Amplificadores con Realimentacion

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 delamplificador 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 y salida del circuito sin tener que realizar apenas modificaciones. La disminución de la distorsión y el aumento del ancho de banda hace que la realimentación negativa sea imprescindible en amplificadores de audio y etapas de potencia. S in 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 resuelveincrementando 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.

Figura 1.- Diagrama de bloques de un circuito realimentado.

Teoria basica de realimentacion

La figura 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 Xorealimentada 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 Af se define

pero como Xi=Xs-Xf, A=Xo/Xi y ß=Xf/Xo, fácilmente se comprueba que

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 (RL) y de la fuentes (RS).
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 Amplificacion

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. Este efecto puede ser analizado diferenciando la ecuación

resolviendo y aplicando calculo incremental resulta

Así, por ejemplo, si D=1+ßA=100 y A sufre una variación del 10% (∆A/A=0.1 ) entonces la ganancia del amplificador realimentado sólo varía en un 0.1% (∆Af/Af=0.001 ) . Con ello, se estabiliza la ganancia del amplificador realimentado a variaciones del amplificador básico.

Reducion de distorsion

La realimentación negativa en amplificadores reduce las características no lineales del amplificador básico y, por consiguiente, reduce su distorsión. Como ejemplo, en la figura 4.2.a se muestra la característica de transferencia en tensión no-lineal de un amplificador que presenta dos ganancias A1 y A2. La aplicación de una realimentación negativa reduce fuertemente esa distorsión tal como se describe en la figura 4.2.b. Más aún, si se verifica ßA1 ,ßA2>>1 , entonces la ecuación 4.5 indica que la distorsión puede ser eliminada al ser independiente de la ganancia del amplificador.