Amplificadores realimentados

Tema 4

TEMA 4 Amplificadores realimentados

4.1.- Introducción La realimentación (feedback en inglés) negativa es ampliamente utilizada en el diseño de amplificadores ya que presenta múltiples e importantes beneficios. Uno de estos beneficios es la estabilización de la ganancia del amplificador frente a variaciones de los dispositivos, temperatura, variaciones de la fuente de alimentación yenvejecimiento de los componentes. Otro beneficio es el de permitir al diseñador ajustar la impedancia de entrada y salida del circuito sin tener que realizar apenas modificaciones. La disminución de la distorsión y el aumento del ancho de banda hace que la realimentación negativa sea imprescindible en amplificadores de audio y etapas de potencia. Sin embargo, presenta dos inconvenientes básicos.En primer lugar, la ganancia del amplificador disminuye en la misma proporción con el aumento de los anteriores beneficios. Este problema se resuelve incrementando el número de etapas amplificadoras para compensar esa pérdida de ganancia con el consiguiente aumento de coste. El segundo problema está asociado con la realimentación al tener tendencia a la oscilación lo que exige cuidadosos diseñosde estos circuitos.
Mezclador Xs Señal de salida Xo =A•X i RL Xf=ß•Xo Red de realimentación ß

+ –

Xs -X f=Xi

Señal de entrada

Amplificador Básico A

Figura 4.1. Diagrama de bloques de un circuito realimentado.

4.2.- Teoría básica de realimentación La figura 4.1 describe el diagrama de bloques de un circuito realimentado constituido por un amplificador básico, una red derealimentación y un circuito mezclador o comparador. La señal de entrada Xs es restada en el mezclador con la señal Xf la cual es proporcional en un factor de transmisión ß a la señal de salida Xo realimentada a través de la red de realimentación (Xf=ßXo). La señal que llega al amplificador básico Xi es Xs-Xf. La denominación de realimentación negativa se debe a que el amplificador básico amplifica la señalde entrada restada con una parte de la señal de salida. La ganancia del amplificador realimentado Af se define

I.S.B.N.: 84-607-1933-2 Depósito Legal: SA-138-2001

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Electronica Básica para Ingenieros

Af =

Xo Xs

(4.1)

pero como Xi=Xs-Xf, A=Xo/Xi y ß=Xf/Xo, fácilmente se comprueba que Af = A 1+ ˚A

(4.2)

La ganancia del amplificador realimentado Af es la ganancia delamplificador básico A dividida por el factor de desensibilidad D=1+ßA. La realimentación negativa se produce cuando ßA>0, luego Af < A ya que D>1. La realimentación positiva se produce cuando ßA>1, la ecuación 4.2 se puede simplificar en A 1 = ˚ ˚A >>1 ˚ A ≈

Af

(4.5)

Los peores enemigos de la estabilidad suelen ser los elementos activos (transistores). Si la red de realimentacióncontiene solamente elementos pasivos estables se logra una alta estabilidad si se verifica la ecuación 4.5. 4.2.2.- Reducción de la distorsión La realimentación negativa en amplificadores reduce las características no lineales del amplificador básico y, por consiguiente, reduce su distorsión. Como ejemplo, en la figura 4.2.a se muestra la característica de transferencia en tensión no-lineal de unamplificador que presenta dos ganancias A1 y A2. La aplicación de una realimentación negativa reduce fuertemente esa distorsión tal como se describe en la figura 4.2.b. Más aún, si se verifica ßA1,ßA2>>1, entonces la ecuación 4.5 indica que la distorsión puede ser eliminada al ser independiente de la ganancia del amplificador.
Xo A2 A1 A1 A2 a) Xi A2f A1f A1f Xs Xo A2f

b)

Figura 4.2. a) VTC delamplificador básico. b ) VTC del amplificador realimentado.

4.2.3.- Producto ganancia-ancho de banda Una de las características más importantes de la realimentación es el aumento del ancho de banda del amplificador que es directamente proporcional al factor de desensibilización 1+ßA. Para demostrar esta característica, consideremos un amplificador básico que tiene una frecuencia de corte...