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Tecnología Electrónica
Tema 2: Realimentación y estabilidad.
Realimentación con efectos de carga. (2/3)
Versión: 2015/03/05
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Índice general del Tema
1. Introducción.
2. Teoría básica de realimentación
1. Fundamentos y definiciones
2. Ventajas de la realimentación negativa
3. Topologías de realimentación
3. Realimentación con efectos de carga
1. Efectos de carga.
2. Métodos de resolución de circuitos realimentados
4. Estabilidad en circuitos realimentados
1. Análisis de la estabilidad.
2. Métodos de compensación
Tecnología Electrónica Tema 2-2: Realimentación con efectos de carga - 2
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Índice
3. Realimentación con efectos de carga
3.1 Efectos de carga: alteraciones de la teoría básica
3.2 Parámetros privilegiados.
3.2.1. Significado. Aproximaciones razonables
3.3 Resolución práctica
3.3.1. Estimación de los parámetros de
3.3.2. Ejemplos genéricos de resolución
3.4. Análisis de amplificadores realimentados reales
3.5. Ejercicios
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3.1. Realimentación en amplificadores reales
Los efectos de carga modifican las ganancias A y .
Éstas dependen de Rs , Ro , Ri , RL ...
No se cumplen las condiciones idealizadas con las que llegamos a la ecuación fundamental:
A
AAf
1
Caracterización formal del problema:
Mediante la teoría general de cuadripolos
¿ ?
?
,...),(?
,...),(?
f
Ls
Ls
A
RRf
RRfA
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3.2. Topologías y parámetros privilegiados
Fundamento teórico suma de parámetros privilegiados
Conexión
serie
o
paralelo
Conexión
serie
o
paralelo
iA rA
fA oA
i r
f o
Red A
Red
generadorreal
cargareal
A realimentado
Asociación Parámetros del A total
Serie-Paralelo
Paralelo-
Paralelo
Serie-Serie
Paralelo-Serie
ij
A
ij
Total
ij yyy
ij
A
ij
Total
ij zzz
ij
A
ij
Total
ij ggg
ij
A
ij
Total
ij hhh
Significado de los parámetros:
i impedancia de entrada
o impedancia de salida
f transferencia directa
r transferencia inversa
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3.2.1. Aproximaciones razonables
En la teoría general de cuadripolos las redes se modelan:
Con cuatro parámetros: []T = []A + []
Trabajoso de analizar ( cálculo de parámetros; asociación, asignación…)
Pero en amplificación se tiene un problema simplificable...
Parámetros de un amplificador típico:
La transferencia directa es grande en la red A (amplificador)
El amplificador no tiene una transferencia inversa notable. [rA 0]
De hecho, hemos modelado A con solo tres parámetros
La red :
Es pasiva y bilateral (transfiere señal en los dos sentidos)
Pero en sentido directo NO AMPLIFICA [fA » f ]
Y solo consideramos la transferencia inversa debida a la red
Estas aproximaciones (razonables) permiten simplificar mucho el análisis de un amplificador realimentado práctico.
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3.2.2. Topologías prácticas resultantes
Ejemplos prácticos de modelado, para cada topología
Las redes A y β son más simples operativa más manejable
S-P[h]
S-S[z]
P-P[y]
P-S[g]
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3.2.3. Idealización del problema
Para poder aplicar la teoría básica: “idealizamos” el problema…
Conexión
serie
o
paralelo
Conexión
serie
o
paralelo
iA’ 0
fA’ oA’
0 r
0 0
Red idealizada: A’
Red ideal
generadorideal
cargaideal
La red total (el A realimentado) resulta equivalente a:
Una red idealizada con un único parámetro de transf. inversa
El resto de elementos no ideales (todas las cargas: en generador, red , etc.)
se asignan a un nuevo amplificador idealizado: A’
ideal '
AATotal
A realimentado
cambio cambio
cambioEl mismo
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3.2.3. Idealización del problema: ejemplo
Un ejemplo de idealización del problema: topología P-P.
Parametrizamos β: impedancias de carga y transferencia inversa.
Se asignan a A todas las cargas existentes:
R del generador, de la carga y parámetros de impedancia de
Obtenemos así un nuevo amplificador A, que llamaremos A’
Así: generador, carga y red son las ideales para la topología dada
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3.3. Ejemplos de idealización: caso S-P (1/2)
2221212
2121111
vhihi
vhihv
Todas las cargas A
Acciones sobre la red :
h21 despreciable frente a A
¿h11 y h22?
¿h12 (esto es: )?
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¡Atentos a las variables bajo estudio!
¡Atentos a las variables bajo estudio!
3.3.1. Serie-Paralelo (2/2). Parámetros [h]
Anulamos variable común
en la salida
Anulamos variable común
en la entrada
*
*
2221212
2121111
vhihi
vhihv
01
11111
2
v
i
vhR
02
2
22
22
1
1
i
i
v
hR
0
12
1
io
f
vv
vh
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3.3.2. Serie-Serie (1/2). Parámetros [z]
2221212
2121111
izizv
izizv
Generalizamos el método para hallar los parámetros de :
R11 anular la variable común en la salida
y R22 anular la variable común en la entrada
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3.3.2. Serie-Serie (2/2). Parámetros [z]
*
*
2221212
2121111
izizv
izizv
Anulamos variable común
en la salida
Anulamos variable común
en la entrada
01
11111
2
i
i
vzR
02
22222
1
i
i
vzR
02
12
1
i
f
Zi
vz
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3.3.2. Paralelo-Paralelo. Parámetros [y]
01
111
2
vi
vR
02
222
1
vi
vR
1 0
f
y
o v
i
v
Anulamos variable común
en la salida
Anulamos variable común
en la entrada
*
*
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3.3.2. Paralelo-Serie. Parámetros [g]
2
111
1 0i
vR
i
1
222
2 0v
vR
i
1 0
f
i
o v
i
i
Anulamos variable común
en la salida
Anulamos variable común
en la entrada
*
*
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3.3.2. Resumen: análisis en ctos. prácticos
Identificar la topología:
Ella impone los tipos de ganancias A y correspondientes, y
la asignación en serie o paralelo de los efectos de carga sobre A
Idealizar la estructura:
Convertir todo, salvo A, en ideal. Para ello...
Asignar las impedancias de fuente y carga a A.
Obtener el efecto de carga sobre A en la entrada (R11)
Anular la variable común a la salida en la red
Efecto de carga en la salida (R22) y valor de
Anular la variable común a la entrada en la red
El nuevo amplificador resultante será: A’
Aplicar la teoría general de realimentación sobre A’ y ideal
Comprobar que A· es adimensional y positivo
Interpretar los resultados sobre el circuito original
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3.3.2. Resumen: análisis en ctos. prácticos
Siempre necesitaremos determinar la topología:
En análisis, para poder reconocer las redes A y
En diseño, según nuestro objetivo
Para reconocer la topología hay que buscar:
Un restador de señales a la entrada (variables que se suman...)
Un muestreador de señales a la salida (variable común)
La topología fuerza las condiciones concretas del análisis:
Tipo de parámetros, tipo de ganancias, etc.
Esto puede exigir transformar el cto. original en un equivalente
[Nota: no se necesitan conocimientos formales de la teoría de cuadripolos]
En consecuencia, los datos buscados pueden no ser los mismos que los obtenidos en el análisis idealizado.
Por ello, si se necesitan saber datos sobre las redes originales
¡hay que identificar los datos requeridos sobre ellas!
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Aplicación de las técnicas estudiadas.Ejemplo:
Obtener el valor de la Rin y Rout del amplificador no-inversor
3.4. Análisis de amps. realimentados reales.
Rin Rout
Amplificador realimentado en serie-paralelo (tensión-tensión)
Aplicaremos la teoría de realimentación a este problema
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Hay que transformar el problema original según la topología:
Analizamos y obtenemos las Rif y Rof del amplificador idealizado
3.4. Análisis de amps. realimentados reales.
VViSRif ARR '1
VV
oSRof
A
RR
'1
Redes A’ y equivalentes
Soluciones: Rif=Rs+RinRof=RL||Rout
¡Ojo! no son las que se piden…
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3.4. Topologías en amplificadores discretos
Reconozca el tipo de realimentación y la red usada en los siguientes amplificadores:
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3.4. Topologías en amplificadores discretos
Reconozca el tipo de realimentación y la red usada en los siguientes amplificadores:
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3.4. Realimentación en DC, en AC o mixta
Una red pasiva puede incluir elementos C o L
En este caso , esto es, la realimentación es f()
En otras ocasiones buscamos diferenciar entre realimentación sólo en continua (DC, 0), sólo en señal (AC, ») o combinada
Ejemplo típico: el C de emisor enel amplificador en E.C.
En DC es un c.a. RE realimenta en DC,con lo que estabiliza el punto Q.
En AC es un c.c. desacoplaRE del cto. en señal, no hayrealimentación en señalvariable.
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3.4. Realimentación en DC, en AC o mixta
Ejemplos:
Supuesto C», identifique la realimentación DC, AC o mixta en los casos siguientes:
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3.5. Ejercicios: 1.
Malik:ejemplo 9.6
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3.5. Ejercicios: 2.
Malik: ejemplo 9.8.Circuito original:
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3.5. Ejercicios: 2.
Malik: ejemplo 9.8.Circuito equivalente en pequeña señal:
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Referencias
Material de estudio:
Malik,
capítulo 9, secciones 9.1 a 9.6. Teoría y ejercicios.
Sedra-Smith
capítulo 8, secciones 8.1 a 8.7. Estimación de los efectos de carga.
Material complementario
Hambley,
capítulo 8, secciones 8.1 y 8.2; capítulo 1, sección 1.10
Otros:
Gráficas extraídas de los textos detallados.
Trabajos de documentación y elaboración de materiales:
Profesores del Dpto. de Electrónica de la UAH.
En colaboración con profesores del CEAN de la UPM.
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Anexo: parámetros [z]
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Anexo: parámetros [y]
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Anexo: parámetros [h]
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Anexo: parámetros [g]
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Resumen
2221212
2121111
vhihi
vhihv
2221212
2121111
izizv
izizv
1 11 1 12 2
2 21 1 22 2
i y v y v
i y v y v
1 11 1 12 2
2 21 1 22 2
i g v g i
v g v g i
[z]
[y] [g]
[h]
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Control de revisiones
2015-03-05: versión inicial.
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