Amplificadores Impedancia de entrada y salida

Primeramente para entender que son los Amplificadores y su impedancia de entrada y salida, debemos saber que este es un circuito electrónico que aumenta la amplitud de un pequeño voltaje; el cual puede ser una señal producida por un equipo transductor de los cuales hicimos mención en el artículo anterior de Transductores.

El sistemas mas común de un circuito electrónico que aumenta una señal es un sistema de sonido estéreo. Este toma la señal relativamente pequeña de fonocaptor y produce una potencia de salida suficiente para activar bocinas grandes.

Para realizar este trabajo es necesario el uso de resistores, inductores y capacitores; así como de dispositivos activos tales como los resistores. Para aplicar correctamente estos dispositivos, debemos tener en cuenta las características de entrada, salida y transferencia de los amplificadores.

Impedancia de entrada y salida

La impedancia de entrada de un amplificador esta modelada por una resistencia R_ent. El comportamiento de las terminales de salida está modelado por un circuito equivalente de Thévenin, esto es una fuente dependiente A_vv1 y un resistor de salida R_sal; A_v se conoce como ganancia de voltaje en circuito abierto.

Dado que V₂ = A_vV1 para i₂ = 0; además R_sal se llama impedancia de salida.

En la figura a las cuatro terminales son independientes; el puerto de entrada puede estar en flotación, a cierto voltaje con respecto a la salida.

Esta es una entrada balanceada y el circuito se llama amplificador diferencial dado que amplifica la diferencia de voltaje V₁ = V_a – V_b.

Amplificadores Impedancia de entrada y salida

En esta otra figura, los dos puertos comparten una masa común; solo hay tres terminales independientes. En los sistemas de transmisión de potencia esta referenciada físicamente conectado a tierra, de ahí su nombre.

Este es el caso de los sistemas de sonido estéreo, por ejemplo, donde las clavijas de entrada comparte una tierra común con las terminales de salida de las bocinas.

Ejercicio de Amplificadores Impedancia de entrada y salida

Considérese el sistema el siguiente diagrama y complete:

Condiciones: la sensibilidad de transductor de 0.5mV/(lb/plg²). El voltaje de entrada del registrador para la reflexión total de la escala es 10.0 V. Las lineas de transmisión no tienen resistencia.

Determine:

• El valor de A_v, si la deflexión total de la escala de la gráfica corresponde a 200 lb/plg².
• El porcentaje de la deflexión total de la escala que sería causado por una presión de 33lb/plg².
• La ganancia V₂ / V₁ del amplificador en estas condiciones.

Solución

• Para una presión p = 200 lb/plg², el voltaje en circuito abierto del transductor es V₁ = 0.5 mV * 200 lb/plg² = 100 mV. No todo este voltaje en V₁ debido al circuito divisor de voltaje formado por R_th y R_ent. Entonces, V_{1 =} Vt (2000/2500) = 80 mV. Así V_g = A (V₁) = A (80 mV). Observando el divisor de voltaje a la salida del amplificador (formado por R_sal y R_c del registrador), V₂ = A_v(80 mv) (1000/1100) = A_v (72.7mv). Pero esta ultima expresión debe ser igual a 10 V para la deflexión total de la escala, así A_v = 137.5
• Podría determinarse V_t para 33 lb/plg² y para V₂ para la A_v del inciso primero. Pero como el sistema es lineal, las deflexiones serán proporcionales a las presiones. Por esto con 200 lb/plg² de escala total, 33 lb/plg² producirán el 16.5% de la escala total.
• V₂ = V_g (1000 / 1100) = A_vV₁(1000/1100), de donde V₂ / V₁ = A_v(1000/1100) = 125.

Nótese que en el ejemplo la ganancia del amplificador es V₂/V₁ = 125, la cual no es la misma que la ganancia en circuito abierto A_v = 137.5. Esto se debe a que el divisor de voltaje esta formado por la impedancia de salida R_sal y la carga R_c. Se dice que la reducción resultante de V₂ se debe a que R_c sobrecarga la salida.

Diferencias entre las ganancias de Amplificadores Impedancia de entrada y salida

Por tanto, la ganancia del amplificador depende no solo de A_v, sino también de R_sal y R_c. También debemos hacer mención que existen dos ganancias, la primera G_v es la ganancia de circuito con carga y A_v es la ganancia del circuito en sistema abierto.

Es importante tener en cuenta que las impedancias de los equipos al conectarlos. De lo contrario los voltajes pueden ser atenuados en exceso por la carga. Como regla general, una impedancia de carga no debe ser menos que la fuente y es mejor si es por lo menos 10 veces mayor que ésta.

De otro modo la amplitud de voltaje se desperdicia y hará falta mas amplificación; en ocasiones es necesario hacer la impedancia de la carga igual que la fuente.

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