Electrónica: Sistemas, Señales, Errores (página 3)

32 Figura 1.34. Para evitar reflexiones, la resistencia de entrada del amplificador Ri deberá ser igual a la resistencia característica Zo de la línea de transmisión. Señal que se desplaza hacia el amplificador Línea de transmisión de impedancia característica Z0

Reflexión si Ri ? Z0 Aplicaciones que requieren una impedancia determinada A alta frecuencia y con señales de frentes abruptos, es necesario que Zi, Zcarga y Zo (Impedancia característica de la línea de transmisión)sean iguales. (Ejemplo: Zo=52 ohmios, Zo=75 ohmios)

33 AMPLIFICADORES IDEALES Amplificador ideal de tensión Fuente de tensión controlada por tensión Zi= infinita Zo=0 [µ]= adimensional b) Amplificador ideal de corriente Fuente de corriente controlada por corrinte Zi= 0 Zo=infinita [ß]= adimensional

34 AMPLIFICADORES IDEALES (CONT) c) Amplificador ideal de transconductancia Fuente de corriente controlada por tensión Zi= infinita Zo=infinita [gm]= admitancia (transconductancia) d) Amplificador ideal de transresistencia Fuente de tensión controlada por corriente Zi= 0 Zo=0 [rm]= resistencia

35 AMPLIFICADORES REALES Impedancias de entrada y salida Tensión de desviación con entradas nulas Distorsiones no lineales Respuesta frecuencial: La ganancia de los amplificadores no es una constante, sino que depende de la frecuencia. Es una función compleja Distorsión en amplitud Distorsión de fase

36 RESPUESTA FRECUENCIAL DE LOS AMPLIFICADORES Las señales procesadas por los dispositivos electrónicos, casi nunca son senoidales. Si son periódicas, aplicando Fourier pueden tratarse como sumas de componentes senoidales de varias frecuencias. Si el sistema es lineal puede aplicarse el principio de superposición. Los amplificadores reales no tienen la misma ganancia a las diferentes frecuencias. Es necesario diseñarlos para que respondan adecuadamente a las frecuencias que se van a utilizar

37 RESPUESTA FRECUENCIAL DE LOS AMPLIFICADORES (CONT) CONCEPTO DE GANANCIA COMO FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA.- GANANCIA COMPLEJA La ganancia de un amplificador real no es una constante. Mas bien depende de la frecuencia de trabajo. Si aplicamos a un amplificador una señal de entrada senoidal de amplitud constante y frecuencia variable, comprobaremos que la salida, tiene una amplitud y un desfase respecto de la señal de entrada diferente, según el barrido de frecuencia que hagamos, por tanto en régimen periódico y funcionamiento lineal del A.O, podemos decir que la ganancia es una “función compleja” de la frecuencia.

38 Figura 1.35. Onda cuadrada periódica y la suma de los primeros cinco términos de su serie de Fourier. (a) Onda cuadrada (b) Serie de Fourier (normalizada a la amplitud A)

39 Figura 1.36. Ganancia en función de la frecuencia. Región de baja frecuencia

Frecuencias medias Región de alta frecuencia

Frecuencias medias Región de alta frecuencia

(a) Amplificador acoplado en alterna

(b) Amplificador acoplado en continua

Amplificadores acoplados en continua y en alterna.Respuesta frecuencial

40 Amplificadores acoplados en continua y en alterna.Respuesta frecuencial Frecuencia inferior de corte Frecuencia superior de corte Anchura de banda La anchura de banda de los amplificadores es una de las causas de la distorsión de la señal de salida respecto de la de la entrada. (Imagine una señal cuadrada de 15 Khz, aplicada a un amplificador con anchura de banda de 20 Khz)

41 Figura 1.37. El acoplamiento capacitivo previene que una componente continua de entrada afecte a la primera etapa, que las tensiones continuas de la primera etapa alcancen la segunda etapa, y que las tensiones continuas de la segunda etapa alcancen la carga. Condensador de acoplamiento de entrada Condensador de acoplamiento entre etapas Condensador de acoplamiento de salida La fuente de señal puede incluir una componente continua

Primera etapa del amplificador

Segunda etapa del amplificador

Acoplamiento en alterna y acoplamiento en continua Ventajas e inconvenientes: El acoplamiento en alterna no permite procesar señales que varían muy lentamente

42 Figura 1.38. Un condensador en paralelo con la trayectoria de la señal y una bobina en serie con la trayectoria de la señal, reducen la ganancia en la región de alta frecuencia.

Inductancia parásita del cableado Capacidades parásitas de los cables o los dispositivos Circuitos del amplificador Respuesta frecuencial de amplificadores (cont): La región de alta frecuencia

43 Figura 1.39. Ganancia en función de la frecuencia para un amplificador típico; se muestran las frecuencias de corte superior e inferior (fH y fL ) (3-dB), y el ancho de banda B. Respuesta frecuencial de amplificadores (cont):Frecuencias de corte inferior y superior Amplificadores de banda ancha Amplificadores de banda estrecha o pasabanda Amplificadores sintonizados

44 Figura 1.40. Magnitud de la ganancia en función de la frecuencia para un amplificador típico de banda estrecha. Respuesta frecuencial de amplificadores (cont):Amplificadores pasa-banda Interesa limitar la anchura de banda de los amplificadores a la estrictamente necesaria, par evitar amplificar señales parásitas (ruido…problemas de inestabilidad y de auto-oscilaciones)

45 Figura 1.41. Escalón de entrada y salida típica de un amplificador de banda ancha acoplado en alterna. (Gp:) (a) Entrada (Gp:) (b) Salida (Gp:) Pico (Gp:) Oscilaciones transitorias (Gp:) Parte superior del escalón inclinada (Gp:) Los flancos anterior y posterior no son instantáneos

Respuesta frecuencial de amplificadores (cont):Respuesta a un escalón

46 Figura 1.42. Tiempo de subida de la salida. (Nota: No se muestra ninguna inclinación en la parte superior del escalón. Cuando se presenta una inclinación, es preciso un cierto análisis adicional para estimar la amplitud de Vf. (Gp:) La amplitud final es Vf

Respuesta a un escalón de un filtro pasa-bajos de 2° orden Tiempo de subida Tiempo de establecimiento Máximo sobre-impulso …..

47 Figura 1.43. Amplificador diferencial con sus señales de entrada. Terminal de entrada no inversor Terminal de entrada inversor Amplificador diferencial AMPLIFICADORES DIFERENCIALES Dos entradas y una salida En el A.D. Ideal, la salida nada mas depende de la diferencia de las dos entradas

48 AMPLIFICADORES DIFERENCIALES Dos entradas y una salida PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

¿POR QUÉ DOS ENTRADAS? NECESIDAD DE AMPLIFICAR SEÑALES DE AMPLITUD MUY PEQUEÑA EN PRESENCIA DE DE FUENTES DE RUIDO.

Si en la entrada del amplificador de una única entrada tenemos superpuesta una señal indeseable (ruido), la única forma posible de minimizar el efecto es mediante filtrado.

Si tenemos una “fuente de señal diferencial “y un amplificador diferencial (con dos entradas), algunas fuentes de ruido pueden eliminarse completamente

49 AMPLIFICADORES DIFERENCIALES (CONT) Dos entradas y una salida PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA (CONT):

¿POR QUÉ DOS ENTRADAS? NECESIDAD DE AMPLIFICAR SEÑALES DE AMPLITUD MUY PEQUEÑA Y VARIACIONES MUY LENTAS.

Ejemplos típicos: Transductores para medir dilataciones en vigas, puentes, transductores para medir varaciones de temperatura respecto a una de referencia. Vibraciones mecánicas de baja frecuencia

50 Figura 1.44. Se pueden reemplazar las fuentes de entrada vi1 y vi2 por las fuentes equivalentes vicm y vid. SEÑAL DE ENTRADA EN MODO COMÚN Y SEÑAL DEENTRADA EN MODO DIFERENCIAL