ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA

201425 - Amplificadores Act No. 7. Reconocimiento unidad 2

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Decibeles

El antecedente que rodea al trmino decibel tiene su origen en el hecho de que los niveles

de potencia y de audio se relacionan sobre una base logartmica. Es decir, un incremento en

el nivel de potencia, digamos de 4 a 16 W, no da como resultado un incremento en el nivel

de audio de un factor de 16/4 = 4, sino de 2. Siendo (4)2 = 16. Para un cambio de 4 a 64 W,

el nivel de audio se incrementar en un factor de 3 ya que (4)3 = 64. En forma logartmica,

la relacin puede escribirse como log4 64 = 3.

El trmino bel se deriv del apellido de Alexander Graham Bell. Para propsitos de

estandarizacin, el bel (B) se defini mediante la siguiente ecuacin que relaciona los

niveles de potencia P1 y P2.

G = log10 (P2 / P1) bel (Ec. 1)

Sin embargo, se encontr que el bel era una unidad de medida demasiado grande para

propsitos prcticos, por lo que se defini el decibel (dB) de tal forma que 10 decibeles = 1

bel.

GdB = 10 log10 (P2 / P1) dB (Ec. 2)

La clasificacin nominal de equipo de comunicaciones electrnicas (amplificadores,

micrfonos, etctera) por lo general se hace en decibeles. Sin embargo la ecuacin 2 indica

claramente, que la medicin en decibeles es una medida de la diferencia en magnitud entre

dos niveles de potencia. Para una potencia terminal (salida) especfica (P2) debe existir un

nivel de potencia (P1) de referencia. El nivel de referencia aceptado, por lo general, es 1

mW, aunque en ocasiones se aplica el estndar de 6 mW de aos anteriores. La resistencia

que se asocia con el nivel de potencia de 1 mW es de 600 ohmios, seleccionada debido a

que sta es la impedancia caracterstica de las lneas de transmisin de audio. Cuando 1

mW se usa como el nivel de referencia, se presenta con frecuencia el smbolo del decibel

como dBm. En forma de ecuacin,

GdBm = 10 log10 (P2 / 1 mW)600 ohmios dBm (Ec. 3)

Si para un sistema se tiene Vi y Ri tensin de entrada y resistencia de entrada,

respectivamente, entonces la potencia de entrada ser Pi = Vi2 / Ri. Si Vi se incrementa

desde V1 hasta un valor V2 tendremos un aumento de la potencia de entrada desde P1 hasta

P2. Esa variacin podemos expresarla como ganancia y en trminos de decibeles, diremos:

Gdb = 10 log P2 / P1 = 10 log ((V22 / Ri) / (V1

2/ Ri)) = 10 log (V2 / V1)

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Gdb = 20 log V2 / V1 (Ec. 4)

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Circuitos osciladores

En cualquier circuito prctico la retroalimentacin negativa se presenta solamente para

cierto rango de frecuencias medias de operacin. Sabemos que la ganancia de amplificador

vara con la frecuencia, es decir, disminuye a altas frecuencias desde el valor de frecuencia

media. Tambin, el corrimiento de fase de un amplificador se altera con la frecuencia.

Si a medida que la frecuencia se incrementa, cambia el corrimiento de fase, entonces parte

de la seal de retroalimentacin se sumar a la seal de entrada. As, ser posible que el

amplificador comience a oscilar debido a la retroalimentacin positiva. Si el amplificador

oscila a cierta frecuencia, baja o alta, este ya no ser til como amplificador. El diseo

adecuado de un amplificador con retroalimenrtacin requiere que el circuito sea estable

para todas las frecuencias, no solamente en aquellas dentro del rango de inters. De otra

forma, una perturbacin transitoria, podra ocasionar que un amplificador aparentemente

estable, comience a oscilar.

Si la seal que atraviesa al amplificador y la red de retroalimentacin presentan un desfase

0 + 2k(Pi), y la ganancia en magnitud del amplificador, multiplicada por el factor de

retroalimentacin es ligeramente superior a la unidad, el sistema entrar en estado de

oscilacin (Boylestad y Nashelsky 2003).

(Pi es la constante 3,141592653...)

La oscilacin puede ser una caracterstica favorable para ciertas aplicaciones. De hecho hay

circuitos diseados y construidos especficamente para ese comportamiento.

Una configuracin muy difundida de estos circuitos es el oscilador en Puente de Wien que

se muestra en la figura.

En este caso, la frecuencia de oscilacin se obtiene mediante la siguiente ecuacin:

f = 1 / (2(Pi)RC) (Ec. 5)

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Eficiencia

La eficiencia en potencia de un amplificador, definida como la relacin de la potencia de

salida sobre la potencia de entrada, mejora (se vuelve mayor) al ir de la clase A a la clase

D. En trminos generales, vemos que un amplificador clase A, con polarizacin de DC en

un nivel medio de la tensin de alimentacin, emplea una buena cantidad de potencia slo

para mantener la polarizacin, incluso cuando no existe una seal de entrada aplicada. Esto

da por resultado una eficiencia muy baja, en especial con seales de entrada pequeas,

cuando se proporciona a la carga muy poca potencia de AC. De hecho, la eficiencia

mxima de un circuito clase A, que ocurre para la excursin mxima de la tensin y la

corriente de salida, ser de solamente 25 % con una conexin de carga directa o con

alimentacin en serie y de 50 % con una conexin de transformador a la carga. La

operacin clase B, sin potencia de polarizacin de DC y sin seal de entrada, puede

demostrarse que proporciona una eficiencia mxima que alcanza 78,5 %. La operacin

clase D puede alcanzar una eficiencia de potencia cercana al 90 % y ofrece la operacin

ms eficiente de todas las clases de operacin. Dado que la clase AB se encuentra entre la

clase A y la clase B en polarizacin, esta tambin se encuentra entre sus valores de

eficiencia: entre 25 % (o 50 %) y 78,5 % (Boylestad y Nashelsky 2003).

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Los textos sobre osciladores y eficiencia se basan en la siguiente fuente:

Boylestad, Robert L. y Nashelsky, Louis (2003). Electrnica: teora de circuitos y

dispositivos electrnicos. Mxico: Pearson Educacin.