Ampllficadores operacionales de transconductancia

Federico Miyara Los amplificadores operacionales de transconductancia son amplificadores operacionales cuya salida, en lugar de ser una fuente de tensión de baja impedancia como en los amplificadores operacionales convencionales, es una fuente de corriente de alta impedancia, controlada mediante tension diferencial de entrada. La ganancia de trasconductancia Gm puede a su vez programarse pormedio de una corriente IABC (amplifier bias current) inyectada en un terminal apropiado. En la figura se muestra el diagrama de circuito esquemático del LM13600.

Figura 1. Circuito esquemático de un amplificador a transconductancia LM13600

La posibilidad de programar la transconductancia permite dos tipos de aplicaciones. En el primer grupo están comprendidas aquellas aplicaciones en las cualesse debe optimizar alguna especificación (ruido, corrientes de polarización, resistencias de entra-

da y salida, etc.). En el segundo grupo se incluyen dispositivos de tipo paramétrico o controlado, como amplificadores de ganancia controlada por tensión, filtros controlados, osciladores controlados, resistencias controladas, etc. Este segundo tipo de aplicaciones es difícil de implementar conamplificadores operacionales tradicionales, o aún con los de tipo programable, como el LM4250. En estos últimos, si bien la transconductancia de la primera etapa puede programarse, dicha transconductancia se manifiesta como una ganancia de tensión que puede programarse hasta cierto punto por medio de la corriente de programación. Pero como dicha ganancia de tensión es muy elevada, es necesariorealimentar el amplificador, con lo cual el comportamiento se vuelve insensible al control que pueda ejercerse sobre la ganancia a lazo abierto. un aspecto novedoso y significativo de los amplificadores a trasconductancia es que pueden ser utilizados a lazo abierto. Ello se debe a que, según veremos, la trasconductancia es mucho más predecible que la ganancia de tensión. Analizaremos el funcionamientodel LM13600, y posteriormente veremos sus aplicaciones.

1. Teoría del funcionamiento del LM13600 1.1. Teorla elemental Haremos primeramente un enfoque elemental de la operación de este dispositivo. Dejaremos para mas adelante la consideracion de los diodos formados por T3 y T4, así que supondremos por ahora que ID = 0. La etapa diferencial de entrada está conformada por los transistores T1, yT2. Al aplicar una tensión diferencial vd entre sus bases, se produce un desbalance en sus corrientes de colector aproximadamente proporcional a vd: Ic2 − Ic1 = gm vd (1)

Los transistores T9, T10, y T11 constituyen un espejo de corriente de precisión, que reproducen en el colector de T11 la corriente Ic1. Esta corriente es a su vez reproducida por otro espejo de precisión formado por T15, T16 yT17, sobre el colector de T16. Por otra parte, la corriente Ic2 es reproducida sobre el colector de T14 por un tercer espejo que integran T12, T13 y T14. La corriente de salida lo resulta entonces Io = Ic14 − Ic16, es decir Io = Ic2 − Ic1 = gm vd. (2)

Esta estructura tiene dos finalidades. En primer lugar, provee una carga perfectamente simétrica para la etapa diferencial. Ello no sucede en laconfiguración clásica en la cual el diferencial esta cargado con la entrada y la salida de un único espejo, ya que la entrada está a un potencial prácticamente fijo (una caída base emisor por debajo de la alimentación), mientras que la salida es flotante. La segunda finalidad es independizar el potencial de salida de la tensión a modo común de la entrada. En la configuración mencionada, la salidaestá restringida a valores por encima de la tensión de modo común. ara hacer más versátil al dispositivo, se ha agregado un seguidor Darlington formado por T18 y T19, necesario en las aplicaciones en las cuales se requiere reproducir la tensión a la salida sin cargar a ésta.

La polarización del circuito se consigue mediante un nuevo espejo de precisión constituido por T5, T6, y T7, que toma...