Retroalimentacion En Circuitos con Transistores

Retroalimentación en los circuitos con transistores

Introducción

La realimentación (feedback en inglés) negativa es ampliamente utilizada en el diseño de amplificadores ya que presenta múltiples e importantes beneficios. Uno de estos beneficios es la estabilización de la ganancia del amplificador frente a variaciones de los dispositivos, temperatura, variaciones de la fuente de alimentación y envejecimiento de los componentes. Otro beneficio es el de permitir al diseñador ajustar la impedancia de entrada salida del circuito sin tener que realizar apenas modificaciones. La disminución de la distorsión y el aumento del ancho de banda hacen que la realimentación negativa sea imprescindible en amplificadores de audio y etapas de potencia. Sin embargo, presenta dos inconvenientes básicos. En primer lugar, la ganancia del amplificador disminuye en la misma proporción con el aumento de los anteriores beneficios. Este problema se resuelve incrementando el número de etapas amplificadoras para compensar esa pérdida de ganancia con el consiguiente aumento de coste. El segundo problema está asociado con la realimentación al tener tendencia a la oscilación lo que exige cuidadosos diseños de estos circuitos.

Teoría básica de realimentación

La figura 4.1 describe el diagrama de bloques de un circuito realimentado constituido por un amplificador básico, una red de realimentación y un circuito mezclador o comparador. La señal de entrada Xs es restada en el mezclador con la señal Xf la cual es proporcional en un factor de transmisión ß a la señal de salida Xo realimentada a través de la red de realimentación (Xf=ßXo). La señal que llega al amplificador básico Xi es Xs-Xf. La denominación de realimentación negativa se debe a que el amplificador básico amplifica la señal de entrada restada con una parte de la señal de salida.

La ganancia del amplificador realimentado A_f se define A_f=X_o/X_s pero como X_i=X_s-X_f,A=X_o/X_i y B=X_f/X_o , fácilmente se comprueba que A_f=A/(1+°A)

La ganancia del amplificador realimentado Af es la ganancia del amplificador básico A dividida por el factor de desensibilidad D=1+ßA. La realimentación negativa se produce cuando ßA>0, luego Af < A ya que D>1. La realimentación positiva se produce cuando ßA<0 y da lugar a circuitos no lineales.

La teoría de realimentación exige considerar una serie de suposiciones para que sean válidas las expresiones que se van a obtener seguidamente. Estas suposiciones son

• La señal de entrada se transmite a la salida a través del amplificador básico y no a través de la red de realimentación.

• La señal de realimentación se transmite de la salida a la entrada únicamente a través de la red de realimentación y no a través del amplificador básico.

• El factor ß es independiente de la resistencia de carga (S_L) y de la fuentes (R_s).

En las dos primeras suposiciones se aplica el criterio de unidireccionalidad: Xs→Xo a través de A, Xo→Xf a través de ß. Estas suposiciones hacen que el análisis de circuitos aplicando teoría de realimentación y sin ella difieran mínimamente. Sin embargo, la teoría de realimentación simplifica enormemente el análisis y diseño de amplificadores realimentados y nadie aborda directamente un amplificador realimentado por el enorme esfuerzo que exige.

Estabilidad de la amplificación

Las variaciones debidas al envejecimiento, temperatura, sustitución de componentes, etc..., hace que se produzca variaciones en el amplificador básico y, por consiguiente, al amplificador realimentado.

Resolviendo y aplicando calculo incremental resulta

Configuraciones básicas de los amplificadores realimentados.

Un amplificador es diseñado para responder a tensiones o corrientes a la entrada y para suministrar tensiones o corrientes a la salida. En un amplificador realimentado, el tipo de señal muestreada a la salida (corriente o tensión) y el tipo de señal mezclada a la entrada (tensión o corriente) dan lugar a cuatro tipos de topologías: 1) realimentación de tensión en serie o nudo-malla o nudo-serie, 2) realimentación de corriente en serie o malla-malla o malla-serie, 3) realimentación de corriente en paralelo o malla-nudo o malla-paralelo, y 4) realimentación detensión en paralelo o nudo-nudo o nudo-paralelo.

En la figura 4.8 se indica gráficamente las cuatro posibles topologías en función de la señal muestreada a la salida y la señal mezclada en la entrada. Además, cada una de las topologías condiciona el tipo de modelo de pequeña señal utilizado para el amplificador básico. Una realimentación V en serie utiliza el modelo equivalente de tensión (A_V)del amplificador, una realimentación V en paralelo el modelo de transresistencia (R_M), una realimentación I en serie el de transconductancia (G_M) y una realimentación I en paralelo el de corriente (A_I).

Una de las dificultades más importantes que surgen en el análisis de amplificadores realimentados es identificar correctamente la topología o tipo de amplificador realimentado. Un error en esta fase inicial origina un incorrecto análisis del circuito. La figura 4.9 describe dos estructuras típicas de muestreo de la señal de salida.

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