Conceptos Esenciales de Amplificadores Electrónicos: Clases, Distorsión y Respuesta en Frecuencia
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Clases de Amplificadores
Clase de Amplificador AB
La señal de salida en un amplificador de Clase AB es una combinación de las características de las clases A y B, lo que resulta en una pequeña distorsión.
Tipos de Amplificadores por Rango de Frecuencia
Amplificador de Audiofrecuencia
Son aquellos que operan con frecuencias audibles, típicamente en un margen de 20 Hz a 20 kHz.
Amplificador de Videofrecuencia
Se emplean para señales en un margen de frecuencias que va desde los 20 Hz hasta los 15 MHz.
Amplificador de Radiofrecuencia
Se utilizan en sistemas de transmisión de señales de radio, manejando frecuencias que oscilan entre los 200 kHz y los 300 MHz.
Conceptos de Distorsión en Amplificadores
¿Qué es la Distorsión?
La distorsión es la deformación de una onda, producida durante su transmisión o procesamiento.
Distorsión No Lineal
Es aquella producida por una respuesta desigual del amplificador (especialmente en transistores) a señales de diferentes frecuencias o amplitudes.
Distorsión de Amplitud
Ocurre cuando la amplitud de la señal de salida no es una función lineal de la amplitud de la señal de entrada.
Distorsión Armónica
Se produce cuando la señal de salida no es proporcional a la variación de la señal de entrada, lo que genera ondas superpuestas (armónicos) de diferentes frecuencias.
Distorsión por Intermodulación
Ocurre cuando dos o más ondas senoidales están presentes simultáneamente en la entrada del amplificador, generando componentes de frecuencia que son sumas y diferencias de las frecuencias originales.
Distorsión de Frecuencia
Se manifiesta cuando señales de diferentes frecuencias son amplificadas de manera desigual, resultando en que una de ellas tenga una amplitud relativa mayor o menor que la otra en la salida.
Diagramas de Bode y Respuesta en Frecuencia
¿Qué representa el Diagrama de Bode?
El diagrama de Bode nos relaciona dos gráficas fundamentales: la ganancia (en decibelios) y la frecuencia.
Descripción de un Diagrama de Bode Típico
En un diagrama de Bode, se pueden identificar puntos clave:
- 1º Punto: La ganancia alcanza su valor máximo (banda pasante).
- 2º Punto: La frecuencia es constante (frecuencia de corte o punto de -3dB).
- 3º Punto: La ganancia disminuye drásticamente (caída en picado) a medida que la frecuencia aumenta más allá de la frecuencia de corte.
Ancho de Banda
El ancho de banda es la cantidad de información que se puede enviar a través de una conexión de red en un periodo de tiempo dado. En el contexto de amplificadores, se refiere al rango de frecuencias en el cual la ganancia del amplificador se mantiene dentro de un nivel aceptable (generalmente, por encima de -3 dB de la ganancia máxima).
Ganancia dentro del Ancho de Banda
Si un amplificador opera a una frecuencia dentro de su ancho de banda, su ganancia se mantendrá relativamente constante y cercana a su valor máximo, dentro de un margen de frecuencias intermedias (la banda pasante).
Distorsión de Fase en el Ancho de Banda y Frecuencias de Corte
- En el ancho de banda (banda pasante), idealmente no hay distorsión de fase significativa.
- En las frecuencias de corte (o frecuencias de -3 dB), la distorsión de fase es notable, típicamente alrededor de -45° o +45° (dependiendo del tipo de filtro o polo/cero).
Dependencia de la Ganancia de un Amplificador
La ganancia de un amplificador depende de varios factores, incluyendo la frecuencia de la señal. Generalmente, la ganancia disminuye significativamente al superarse ciertas frecuencias (frecuencias de corte), lo que puede llevar a la atenuación o incluso anulación de la señal en la salida para frecuencias muy altas.
Realimentación en Amplificadores
Red de Realimentación
Una red de realimentación (o retroalimentación) es un conjunto de componentes que permiten tomar una porción de la señal de salida de un amplificador y reintroducirla en su entrada, con el fin de modificar sus características de operación.
Representación Gráfica: Diagrama de Bode con Realimentación
(Aquí se esperaría un dibujo o gráfico que ilustre el diagrama de Bode de un amplificador con realimentación, mostrando cómo la realimentación afecta la ganancia y el ancho de banda).
Expresión de la Ganancia de un Amplificador Realimentado
La expresión de la ganancia de lazo cerrado (ALC) de un amplificador con realimentación negativa es:
ALC = ALA / (1 + ALA * β)
Donde:
- ALC: Ganancia de Lazo Cerrado.
- ALA: Ganancia de Lazo Abierto del amplificador.
- β (Beta): Ganancia de la red de realimentación.
En el caso ideal, cuando la ganancia de lazo abierto (ALA) es muy grande (ALA * β >> 1), la expresión se simplifica a la forma que se menciona:
ALC ≈ 1 / β
Donde β es la ganancia de la red de realimentación.