La teoría de trabajo de un amplificador acoplado RC en electrónica

La teoría de trabajo de un amplificador acoplado RC en electrónica

La amplificación es un proceso de aumento de la fuerza de la señal aumentando la amplitud de una señal dada sin cambiar sus características. Un amplificador acoplado a RC es parte de un amplificador de múltiples etapas en el que diferentes etapas de amplificadores están conectadas usando una combinación de una resistencia y un condensador. Un circuito amplificador es uno de los circuitos basicos en electrónica.



Un amplificador que se basa completamente en el transistor se conoce básicamente como amplificador de transistor. La señal de entrada puede ser una señal de corriente, una señal de voltaje 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 etapa:

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





Amplificador acoplado RC de emisor común de una sola etapa

Amplificador acoplado RC de emisor común de una sola etapa

Explicación del circuito

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 a RC puede proporcionar excelentes características de señal.



El condensador Cin en la entrada actúa como un filtro que se utiliza para bloquear el voltaje de CC y permitir solo voltaje de CA al transistor. Si cualquier voltaje de CC externo alcanza la base del transistor, alterará las condiciones de polarización y afectará el rendimiento del amplificador.

Las resistencias R1 y R2 se utilizan para proporcionar una 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 saturación se conoce como región activa. La región donde el funcionamiento del transistor bipolar está completamente apagado se conoce como región de corte y la región donde el transistor está completamente encendido se conoce como 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 de tal manera que ambos deben reducir el voltaje Vcc en un 50% en el circuito anterior. El condensador del emisor Ce y la resistencia del emisor Rehacen la retroalimentación negativa para hacer que el funcionamiento del circuito sea más estable.

Amplificador emisor común de dos etapas:

El circuito a continuación representa el amplificador de transistor en modo 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 del circuito:

Cuando la entrada AC. la señal se aplica a la base del transistor del 1S tetapa 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 condensador de acoplamiento Cout, donde se amplifica aún más y reaparece a través de la salida de la segunda etapa.

Por tanto, las sucesivas etapas amplifican la señal y la ganancia total se eleva al nivel deseado. Se puede obtener una ganancia mucho mayor conectando varias etapas de amplificación en sucesión.

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 una amplia gama de frecuencias.

Transistor como amplificadores

Si bien conoce los diferentes circuitos para amplificadores acoplados a RC, es importante conocer conceptos básicos de transistores como amplificadores. Las tres configuraciones de los transistores bipolares que se utilizan comúnmente son transistor de base común (CB), transistor de emisor común (CE) y transistores de colector común (CE). Aparte de los transistores, amplificadores operacionales también se puede utilizar con fines de amplificación.

  • Emisor común La configuración se usa comúnmente en la aplicación del amplificador de audio porque el emisor común tiene una ganancia que es positiva y también mayor que la unidad. En esta configuración, el emisor 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 utilizan comúnmente en Comunicación RF y comunicaciones por fibra óptica (OFC).
  • La configuración de base común tiene una ganancia menor que la unidad. En esta configuración, el colector está conectado a tierra. Tenemos baja impedancia de salida y alta impedancia de entrada en la configuración de base común.
  • Colector común La configuración también se conoce como seguidor 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.

Parámetros básicos de un amplificador de transistor

Debemos considerar 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 alta estabilidad
  • Debe tener una alta linealidad
  • Debe tener una alta ganancia y ancho de banda.
  • Debe tener una alta eficiencia

Banda ancha:

El rango de frecuencia 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 frecuente del amplificador acoplado RC de una etapa.

Respuesta de frecuencia acoplada R C

Respuesta de frecuencia acoplada R C

La curva que representa la variación de ganancia de un amplificador con la frecuencia se llama curva de respuesta de frecuencia. El ancho de banda se mide entre los puntos de potencia de la mitad inferior y la mitad superior. El punto P1 es la mitad inferior de la potencia y P2 es la mitad superior de la potencia, respectivamente. 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 cuánto puede un amplificador amplificar una señal que se le ha dado.

La siguiente ecuación representa una ganancia en número:

G = Puchero / Pin

Donde Pout es la potencia de salida de un amplificador

El pin es la potencia de entrada de un amplificador.

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

Ganancia en DB = 10log (Puchero / 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 para la ganancia en 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

Impedancia de entrada alta:

La impedancia de entrada es la impedancia que ofrece un circuito amplificador cuando está conectado a la fuente de voltaje. El amplificador de transistor debe tener una impedancia de entrada alta para evitar que cargue la fuente de voltaje de entrada. Entonces esa es la razón por la que el amplificador tiene una alta impedancia.

Ruido:

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

Linealidad:

Se dice que un amplificador es lineal si existe alguna relación lineal entre la potencia de entrada y la potencia de salida. La linealidad representa la uniformidad de la ganancia. Prácticamente no es posible obtener una linealidad del 100% ya que 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 de esto, los condensadores de desacoplamiento de CC de entrada establecen una frecuencia de corte más baja.

Eficiencia:

La eficiencia de un amplificador representa cómo un amplificador puede utilizar la fuente de alimentación de manera eficiente. Y también mide cuánta energía de la fuente de alimentación se convierte de forma rentable en la salida.

La eficiencia generalmente se expresa en porcentaje y la ecuación de eficiencia se da como (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 transistor de clase A tiene una eficiencia del 25% y proporciona 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 mala. La clase AB se encuentra entre los amplificadores de clase A y clase C, por lo que se usa comúnmente en amplificador de audio aplicaciones. Este amplificador tiene una eficiencia de hasta el 55%.

Velocidad de subida:

La tasa de respuesta de un amplificador es la tasa máxima de cambio de salida por unidad de tiempo. Representa la rapidez con la que se 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. Por lo general, los problemas de estabilidad ocurren durante las operaciones de alta frecuencia, cerca de 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 proyectos electronicos ha sido cubierto con amplia información. Aquí hay una pregunta simple para usted: ¿con qué propósito se usa una configuración de colector común y por qué?

Dé sus respuestas en la sección de comentarios a continuación.