30 de abril de 2012

Teoría de Electrónica Analógica

Después de mucho, mucho, sin una entrada, intentare dejar caer algunas. En esta ocasión se trata de parte de la teoría que estamos dando en la asignatura de Electronica Analógica.

Esta es la teoría que se da en la asignatura de Tecnología Electrónica, donde se ven los diodos (todos), diodos zener y transistores con todas sus características técnicas y practicas.

De aqui se sacan la mayoría de los fundamentos de diodos y transistores que se usaran en la asignatura de Electronica Analogica.

Aquí comienza la asignatura de Electrónica Analógica, pero seguramente que los documentos que presenten terminen mezclándose, ya que las mismas cosas de asignaturas anteriores se han ido usando en esta.

Tema 1 - Aplicaciones con diodos y transistores

Modelo en pequeña señal para transistores BJT (emisor común)


Modelos en parámetros híbridos para el BJT. El primero es el modelo completo, y el segundo es el simplificado, el que se ha usado en el formulario "Etapas amplificadoras básicas para transistores BJT". Ambos modelos son validos para los BJT en NPN y PNP.

Modelo en pequeña señal para transistores FET (fuente común)

Este modelo vale para los dos tipos de FET y para sus dos versiones, canal N y canal P.

Etapas amplificadoras básicas para modelos de pequeña señal

Etapas amplificadoras básicas para transistores BJT


Etapas amplificadoras básicas para transistores FET


Ordenes de magnitud de las etapas amplificadoras básicas (BJT y FET)


Modelo en gran señal para transistores FET canal N


Modelo en gran señal para transistores FET canal P


Modelo en gran señal para transistores BJT NPN (modelo ideal)


Modelo en gran señal para transistores BJT NPN (modelo de 1ª aproximación)


Modelo en gran señal para transistores BJT PNP (modelo ideal)


 Modelo en gran señal para transistores BJT PNP (modelo de 1ª aproximación)

Tema 2 - Amplificadores realimentados

Estructura básica del amplificador realimentado

Detalles a comentar del diagrama de bloques: 
  • Xif: señal que genera la fuente
  • Xi: señal que entra al amplificador básico
  • Xof: señal que llega a la carga
  • Xm. señal de muestreo
  • Xf: señal de comparación
  • A: ganancia del amplificador básico
  • B: factor de realimentación

Modelado del amplificador básico

Amplificador de tensión


Amplificador de intensidad


Amplificador de transimpedancia


Amplificador de transconductancia



Topologías de la red de realimentación


Modelado de la red de realimentacion

Serie - paralelo


Paralelo - serie


Serie - serie


Paralelo - paralelo


Topologías de los amplificadores realimentados

La parte mas teórica de este tema queda recogida en el pdf de mas abajo.

Tema 3 - Filtros. Estabilidad. Osciladores

Filtros de 2º orden

Filtro paso baja


Esta gráfica es la proporcionada en teoría 

Esta gráfica se ha obtenido con el programa de simulación PsPice para el circuito mostrado (fo=1 KHz y Q=5)


Filtro paso alta


Esta gráfica es la proporcionada en teoría 


Esta gráfica se ha obtenido con el programa de simulación PsPice para el circuito mostrado (fo=1 KHz y Q=5)


Para la obtención de los datos de los dos anteriores filtros se ha seguido el método de componentes iguales de manera que R1=R2 y C1=C2. Dicho método esta explicado en la teoría, para la cual se habría de emplear la tabla que aparecerá mas adelante. 

Filtro paso de banda


Esta gráfica es la proporcionada en teoría 


Filtro rechazo de banda


Esta gráfica es la proporcionada en teoría 

La mencionada tabla para la obtención de los componentes es esta


En ella se muestran las ecuaciones que resultan de analizar los filtros de 2º orden antes expuestos. A la derecha de cada uno se tiene la misma expresión habiendo aplicado el método de componentes iguales. Para obtener los valores de los componentes solo hemos de conocer fo (frecuencia de resonancia, toma otros nombres según que autores) y Q (factor de calidad). 
Nota: la expresión del filtro rechazo de banda no se ha escrito debido al volumen de esta, ademas también se a dado en el circuito los datos directamente en componentes iguales.

A la hora de la construcción de filtros de mayor orden, se puede recurrir a dos maneras de diseño:
  • Síntesis directa: RLC + OA, método que conlleva gran dificultad.
  • Diseño en cascada: para la obtención de un filtro de orden n se irán colocando filtros de menor orden en cascada. En este caso los componentes suelen ser obtenidos mediante programa informático. Mas antiguamente se partía de tablas como la siguiente.



En la siguiente imagen se muestran distintos tipos de gráficas a partir de las cuales se clasifican los filtros de orden n


Principios básicos de osciladores senoidales.
Para generar señales senoidales:

  • Osciladores lineales: amplificadores operacionales + red RC o LC + control no lineal de amplitud.
  • Osciladores no lineales: conformacion de señales triangulares en senoidales.

Para el control no lineal de amplitud se emplea el circuito siguiente:


Y su correspondiente gráfica, en la que se aprecia la señal de entrada (verde) y la de salida (roja) amplificada debido a que R8 e mayor que R1 e invertida por ser realimentación negativa. El recorte de la señal se obtendrá en función de la configuración que se disponga en el divisor de tensión que forman las 4 resistencias verticales. 


Para el oscilador lineal se empleara el conocido puente de Wien (con control no lineal de amplitud):


El oscilador de puente de Wien en general es la totalidad del circuito quitando el divisor de tensión que forman las resistencias verticales y los diodos

 Y su correspondiente gráfica (con el control de amplitud), en la que se aprecia la señal que se genera a la entrada (verde, en V- del amplificador) y la señal de salida (rojo), amplificada debido a la relación R4/R7 > 1 y en esta ocasión no invertida, debido a que la realimentación en este caso es positiva, que es lo general en este tipo de circuitos.


La gráfica que se obtendría para el oscilador sin el control de ganancia seria la siguiente, en la que se puede apreciar como ambas señales, la que genera el circuito y al obtenida a la salida, saturan a ciertos limites, como para la salida, que satura a la tensión de alimentación.


También se ha dado otra variación del oscilador, en este caso el oscilador con desplazamiento de fase:


En la gráfica se observa el desplazamiento de fase que existe entre las tres sondas de medida: verde (sonda del medio), rojo (sonda de la izquierda) y azul (sonda de la derecha).


Nuevamente, la teoría explicativa de este tema queda recogida en el pdf de mas abajo.

Dentro del siguiente link esta la teoría: http://www.mediafire.com/?ykvrm8bc8p5felf. Dicha teoría esta escrita por el profesor que nos imparte la asignatura. En ella se encuentran los temas que se imparten en la asignatura de Electrónica Analógica y los que se impartió en la asignatura de Electrónica Industrial.

También dejo aquí un vídeo de la practica que estamos realizando en la asignatura, un amplificador de audio con control de volumen y filtro de agudos y graves, hecho en casa, la practica terminará dentro de dos semanas, y hasta ahora va mejor el que me he montado yo que el de las practicas:



En los siguientes links están los guiones de la practica donde se realiza el amplificador del vídeo, por si alguien quiere practicar un poco. 

Y por si aun muestran mas interés, aquí ejercicios resueltos de la asignatura de Electrónica Analógica.
Tema 1
Tema 2
Tema 3

Este libro nos lo recomendó nuestro profesor de problemas (Electrónica Básica para Ingenieros),
ademas de este otro, el cual es bastante conocido (Circuitos Microelectrónicos - Sedra, Smith):

Nota: si algún link deja de estar activo, avisar en un comentario.