje en serie. UNMSM-FIEE

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Realimentación de voltaje en serie • Donde 𝑅𝐿 es la combinación en paralelo e los resistores: 𝑅𝐿 = 𝑅𝐷 𝑅0 𝑅1 + 𝑅2 • La red de alimentación proporciona un factor de realimentación de : 𝑉𝑓 −𝑅2 𝛽= = 𝑉𝑜 𝑅1 + 𝑅2 • Con los valores de 𝐴 𝑦 𝛽 anteriores en la ecuación , vemos que la ganancia con realimentación negativa debe ser: 𝐴 −𝑔𝑚 𝑅𝐿 𝐴𝑓 = = 1 + 𝛽𝐴 1 + 𝑅2 𝑅𝐿 Τ𝑅1 + 𝑅2 𝑔𝑚 • Si 𝛽𝐴 ≫ 1, tenemos: 1 𝑅1 + 𝑅2 𝐴𝑓 ≅ = − 𝛽 𝑅2 UNMSM-FIEE

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Ejemplo • Calcule la ganancia sin y con realimentación del circuito amplificador con FET y los siguientes valores del circuito: 𝑅1 = 80𝐾Ω, 𝑅2 = 20𝐾Ω , 𝑅𝑂 = 10𝐾Ω , 𝑅𝐷 = 10𝐾Ω y𝑔𝑚 = 4000𝜇𝑆 SOLUCION 𝑅 𝑅 𝑅𝐿 = 𝐷 0 = 𝑅1 +𝑅2

10𝐾Ω(10𝐾Ω) 10𝐾Ω+10𝐾Ω

= 5𝐾Ω

Haciendo caso omiso de la resistencia de 100𝐾Ω de 𝑅1 y 𝑅2 en serie se obtiene 𝐴 = −𝑔𝑚 𝑅𝐿 = − 4000 × 10−6 𝜇𝑆 5𝐾Ω = −𝟐𝟎 El factor de realimentación es −𝑅2 −20𝐾Ω 𝛽= = = −0.2 𝑅1 + 𝑅2 80𝐾Ω + 20𝐾Ω La ganancia con realimentación es 𝐴 −20 −20 𝐴𝑓 = = = = −4 1 + 𝛽𝐴 1 + (−0.2)(−20) 5 UNMSM-FIEE

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REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE Se muestra una conexión de realimentación de voltaje en serie que utiliza un amplificador operacional. La ganancia del amplificador operacional, A, sin realimentación, se reduce por el factor de realimentación: 𝑅2 𝛽= 𝑽𝑶 + 𝑅1 + 𝑅2 𝑽𝒊 −

+

Amplificador operacional

−

+ 𝑽𝑺

−

𝑹𝟏 +

𝑽𝒇 −

UNMSM-FIEE

Realimentación de voltaje en serie en una conexión de amplificador operacional.

𝑹𝟐

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Ejemplo

• Calcule la ganancia del amplificador del circuito para una ganancia del amplificador operacional de A =100,000 y resistencias 𝑅1 = 1.8𝐾Ω, 𝑅2 = 200Ω

SOLUCION 𝑅2 200Ω 𝛽= = = 0.1 𝑅1 + 𝑅2 200Ω + 1.8𝐾Ω 𝐴 100,000 100,000 𝐴𝑓 = = = = 9.9999 1 + 𝛽𝐴 1 + (0.1)(100,000) 10,001 Observe que como 𝛽𝐴 ≫ 1 1 1 𝐴𝑓 ≅ = = 10 𝛽 0.1 UNMSM-FIEE

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REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE El circuito en emisorseguidor proporciona realimentación de voltaje en serie. El voltaje de la señal 𝑉𝑆 es el voltaje de entrada 𝑉𝑖 . El voltaje de salida 𝑉𝑜 también es el voltaje de realimentación en serie con el voltaje de entrada.

+𝑽𝑪𝑪 𝑹𝑪 𝑹𝑩

+ + 𝑽𝑺 −

𝑽𝒊

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+ 𝑽𝒇 −

+ 𝑽𝟎

− 42

REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN SERIE El amplificador, como se muestra, opera con realimentación. La operación del circuito sin realimentación da como resultado 𝑉𝑓 = 0, de modo que ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐸 𝑉𝑂 ℎ𝑓𝑒 𝐼𝑏 𝑅𝐸 ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐸 𝑉𝑆 Τℎ𝑖𝑒 𝐴= = = = 𝑉𝑆 𝑉𝑆 𝑉𝑆 ℎ𝑖𝑒 𝑉𝑓 y𝛽 = =1 𝑉𝑜 La operación con realimentación resulta entonces que 𝐴𝑓 =

𝑉𝑂 𝑉𝑆

=

𝐴 1+𝛽𝐴

=

ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐸 Τℎ𝑖𝑒 1+(1)(ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐸 Τℎ𝑖𝑒 )

=

ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐸 ℎ𝑖𝑒 +ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐸

como ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐸 ≫ ℎ𝑖𝑒 𝐴𝑓 ≅ 1 UNMSM-FIEE

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REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN SERIE Otra técnica de realimentación es muestrear la corriente de salida 𝐼𝑂 y regresar un voltaje proporcional en serie con la entrada. Aun cuando eso estabiliza la ganancia del amplificador, la conexión de realimentación de corriente en serie incrementa la resistencia de entrada.

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REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN SERIE Otra técnica de realimentación es muestrear la corriente de salida 𝐼𝑂 y regresar un voltaje proporcional en serie con la entrada. Aun cuando eso estabiliza la ganancia del amplificador, la conexión de realimentación de corriente en serie incrementa la resistencia de entrada.

UNMSM-FIEE

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REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN SERIE Se muestra una sola etapa del amplificador con transistor. Como el emisor de esta etapa no está puenteado, tiene efectivamente realimentación de corriente en serie. La corriente a través del resistor 𝑅𝐸 produce un voltaje de realimentación opuesto a la señal de la fuente aplicada, de modo que el voltaje de salida 𝑉𝑂 se reduce. Para eliminar la realimentación de corriente en serie, hay que eliminar o puentear el resistor del emisor con un capacitor (que es lo que normalmente se hace)

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REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN SERIE Sin realimentación Recurriendo al formato básico tenemos

Las impedancias de entrada y salida son, respectivamente

UNMSM-FIEE

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REALIMENTACIÓN DE CORRIENTE EN SERIE Con realimentación

Las impedancias de entrada y salida se calculan

La

ganancia

UNMSM-FIEE

A

de

voltaje

con

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realimentación

es

48

REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN DERIVACIÓN El circuito con amplificador operacional de ganancia constante proporciona realimentación de voltaje en derivación. Recurriendo a las características del amplificador operacional 𝐼𝑖 = 0, 𝑉𝑖 = 0 y a la ganancia de voltaje infinita, tenemos

UNMSM-FIEE

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REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN DERIVACION

Amplificador con realimentación negativa de voltaje en derivación: (a) circuito de ganancia constante; (b) circuito equivalente.

UNMSM-FIEE

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REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN DERIVACIÓN La ganancia con realimentación es entonces

Ésta es una ganancia de resistencia de transferencia. La ganancia más usual es la ganancia de voltaje con realimentación

El circuito es un amplificador de voltaje en derivación que utiliza un FET sin realimentación, 𝑉𝑓 = 0

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REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN DERIVACIÓN

Amplificador con realimentación de voltaje en derivación que utiliza un FET: (a) circuito; (b) circuito equivalente UNMSM-FIEE

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REALIMENTACIÓN DE VOLTAJE EN DERIVACIÓN

La realimentación es

Con realimentación, la ganancia del circuito es

La ganancia de voltaje del circuito con realimentación es entonces

UNMSM-FIEE

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