Sistema Multietapa

7/22/2019 Sistema Multietapa

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EL AMPLIFICADOR MULTIETAPA

Cuando nos referimos a un amplificador, estamos hablando de un circuito capaz de procesar las sealesde acuerdo a la naturaleza de la aplicacin. El amplificador sabr extraer informacin de toda seal, detal manera, que permita mantener o mejorar las caractersticas del sensor o transductor utilizado para

nuestra aplicacin. Por ejemplo: Si nuestra aplicacin est inmersa en algn tipo de ruido, elamplificador no deber amplificar el ruido, es ms, debe atenuarlo de toda la seal y/o del medioimperante. La tarea se deber realizar sin distorsionar la seal, sin perder informacin, ni inteligencia.Un criterio universal al plantearse el diseo de un amplificador, consiste en, seleccionar la primera etapade este como un pre amplificador, es decir, como un amplificador que permita preparar adecuadamentela fuente de seal para ser posteriormente procesada y amplificada. Una segunda etapa, consistirnetamente en obtener amplificacin de o las variable involucradas. En muchos casos, y con el fin deevitar niveles de saturacin, se reserva ms de una etapa para esta tarea. Por regla general, la etapa finalser exclusivamente una etapa de potencia. Esta etapa, es en realidad la que permite la materializacinde nuestra aplicacin en un ambiente completamente ajeno a las pequeas seales. Comnmente, es unambiente industrial, agroindustrial, del mbito de la medicina o simplemente un ambiente bajo eldominio de la electrnica de consumo. No debe dejarse de lado, el hecho de que las etapas iniciales yfinales, tambin son las responsables de las caractersticas de impedancia que ofrecer nuestro

amplificador.En sntesis, un amplificador no es un sistema simple de anlizar y disear. Es un sistema complejo, perocon notables facilidades para el diseador, si este ha logrado una buena metodologia en el marcoteorico - practico de los circuitos electrnicos elementales.

Para la interconexin de las etapas se debe tener en cuenta la relacin entre la ganancia y el anchode banda, cuyo producto es constante.

TIPOS DE ACOPLAMIENTOEn cuanto al dispositivo que utilicemos para interconectar las etapas, nos permitir definir el tipo deacoplamiento a utilizar. Los dispositivos usuales de acoplamiento son: Cable, condensador, ytransformador.

ACOPLAMIENTO DIRECTOConsiste bsicamente en interconectar directamente cada etapa mediante un cable. Presenta buenarespuesta a baja frecuencia. Tpicamente se utilizan para interconectar etapas de emisor comn conotras de seguidor de emisor.

Ejemplo:


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La etapa 1, se disea segn los criterios ya vistos, por lo tanto, conocemos el punto de operacin paracada una de las variables del circuito. Para disear la segunda etapa se debe considerar:

ACOPLAMIENTO CAPACITIVOPermite desacoplar los efectos de polarizacin entre las etapas. Permite dar una mayor libertad aldiseo.Pues, la polarizacin de una etapa no afectar a la otra. En AC:

ACOPLAMIENTO POR TRANSFORMADORMuy popular en el dominio de las radiofrecuencias (RF). Seleccionando la razn de vueltas en eltransformador permite lograr incrementos de tensin o de corriente.


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Podemos utilizar:

CONFIGURACIN DARLINTONGCorresponde a dos etapas seguidor emisor. Presenta alta impedancia de entrada, adems produce unefecto multiplicativo sobre la corriente de emisor de la etapa final.

Sea el siguiente circuito y su equivalente en continua:

AMPLIFICADOR DIFERENCIALSe define as, a la configuracin amplificadora en que la seal de salida corresponde a la diferencia entredos seales de entrada:


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En un amplificador ideal, las salidas deben cumplir lo siguiente:

En un amplificador real, la salida es:

Nota:

AdGanancia en Modo Diferencial.

AcGanancia en Modo Comn.

Para que un amplificador diferencial slo responda a la entrada diferencial, lgicamente debe ocurrir:Ad >>Ac.

Se defineRazn de Rechazo en Modo Comn a la cantidad:

En la prctica,RRMC mide la calidad del amplificador diferencial.

MEDICION DE LOS PARAMETROS

Notar que si en V01 ocurre: Vi1=Vi2=Vi, entonces:

Notar que si en V01 las entradas se presentan en desfase de 180, entonces V01=2AdVi2, luego:

CONFIGURACIONSi los parmetros de circuito y de los transistores para cada etapa, son idnticos, entonces para idnticaseal de entrada la seal Vo debe ser nula. Lo cual se conoce como: circuito balanceado.


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Con ambos transistores iguales:

Finalmente:

En la prctica lo que se desea es que laIE sea independiente de los transistores y de valor constante.Tambin se desear queRE sea lo ms grande posible. Cumpliendo lo anterior se obtendr una RRMCde valor alto y con ello, una respuesta diferencial ms prxima al ideal de diferencia. A continuacindemostraremos que un gran valor de RE, mejora la respuesta de un amplificador diferencial.

Solucin:

Si la calidad del amplificador, se mide segn el parmetroRRMC, entonces:


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Entonces:

En Modo Comn:

Del circuito:

Luego:

Por malla de entrada:

Por lo tanto:

En Modo Diferencial:


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Dado que ambas seales estn desfasadas entre s, entonces: ib1=.ib2y ie1=-1e2, luego:

iet=0,

Obtenindose:

Finalmente:

Observando que:

Entonces:

Lgicamente, mientras mayor resulte RE, tanto mayor, ser la RRMC y mejorar notablemente lacalidad del amplificador diferencial.

En la prctica es difcil lograr el requisito anterior, debido a:- Dificultad en integrar altos valores para RE- Si aumenta RE, tambin debe aumentar la polarizacin VBB (para mantener fijo el punto de trabajoIEQ).

El problema se resuelve, si reemplazamos RE por un circuito que proporcione una fuente de corrienteconstante.

El siguiente circuito cumple lo anterior


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Es caracterstica de la regin de baja frecuencia su frecuencia de corte inferior, denotada porfL.Anlogamente, la regin de alta frecuencia, es parametrizada por su frecuencia de corte superior,denotada porfH.

Se define: Ancho de banda BW a la diferencia aritmtica entre ambas frecuencias de corte. En laprctica,BW es equivalente afH.

Para evaluar la respuesta en frecuencia de un amplificador monoetapa, supongamos el siguientecircuito:

La zona de baja frecuencia depende de los condensadores Cc y Ce.En cambio, el rea de alta frecuencia depender de las capacidades internas que presenta cadatransistor.

Un modelo de transistor (TBJ) que representa dichas caractersticas es el modelo: hbrido.

CEs la capacidad de salida en base comn, con la entrada en circuito abierto (Ie=0)CRepresenta en gran medida la capacidad de difusin en el emisor y tambin a la capacidad por la

juntura E.rx Es la resistencia que modela las cadas de tensin transversales en la base de todo transistor bipolar.rEs la resistencia equivalente de la base.

Lgicamente, en baja frecuencia Cy Cequivalen a un circuito abierto, razn por la cual, el circuitohbrido ser:

De lo anterior, es posible disear los valores de Cc y Ce. Procedimiento:


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Debido a que fL depende de ambos condensadores, la ganancia (funcion de transferencia salida v/sentrada), ser una funcin de 2 orden. Se puede simplificar tal que, supondremos que fL depende slode una de las capacidades, considerando la otra mucha mayor, es decir:

Luego la ganancia para el tramo de baja frecuencia (filtro pasa alto) ser de la forma:

Para obtener la frecuencia del polo basta hacer nulo el denominador, es decir:

Se concluye que para obtener la frecuencia del polo y con ello el valor del condensador, bastar hacernula la admitancia total vista por dicho elemento.

DETERMINACIN DE fH

Para el mismo circuito monoetapa, su equivalente en alta frecuencia ser:

Notar que:RTH>>Ri

Esto es posible, debido a que en alta frecuencia la Ri de los generadores de seal, es por norma: 50].

RTH>> rx + r

Entonces:


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Sea: R`i =Ri + rx , entonces:


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Lo cual representa un slo polo. A la inversa, utilizando la funcin de transferencia, podemos deducirun circuito equivalente, resultando:

Finalmente, para calcular wH:


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En una multietapa se debe cumplir

Dnde:Rj, Es la resistencia vista por el condensador j-simo con todas las dems capacidades en circuito

abierto.Cj Puede ser la capacidad Co Cde la etapa que est bajo el anlisis. Es fcil deducir, cual de ambas

corresponde.

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