La teoría de funcionamiento de un amplificador acoplado RC en electrónica.

La amplificación es un proceso de aumento de la intensidad de la señal aumentando la amplitud de una señal dada sin cambiar sus características. Un amplificador acoplado RC es parte de un amplificador de etapas múltiples en el que se conectan diferentes etapas de amplificadores mediante una combinación de una resistencia y un capacitor. Un circuito amplificador es uno de los circuitos básicos en electrónica.

Un amplificador basado completamente en el transistor se llama básicamente amplificador de transistor. La señal de entrada puede ser una señal de corriente, una señal de tensión o una señal de potencia. Un amplificador amplificará la señal sin cambiar sus características y la salida será una versión modificada de la señal de entrada. Las aplicaciones de los amplificadores son de una amplia gama. Se utilizan principalmente en instrumentos de audio y video, comunicaciones, controladores, etc.

Amplificador de emisor común de una sola etapa:

El diagrama de circuito de un amplificador de transistor de emisor común de una sola etapa se muestra a continuación:

Amplificador acoplado RC de emisor común de una sola etapa

Explicación de circuitos.

Un amplificador acoplado RC de emisor común de una sola etapa es un circuito amplificador simple y elemental. El propósito principal de este circuito es la preamplificación, que es hacer que las señales débiles sean lo suficientemente fuertes para una mayor amplificación. Si se diseña correctamente, este amplificador acoplado RC puede proporcionar excelentes características de señal.

El capacitor Cin en la entrada actúa como un filtro que se usa para bloquear el voltaje de CC y solo permite el voltaje de CA al transistor. Si un voltaje de CC externo llega a la base del transistor, cambiará las condiciones de polarización y afectará el rendimiento del amplificador.

Las resistencias R1 y R2 se utilizan para proporcionar la polarización adecuada al transistor bipolar. R1 y R2 forman una red de polarización que proporciona el voltaje base necesario para impulsar la región inactiva del transistor.

La región entre la región de corte y la región de saturación se denomina región activa. La región donde la operación del transistor bipolar está completamente apagada se llama región de corte y la región donde el transistor está completamente encendido se llama región de saturación.

Las resistencias Rc y Re se utilizan para reducir el voltaje de Vcc. La resistencia Rc es una resistencia de colector y Re es una resistencia de emisor. Ambos se seleccionan para que ambos caigan el 50% del voltaje Vcc en el circuito anterior. El condensador del emisor Ce y la resistencia del emisor vuelven a generar retroalimentación negativa para que el funcionamiento del circuito sea más estable.

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Amplificador de emisor común de dos etapas:

El siguiente circuito representa el amplificador de transistor de modo de emisor común de dos etapas donde la resistencia R se usa como carga y el capacitor C se usa como elemento de acoplamiento entre las dos etapas del circuito amplificador.

Amplificador acoplado RC de emisor común de dos etapas
Amplificador acoplado RC de emisor común de dos etapas

Explicación de circuitos:

Cuando la entrada de CA. la señal se aplica a la base del transistor del 1S t etapa del amplificador acoplado RC, desde el generador de funciones, luego se amplifica a través de la salida de la 1ra etapa. Este voltaje amplificado se aplica a la base de la siguiente etapa del amplificador, a través del capacitor de acoplamiento Cout, donde se amplifica aún más y reaparece a través de la salida de la segunda etapa.

Así, las etapas sucesivas amplifican la señal y la ganancia general se lleva al nivel deseado. Se puede obtener una ganancia mucho mayor conectando sucesivamente varias etapas amplificadoras.

El acoplamiento de resistencia-capacitancia (RC) en amplificadores se usa más ampliamente para conectar la salida de la primera etapa a la entrada (base) de la segunda etapa y así sucesivamente. Este tipo de acoplamiento es el más popular porque es económico y proporciona una amplificación constante en un amplio rango de frecuencias.

Transistor como amplificadores

Al conocer los diversos circuitos para amplificadores acoplados RC, es importante saber fundamentos de transistores como amplificadores. Las tres configuraciones de transistores bipolares comúnmente utilizadas son transistores de base común (CB), transistores de emisor común (CE) y transistores de colector común (CE). Además de los transistores, los amplificadores operacionales también se pueden utilizar con fines de amplificación.

  • emisor común La configuración se usa comúnmente en la aplicación de amplificadores de audio porque el emisor común tiene una ganancia positiva y también mayor que la unidad. En esta configuración, el transmisor está conectado a tierra y tiene una alta impedancia de entrada. La impedancia de salida será media. La mayoría de estos tipos de aplicaciones de amplificadores de transistores se usan comúnmente en comunicaciones de RF y comunicaciones de fibra óptica (OFC).
  • La configuración de línea de base común tiene una ganancia inferior a la unidad. En esta configuración, el colector está conectado a tierra. Tenemos baja impedancia de salida y alta impedancia de entrada en configuración de base común.
  • colector común La configuración también se conoce como seguidor de emisor porque la entrada aplicada al emisor común aparece a través de la salida del colector común. En esta configuración, el colector está conectado a tierra. Tiene baja impedancia de salida y alta impedancia de entrada. Tiene una ganancia casi igual a la unidad.
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Parámetros básicos de un amplificador de transistor

Debemos tener en cuenta las siguientes especificaciones antes de elegir el amplificador. Un buen amplificador debe tener todas las siguientes especificaciones:

  • Debe tener una alta impedancia de entrada.
  • Debe tener una gran estabilidad.
  • Debe tener una gran linealidad.
  • Debe tener alta ganancia y ancho de banda.
  • Debe tener un alto rendimiento.

Banda ancha :

El rango de frecuencias que un circuito amplificador puede amplificar adecuadamente se conoce como el ancho de banda de ese amplificador en particular. La siguiente curva representa la respuesta de frecuencia del amplificador acoplado RC de una sola etapa.

Respuesta de frecuencia acoplada RC
Respuesta de frecuencia acoplada RC

La curva que representa la variación de la ganancia de un amplificador con la frecuencia se denomina curva de respuesta en frecuencia. El ancho de banda se mide entre los puntos de media potencia inferior y media potencia superior. El punto P1 es respectivamente la media potencia inferior y P2 la media potencia superior. Un buen amplificador de audio debe tener un ancho de banda de 20 Hz a 20 kHz porque ese es el rango de frecuencia audible.

Ganar:

La ganancia de un amplificador se define como la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada. La ganancia se puede expresar en decibelios (dB) o en números. La ganancia representa qué tan bien un amplificador puede amplificar una señal que se le da.

La siguiente ecuación representa una ganancia en números:

G = puchero/alfiler

donde Pout es la potencia de salida de un amplificador

El pin es la potencia de entrada de un amplificador.

La siguiente ecuación representa la ganancia en decibelios (DB):

Ganancia en DB= 10log (Pout/Pin)

La ganancia también se puede expresar en voltaje y corriente. La ganancia de voltaje es la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada y la ganancia de corriente es la relación entre la corriente de salida y la corriente de entrada. La ecuación de ganancia de voltaje y corriente se muestra a continuación.

Ganancia de voltaje = voltaje de salida / voltaje de entrada

Ganancia de corriente = corriente de salida / corriente de entrada

Alta impedancia de entrada:

La impedancia de entrada es la impedancia que ofrece un circuito amplificador cuando se conecta al Fuente de voltaje. El amplificador de transistor debe tener una alta impedancia de entrada para evitar que cargue la fuente de voltaje de entrada. Entonces esta es la razón por la cual el amplificador tiene una alta impedancia.

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Ruido:

El ruido se refiere a fluctuaciones o frecuencias no deseadas presentes en una señal. Podría deberse a la interacción entre dos o más señales presentes en un sistema, fallas de componentes, fallas de diseño, interferencia externa o quizás algunos componentes utilizados en el circuito amplificador.

Linealidad:

Se dice que un amplificador es lineal si existe una relación lineal entre la potencia de entrada y la potencia de salida. La linealidad representa la planitud de la ganancia. En la práctica, no es posible lograr una linealidad del 100 % porque los amplificadores utilizan dispositivos activos como BJT, JFET o MOSFET, que tienden a perder ganancia a altas frecuencias debido a la capacitancia parásita interna. Además, los condensadores de desacoplamiento de CC de entrada definen una frecuencia de corte más baja.

Eficiencia:

La eficiencia de un amplificador representa la eficiencia con la que un amplificador puede utilizar la fuente de alimentación. Y también mide la cantidad de energía de la fuente de alimentación que se convierte de manera rentable en la salida.

La eficiencia generalmente se expresa como un porcentaje y la ecuación de eficiencia viene dada por (Pout/Ps) x 100. Donde Pout es la potencia de salida y Ps es la potencia extraída de la fuente de alimentación.

Un amplificador de transistores de clase A tiene una eficiencia del 25% y ofrece una excelente reproducción de la señal, pero la eficiencia es muy baja. El amplificador de clase C tiene una eficiencia de hasta el 90%, pero la reproducción de la señal es deficiente. La clase AB se encuentra entre los amplificadores de clase A y clase C, por lo que se usa comúnmente en aplicaciones de amplificación de audio. Este amplificador tiene una eficiencia de hasta el 55%.

Velocidad de escaneo:

La velocidad de respuesta de un amplificador es la velocidad máxima de cambio de salida por unidad de tiempo. Representa qué tan rápido puede cambiar la salida de un amplificador en respuesta a un cambio en la entrada.

Estabilidad:

La estabilidad es la capacidad de un amplificador para resistir oscilaciones. Normalmente, los problemas de estabilidad surgen durante operaciones de alta frecuencia, cercanas a los 20 kHz en el caso de los amplificadores de audio. Las oscilaciones pueden ser de amplitud alta o baja.

Espero que este tema básico pero importante de los proyectos electrónicos haya sido cubierto con suficiente información. Aquí hay una pregunta simple para usted: ¿Para qué se usa una configuración de colector común y por qué?

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