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Al diseñar amplificadores con transistores debemos considerar las limitaciones de estos, de tal manera que si deseamos una alta ganancia es necesario acoparle varias etapas de amplificación. Debido a esto el diseño se vuelve mas complejo a medida que el numero de etapas aumente. Ahora bien si además queremos una impedancia de entrada muy alta una impedancia de salida muy baja, el diseño se vuelve mas complejo y elaborado. Por ejemplo para diseñar un amplificador con las siguientes características:

  • Av = 10000

  • Ai = 10000

  • Zi = 100 MΩ

  • Zo = 1 Ω

  • BW = 100 Mhz.

  • Inmune al ruido

  • Estable a las variaciones de  β

Para poder obtener la ganancia de 10000 tendremos que utilizar varias etapas, para una mayor impedancia podríamos utilizar FET o MOSFET, un amplificador diferencial (ver figura 1.3a) balanceado en la entrada seguido de otro amplificador diferencial pero desbalanceado para utilizar una sola salida en otra etapa para un colector común para aumentar la ganancia de corriente o el amplificador Darlington (ver figura 1.3b) que se usa para aumentar la impedancia de entrada y conseguir una alta ganancia de corriente ya que su ganancia es igual al producto de las ganancias de los dos transistores, además podríamos utilizar los efectos de la retroalimentación. En la Figura 1.1 se muestra un diagrama a bloques de este diseño.

 

Figura 1.1. Diagrama a bloques de un amplificador multietapa.

Las primeras dos etapas son amplificadores diferenciales que provocan una ganancia de voltaje de 10000, las siguientes dos son amplificadores de colector común para una ganancia de corriente de 10000. Como se puede apreciar las primeras dos etapas ya incluye el uso de cuatro transistores, y aun es necesario adaptarlo a las características que se nos pide en el diseño de modo que se vuelve mas complejo y aun sin contar las dos etapas de amplificación de corriente, sin embargo con el advenimiento de lo circuitos integrados (CI) todo este desarrollo ya no es necesario. Este tipo de amplificadores se fabrican en una sola pastilla o chip con una gran variedad de característica especificas. Estos se denominan amplificadores operacionales, algunas características que tiene son: pequeño tamaño y bajo consumo de potencia.

Bien pero ¿que es el amplificador operacional?, el operacional típico tiene cuatro bloques como se ve en la figura 1.1. El primero es un amplificador diferencial que puede tener una entrada Darlington o utilizar varios FET, la siguiente etapa es un amplificador lineal que generalmente es otro amplificador diferencial seguido de amplificadores de corriente, en realidad el operacional puede presentar diferentes configuraciones pero las dos primeras etapas aquí mostradas se incluyen en la mayoría de los casos. Si tomamos como base el diagrama de la figura 1.1 y lo simplificamos tendremos un bloque con dos entradas Vi1 y Vi2 y una salida Vo como se muestra en la figura 1.2

Figura 1.2 Amplificador Operacional

La figura 1.2 representa el símbolo de un amplificador operacional (opam), donde la relación Vo/(Vi2-Vi1) se le conoce como ganancia de voltaje en lazo abierto y es aproximadamente igual a 10000, es decir tiende a infinito, se representa de la siguiente manera:

                                                                           (1.1)

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