Efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores

Efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores:

Decibeles de retroalimentación: los efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores se pueden medir en decibelios. Una declaración de que se han aplicado 40 dB de retroalimentación a un amplificador significa que la ganancia del amplificador se ha reducido en 40 dB (es decir, por un factor de 100). De este modo, Efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores

Ancho de banda:

Efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores

Considere la respuesta típica de la frecuencia de ganancia de un amplificador, como se ilustra en la figura 13-32. Sin retroalimentación negativa, la ganancia de circuito abierto del amplificador (AV) cae a su frecuencia inferior de 3 dB (F1 (OL)), como se ilustra.

Esto generalmente se debe a la impedancia de los condensadores de derivación que aumentan a medida que disminuye la frecuencia. Del mismo modo, la frecuencia de corte superior de circuito abierto (F2 (OL)) se produce mediante corte de transistores, por capacitancia de derivación o por una combinación de ambos. Como se discutió anteriormente, el ancho de banda de circuito abierto de circuito es,

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Ahora mire la respuesta de frecuencia típica para el mismo amplificador cuando se usan los efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores.

La ganancia de circuito cerrado (ACL) es mucho más pequeño que la ganancia de circuito abierto, y el ACL no comienza a caer (a frecuencias altas o bajas) hasta que AV (bucle abierto) cae sustancialmente. En consecuencia, F1 (Cl) es mucho más bajo que F1 (OL), y F2 (OL) es mucho más alto que F2 (OL).

Por lo tanto, el ancho de banda del circuito con retroalimentación negativa (el ancho de banda de circuito cerrado) es mucho mayor que el ancho de banda sin retroalimentación negativa.

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De la ecuación. 13-2, Efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores

Se puede demostrar que hay un cambio de fase de 90 ° asociado con la ganancia de bucle abierto a frecuencias por debajo de F1 (OL) y por encima de F2 (OL).

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Cuando av = 1/b,

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Por lo tanto, para los efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores diseñados para tener el ancho de banda más amplio posible, las frecuencias de corte ocurrirían cuando la ganancia de circuito abierto cae al equivalente de 1/b. Por lo tanto, F2 (cl) ocurre cuando,

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Entonces, por ejemplo, las frecuencias de corte para un amplificador de retroalimentación negativa diseñado para una ganancia de circuito cerrado de 100 ocurrirían cuando la ganancia de circuito abierto cae a 100. Se ve que,

La retroalimentación negativa aumenta el ancho de banda del amplificador.

La frecuencia de corte superior para un amplificador suele ser superior a 20 kHz, y la frecuencia de corte inferior es de alrededor de 100 Hz o menor. Entonces, F2 ≫ F1 y, en consecuencia, Efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores

Esto significa que el ancho de banda del amplificador es esencialmente igual a la frecuencia de corte superior.

Ahora consulte la figura 13-32 una vez más. La ganancia del amplificador multiplicada por la frecuencia de corte superior es una cantidad constante. Esto se conoce como el producto de ancho de banda de ganancia. Por lo tanto,

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Por lo tanto, la frecuencia de corte superior de circuito cerrado para un amplificador de retroalimentación negativa se puede calcular a partir de la frecuencia de corte superior de circuito abierto, la ganancia de circuito abierto y la ganancia de circuito cerrado

Distorsión armónica:

La distorsión armónica ocurre cuando un transistor u otro dispositivo se conduce más allá del rango lineal de sus características. La Figura 13-33 muestra las características de IC/VBE de un transistor sesgado a un voltaje de emisor base VB.

Como se ilustra, cuando los cambios de voltaje del emisor base (± VBE) son muy pequeños, la corriente del colector cambia por cantidades positivas y negativas iguales (± IC). Cuando ± VBE es grande, el cambio en ± IC es mayor que el cambio en -ic.

Esto se debe a la no linealidad en las características IC/VBE. El resultado es la distorsión armónica (o distorsión no lineal) en la forma de onda de IC y en la salida del amplificador.

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Se puede demostrar que la forma de onda distorsionada consiste en una forma de onda de frecuencia fundamental y una serie de componentes armónicos de amplitud más pequeños, (ver Fig. 13-34).

La forma de onda fundamental es la señal amplificada, el voltaje de salida del amplificador (VO), y los armónicos son componentes de voltaje no deseados (VH). La distorsión armónica es el valor RMS de VH expresado como un porcentaje del valor RMS de VO.

Los armónicos (generados dentro del circuito de retroalimentación) se reducen por los efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores por un factor de (i + avb). De modo que,

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Entonces,

La retroalimentación negativa reduce la distorsión armónica.

Distorsión de atenuación:

La distorsión de la atenuación ocurre cuando las diferentes frecuencias se amplifican por diferentes cantidades. Este tipo de distorsión es el resultado de la ganancia de circuito abierto del amplificador dependiente de la frecuencia (ver Fig. 13-35).

Cuando se usa la retroalimentación negativa, la ganancia de circuito cerrado es una cantidad constante en gran medida independiente de la frecuencia de señal dentro del ancho de banda del circuito. Al igual que la distorsión armónica, la distorsión de la atenuación se reduce mediante un factor de (1 + AVB) por los efectos de la retroalimentación negativa en los amplificadores. Se aplica la ecuación 13-28. De este modo,

La retroalimentación negativa reduce la distorsión de la atenuación.

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Cambio de fase:

Las señales de entrada a un amplificador pasan por cambios de fase desde la entrada a la salida. La onda se forma en la Fig. 13-36 muestra que, en un circuito de dos etapas, hay un cambio de fase de 180 ° de VS a VO1, y un cambio adicional de 180 ° de VO1 a VO2.

En algunos casos, un amplificador puede producir diferentes cambios de fase para diferentes frecuencias de señal. Por ejemplo, las señales de frecuencia más altas pueden cambiarse por más de 180 ° en cada etapa, lo que resulta en una diferencia de fase indeseable (Ø) entre la entrada y la salida, como se ilustra.

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Las señales de audio (y otras) en una entrada de amplificador generalmente están formadas por una combinación de formas de onda componentes con diferentes amplitudes y diferentes frecuencias.

Por lo tanto, cualquier variación en el cambio de fase introducida del amplificador creará una distorsión en la forma de onda de salida que no está presente en la entrada.

Para investigar los efectos de la retroalimentación negativa en el cambio de fase de amplificadores, suponga que la ganancia de circuito abierto tiene un ángulo de cambio de fase de Ø, y que el cambio de fase de circuito cerrado es Øcl. Entonces,

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Entonces,

La retroalimentación negativa reduce el cambio de fase más amplio

por un ángulo de,

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Ruido:

El ruido del circuito generado dentro del circuito de retroalimentación de un amplificador se reduce en un factor de (1 + AVB) de la misma manera que se reducen los armónicos no deseados. Cabe señalar que solo la retroalimentación reduce el ruido generado dentro del bucle de retroalimentación. El ruido producido por las resistencias de sesgo fuera del circuito de retroalimentación no se verá afectado por la retroalimentación.

La retroalimentación negativa reduce el ruido del circuito.

Estabilidad del circuito:

Se explica anteriormente que, para que un circuito oscile, el desplazamiento de fase de bucle debe ser de 360 ​​° cuando la ganancia de bucle es 1. El cambio de fase de bucle es el cambio de fase alrededor del bucle desde la entrada del amplificador a la salida, y retroceder a través de la red de retroalimentación a la entrada.

Del mismo modo, la ganancia de bucle es el producto de la ganancia de circuito abierto del amplificador y la atenuación de la red de retroalimentación (AVB).

El cambio de fase de bucle de un amplificador puede acercarse a 360 ° a medida que la ganancia cae en el extremo superior del ancho de banda. En este caso, el amplificador podría oscilar, y se dice que es inestable.

El método habitual para combatir este tipo de inestabilidad es incluir pequeños condensadores de derivación de los terminales de colección de transistores a tierra. Estos tienden a hacer que la ganancia de bucle caiga por debajo de 1 antes de que el cambio de fase de bucle se acerque a 360 °.