Amplificaci贸n.
El termino de ganancia de una amplificador se refiere al concepto de elevar la tensi贸n de entrada de un amplificador y obtener a la salida una tensi贸n superior.
La ganancia de tensi贸n de un amplificador se define como la tensi贸n alterna de salida dividida por la tensi贸n alterna de entrada.
Existen tambi茅n ganancias en corriente y en potencia como veremos m谩s adelante. El esquema b谩sico de un amplificador de tensi贸n est谩 representado por el siguiente diagrama:
El generador vg de tensi贸n variable con su resistencia interna aplica a la entrada del amplificador la se帽al que a la salida del mismo se amplificar谩 y reproducir谩 en la resistencia de carga. De este esquema podemos deducir que la resistencia de entrada es la relaci贸n entre la tensi贸n y la corriente de entrada. Adem谩s la resistencia de salida es la relacci贸n entre los valores de la tensi贸n y corriente de salida cuando la carga est谩 desconectada y el valor de entrada del generador es nula.
Tanto la resistencia de entrada y salida tienen una importancia alta en el dise帽o de amplificadores, ya que junto con la resistencia del generador y la carga, condicionan el valor de la ganancia del amplificador.
Pero tambi茅n existen otros valores importantes a la hora de dise帽ar un amplificador como el la transconductancia, que es relaci贸n entre la corriente de salida y la tensi贸n de entrada al amplificador; y la transresistencia que es la relacci贸n entre la tensi贸n de salida y la corriente de entrada.
Gm = i2 ÷ v1
Rm = v2 ÷ i2
Ganancia en decibelios.
En un amplificador el nivel sonoro se mide en decibelios. Pero tambi茅n se suele utilizar esta medida para expresar la ganancia en un amplificador. Recuerda que la ganancia de potencia en un amplificador viene definida como la ganancia de tensi贸n por la ganancia de intensidad del mismo.
Ap = Av x ai
Pero claro est谩, esta ganancia se puede expresar como la diferencia de la ganancia de salida entre la de entrada:
Ap = Psalida ÷ Pentrada
Como el decibelio (dB) es una d茅cima parte del b茅lio, se puede sacar la relaci贸n en forma de ecuaci贸n logar铆tmica:
La ganancia de potencia en decibelios se expresa mediante ap en min煤scula para no confundirla con la ganancia de potencia del amplificador.
Las ganancias de tensi贸n y corriente tambi茅n se pueden expresar en decibelios:
av = 20 logAv
La ganancia en decibelios en tensi贸n puedes ver que es un tanto diferente a la ganancia en decibelios de potencia por el factor logar铆tmico de los valores de las componentes.
Amplificador de tensi贸n.
Un amplificador puede operar como un circuito equivalente como el de la siguiente imagen:
La entrada se comporta como una resistencia conectada entre los terminales de entrada. La salida es un generador que proporciona una tensi贸n de acuerdo a su propia resistencia interna.
Un amplificador ideal es aqu茅l que tiene una resistencia de entrada infinita y una resistencia de salida de valor cero. Solo en este caso se cumplir铆a que:
En donde vvo es la ganancia de tensi贸n del amplificador y Avg = v2 ÷ vg. TAmbi茅n se cumple la igual Av = Avo, cuando un amplificador de tensi贸n no ideal conduce en vacio, es decir cuando la resistencia de carga es infinito.
Lo ideal de un amplificador de tensi贸n para que no produzca perdidas es que la resistencia de entrada sea elevada respecto a la del generador, y que la resistencia de salida sea peque帽a respecto al valor de la resistencia de carga. en la pr谩ctica se cumpliran las siguiente inecuaciones:
v1 < vg; Avg < Av < Avo
Amplificador de corriente.
Apoyandonos en el teorema de Norton, podemos sustituir cualquier amplificador de corriente por su circuito equivalente:
El generador de entrada se ha sustituido por el Norton equivalente con el fin de apreciar las p茅rdidas de corriente. Un amplificador de corriente ideal es aquel que tiene una resistencia de entrada nula y una resistencia de salida de valor infinito.
En este caso se cumple que:
Donde Aicc es la ganancia de corriente del amplificador y Aig = i1 ÷ ig.
La igualdad Ai = AAicc tambi茅n es v谩lida cuando la resistencia de carga vale cero, aunque el amplificador no sea ideal. En un elemento amplificador de corriente ideal, la resistencia de entrada debe de ser lo m谩s peque帽a posible respecto a la del generador de la se帽al (Re << R), y la resistencia de salida ha de ser grande respecto a la resistencia de carga (Rs >> R), para que la ganancia del circuito sea aproximadamente a la del elemento amplificador. A pesar de ello la relaci贸n entre ganancias vien dado por:
Amplificador de transconductancia.
En un elemento de estas caracter铆sticas, la corriente de salida es proporcional a la tensi贸n de entrada. La magnitud que desigan esta condici贸n se llama transconductancia y se representa mediante Gmcc. Se mide en mhos o en siemens, unidades inversas a las resistencias.
En la figura siguiente se muestra un amplificador de transconductancia.
El amplificador en transconductancia ideal es aquel que tiene resistencia de entrada y salida infinitas. El amplificador real es aquel que debe de tener resistencia de entrada y salida cuyo valores sean elevados respecto a las resistencias de fuente y de carga:
Amplificador en transresistencia.
Basicamente es un amplificador que proporciona una tensi贸n proporcional a la corriente que circula por la entrada. Rmo es la transresistencia del elemento amplificador.
En la siguiente figura se puede ver un amplificador en esa configuraci贸n. El elemento ideal de amplificador transresistencia es aquel que tiene resistencia de entrada y salida nulas.
Caracter铆stica de transferencia.
La caracter铆stica de transferencia es la relaci贸n que representa los valores de magnitud amplificada en funci贸n de la magnitud a amplificar (salida respecto a la entrada). Se expresa en forma de funci贸n y = Kx, donde K es la ganancia o factor de amplificaci贸n.
La ganancia de transferencia est谩 relacionada con los elementos amplificadores. Un amplificador ideal coinciden sus magnitudes de entrada y salida con la caracter铆stica de transferencia del propio elemento amplificador.
En un circuito real donde los valores de las resistencias Re y Rs no son ideales, hay que tener en cuenta las p茅rdidas que se producen en la resistencia de salida.
La siguiente tabla recogen las caracter铆siticas de transferencia y los valores ideales de las resistencias de entrada y salida de los elementos amplificadores descritos anteriormente.
