INTRODUCCION A LOS SISTEMAS RETROALIMENTADOS.

Conceptos de retroalimentación.

En la figura 1 se muestra una conexión típica de retroalimentación. La señal de entrada, Vs,

se aplica a una red mezcladora en donde se combina con la señal de retroalimentación, Vf. La

diferencia entre estas dos señales, Vi, es el voltaje de entrada del amplificador. Una parte de la

salida del amplificador, Vo, se conecta a la red de retroalimentación (β), la cual proporciona una

parte reducida de la salida como señal de retroalimentación a la red mezcladora de la entrada.

Figura 1 Diagrama de bloques simple de un amplificador retroalimentado.

( )

( )

( )

Si | | | | ( ) Retroalimentación negativa (Degenerativa).

Si | | | | ( ) Retroalimentacion positiva (Regenerativa).

Definición:

Ganancia de lazo o Transmisión Gazal

Dependiendo de la polaridad relativa de la señal que está siendo retroalimentada, esta puede

ser negativa o positiva. La retroalimentación positiva lleva a un circuito a la oscilación. Si la señal

de retroalimentación es de polaridad opuesta a la señal de entrada, como se muestra en la figura 1,

la retroalimentación es negativa. La retroalimentación negativa da como resultado una disminución

de la ganancia de voltaje total, se obtienen varias mejorías, como:

1. Ganancia de voltaje más estable.

2. Respuesta en la frecuencia mejorada.

3. Ruido reducido.

4. Operación más lineal.

Tipos de conexión de retroalimentación.

Existen cuatro formas básicas de conectar la señal de retroalimentación. Pueden ser

retroalimentados tanto voltaje como corriente a la entrada, ya sea en serie o en paralelo.

Específicamente pueden ser las ilustradas en la figura 2:

1. Retroalimentación de voltaje en serie (figura 2a).

2. Retroalimentación de corriente en serie (figura 2b).

3. Retroalimentación de corriente en paralelo (figura 2c).

4. Retroalimentación de voltaje en paralelo (figura 2d).

Figura 2 Tipos de amplificadores retroalimentados y sus diferentes configuraciones.

Voltaje se refiere a la conexión del voltaje de salida como entrada a la red de

retroalimentación; corriente significa derivar alguna corriente de salida a través de la red de

retroalimentación. Serie es conectar la señal de retroalimentación en serie con el voltaje de la señal

de entrada, y paralelo quiere decir la conexión de la señal de retroalimentación en paralelo con una

fuente de corriente de entrada.

Las conexiones de retroalimentación en serie tienden a incrementar la resistencia de entrada,

mientras que las conexiones de retroalimentación en paralelo tienden a disminuir la resistencia de

entrada. La retroalimentación de voltaje tiende a disminuir la impedancia de salida, mientras que la

retroalimentación de corriente tiende a incrementar la impedancia de salida.

Por lo general, la mayor impedancia de entrada y menor impedancia de salida son necesarias

en la mayoría de los amplificadores en cascada. Ambas se obtienen por medio de la conexión de

retroalimentación de voltaje en serie.

Ganancia con retroalimentación.

De acuerdo con el circuito de la figura 3, se aprecian dos operaciones necesarias que son

muestreo, figura 4, y comparación, figura 5, de voltaje y de corriente.

Figura 3 Ganancia de un sistema retroalimentado.

Figura 4 Tipos de muestreo.

De voltaje o en serie con la fuente. De corriente o en paralelo con la fuente.

Figura 5 Tipos de comparación.

Se puede entonces concluir que se tienen 4 tipos de ganancias;

Análisis del circuito de retroalimentación de voltaje en serie MVCV.

Figura 6 Retroalimentación de voltaje en serie.

Para la Ganancia de Voltaje con retroalimentación:

Para la Impedancia de entrada con retroalimentación:

( )

( )

Análisis del circuito de retroalimentación de corriente en serie MICV.

Figura 7 Retroalimentación de corriente en serie.

Para la Ganancia de Voltaje con retroalimentación:

Para la Impedancia de entrada con retroalimentación:

( )

( )

Análisis del circuito de retroalimentación de corriente en paralelo MICI.

Figura 8 Retroalimentación de corriente en paralelo.

Para la Ganancia de Voltaje con retroalimentación:

Para la Impedancia de entrada con retroalimentación:

( )

( )

Análisis del circuito de retroalimentación de voltaje en paralelo MVCI.

Figura 9 Retroalimentación de voltaje en paralelo.

Para la Ganancia de Voltaje con retroalimentación:

Para la Impedancia de entrada con retroalimentación:

( )

( )

En el amplificador de la figura 10 se muestran los cuatro puntos para muestreo y

comparación, además, la tabla 1 presenta las ecuaciones que involucran estos amplificadores.

Figura 10 Circuito amplificador con puntos de muestreo y comparación.

Tabla 1 Relación de variables de los cuatro tipos de amplificadores retroalimentados.

Relación de variables Símbolo MVCV MVCI MICV MICI

Ganancia sin

retroalimentación A

Factor de

retroalimentación Β

Ganancia con retroalimentación

Impedancia de entrada

con retro ( )

( )

Impedancia de salida

con retro

( ) ( )

SISTEMAS RETROALIMENTADOS

Método para analizar los amplificadores retroalimentados.

1. Identificar la configuración del amplificador retroalimentado (tipo de muestreo y tipo de

comparación).

2. Dibujar el circuito equivalente de cada elemento activo sin retroalimentación.

3. Representar las fuentes de señal con su equivalente de Thevenin (CV) o Norton (CI).

4. Representar el efecto de carga del muestreador:

a. Para el circuito de entrada:

Hacer para MV (cortocircuitar la salida)

Hacer para MI (Abrir la red de salida)

b. Para el circuito de salida:

Hacer para CI (cortocircuitar la entrada)

Hacer para CV (Abrir la red de entrada)

5. Calcular las ganancias e impedancias sin Retroalimentación.

6. Calcular la ganancia de lazo T con la fuente de señal de entrada en cero.

7. Calcular ganancias e impedancias con Retroalimentación.

Considere el circuito amplificador de dos etapas de la figura 11. Retroalimentación de voltaje en

serie (MVCV).

Figura 11 Amplificador de dos etapas de retroalimentación de voltaje en serie.

Para el circuito de entrada Para el circuito de salida

Análisis del circuito de retroalimentación de voltaje en serie MVCV.

Figura 12.Circuito de retroalimentación de voltaje en serie, amplificador de voltaje.

Para el circuito de entrada Para el circuito de salida

(cortocircuitar la salida). (abrir la red de entrada).

Figura 13 Circuito equivalente (Carga del muestreador).

Del circuito de salida:

Para la ganancia de voltaje sin retroalimentación:

Por ley de ohm:

Por divisor de corriente:

( ( ))

( ( ))

( )

( )

Ley de ohm:

( )( )

Para la ganancia de voltaje con retroalimentación.

Nota: Si T >> 1 y

Para las impedancias:

[ ( )( )]

( )

( )

Análisis de un circuito de retroalimentación de voltaje en serie MVCV.

Figura 14. Circuito de retroalimentación de voltaje en serie, amplificador de voltaje.

Para el circuito de entrada Para el circuito de salida

(cortocircuitar la salida). (abrir la red de entrada).

Figura 15 Circuito equivalente (Carga del muestreador).

Del circuito de salida:

Para la ganancia de voltaje sin retroalimentación:

Por ley de ohm:

Por divisor de corriente:

( )

( )( )

( )

( )

( )( || || )

|| ||

Ley de ohm:

( )( )

( || )( )

( )( )( )( )

Para la ganancia de voltaje con retroalimentación.

( )( )

Para las impedancias:

[ ( )( )] || ||[ ( || )( )]

( ) ( )[ ( )( )]

( ) ||( )

( )( )

Diseño de un circuito de retroalimentación de voltaje en serie MVCV (Circuito Práctica 9).

Diseñe un amplificador retroalimentado de dos etapas, como el de la figura 16, con los

siguientes datos (Para la práctica solo cambie el valor de ):

Figura 16. Circuito de retroalimentación de voltaje en serie, amplificador de voltaje.

( )( )

De la ganancia con retroalimentación

Nota: Si = T >> 1

Análisis de polarización:

1ra. Etapa.

( )( )

Por LVK en la malla ,

Se propone

( )( )

2da. Etapa.

( )

( )( )

( )( )

Comprobación de la ganancia de voltaje con retroalimentación

Por ley de ohm:

Por divisor de corriente:

( ( ))

( ( ))

( )[ ||( )]

||( )

( )

( )

( )( || )

||

Ley de ohm:

( )( )

( || )( )

( )( )( )( )

( )( )

Para las impedancias:

[ ( )( )]

||[ ( || )( )]

( ) ( )[ ( )( )]

( ) ||( )

( )( )

Análisis del circuito de retroalimentación de corriente en serie MICV.

Figura 17. Circuito de retroalimentación de corriente en serie, amplificador de transconductancia.

Para el circuito de entrada Para el circuito de salida

(Abrir la red de salida). (Abrir la red de entrada).

Figura 18 Circuito equivalente (carga del muestreador).

Del circuito de salida

( )

( ) ( ) ( )

( )

( )( )

( )

( )

( )

( )

( )( )

Para la ganancia de transconductancia sin retroalimentación:

[ ( )]( )

( )( )

[ ( )]( )

( )( )

[ ( )]( )

[ ||( )]( )

( )( )( )( )

Para la ganancia de transconductancia con retroalimentación:

( )( )

Para las impedancias:

[ ( )]( )

[ ||( )]( )

( ) ( )( ( )( ))

( ) ( )( ( )( ))

Para la ganancia de voltaje

( )( )

( ( )( ))

Análisis del circuito de retroalimentación de voltaje en paralelo MVCI (Circuito Práctica 10).

Figura 19 Circuito de retroalimentación de voltaje en paralelo, amplificador de transresistencia.

Para el circuito de entrada V0 = 0. Para el circuito de salida Vi = 0.

(Cortocircuitar la salida). (Cortocircuitar la entrada).

Figura 20 Circuito equivalente (carga del muestreador).

Del circuito de salida, por la ley de ohm

Para la ganancia de transresistencia sin retroalimentación

( ) (

) (

)

( ) (( )( )

) (

)

Para la ganancia de transresistencia con retroalimentación

( )( )

Para las impedancias

Para la ganancia de voltaje

Análisis del circuito de retroalimentación de voltaje en paralelo MVCI.

Figura 21 Circuito de retroalimentación de voltaje en paralelo, amplificador de transresistencia.

Para el circuito de entrada V0 = 0. Para el circuito de salida Vi = 0.

(Cortocircuitar la salida). (Cortocircuitar la entrada).

Figura 22 Circuito equivalente (carga del muestreador).

Del circuito de salida, por la ley de ohm

Para la ganancia de transresistencia sin retroalimentación

( ) (

) *( )

+ (

( || )( ))

( ) (( )( )

)(( )( )

)(

( || )( ))

Para la ganancia de transresistencia con retroalimentación

( )( )

Para las impedancias

[ ( || )( )]

[ ( || )( )]

Para la ganancia de voltaje

Diseño del circuito de retroalimentación de corriente en paralelo MICI.

Figura 23 Circuito de retroalimentación de corriente en paralelo, amplificador de corriente.

Para el circuito de entrada Para el circuito de salida

(Abrir la red de salida). (Cortocircuitar la entrada).

Figura 24 Circuito equivalente (carga del muestreador).

Del circuito de salida

( )

( )( )

Para la ganancia de corriente sin retroalimentación:

[ ( )( )]

( )

[ ( || )( )]

( )( )( )

Para la ganancia de corriente con retroalimentación

( )( )

Para las impedancias

( ) ( )

( ) ( )

Para la ganancia de voltaje

( )