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CIRCUITO BÁSICO DE UN AMPLIFICADOR
Con lo dicho ya se puede comprender el funcionamiento completo de una etapa
clásica amplificadora cuyo esquema se presenta en la figura. La tensión de
alimentación del circuito suele ser del orden de varios cientos de voltios y
consistir en una fuente de alimentación que rectifica la c.a. de la red.
La resistencia de carga RC influye directamente
en el valor de la amplificación y ya se estudió cómo determina su valor la
pendiente de la recta de carga y, por
tanto, los puntos de funcionamiento de la válvula.
La resistencia y el condensador de cátodo, RK y
CK, tienen por misión hacer negativa la rejilla de
control para que la válvula trabaje en el punto de reposo
elegido. Rg, es la resistencia entre cuyos extremos se aplica la señal de
entrada que se ha de amplificar.
AMPLIFICADOR DE BAJA
FRECUENCIA O AUDIOFRECUENCIA
Una de las clasificaciones mas importantes de los amplificadores, es la que
se refiere a la frecuencia de trabajo, en donde se establecen dos grandes
grupos: los de baja frecuencia y los de alta frecuencia.
Los amplificadores de baja frecuencia se llaman también de
audiofrecuencia,
porque se utilizan para amplificar señales cuya frecuencia está comprendida
entre los 50 y los 16.000 Hz aproximadamente, margen en el que el oído
humano es capaz de percibir los sonidos constituidos por vibraciones
elásticas producidas normalmente en el aire, de donde proviene la
denominación de «audiofrecuencia».
Los amplificadores de alta frecuencia son los encargados de amplificar
señales no audibles, de elevada frecuencia, utilizadas ampliamente para la
transmisión a largas distancias.
Aunque haya gran similitud entre los amplificadores de alta y de baja
frecuencia, sobre todo en el funcionamiento básico, se empieza el estudio
por los de baja frecuencia, para completarlo posteriormente con las
particularidades propias de los de alta frecuencia.
ACOPLO DE LOS AMPLIFICADORES DE VARIAS ETAPAS
A veces con una sola válvula amplificadora, o sea, una etapa no se puede
elevar la señal hasta el nivel requerido, por lo que la salida que se
obtiene hay que amplificarla nuevamente en otra etapa.
Si a una etapa que amplifica 50 veces se le aplica una señal de 1 mV se
obtiene una salida de 50 mV, los cuales, al ser aplicados a otra etapa que
tenga amplificación 10 veces, producen en su salida 500 mV, que aplicados a
otra etapa de amplificación 20 se convierten en 10.000 mV, proceso que queda
reflejado en la figura.
Hay dos tipos de acoplos que pueden intercalarse entre las diferentes etapas
que forman el conjunto del amplificador:
1.º) Acoplo mediante resistencia y condensador.
2.º) Acoplo mediante
transformador.
ACOPLO ENTRE ETAPAS MEDIANTE RESISTENCIA Y CONDENSADOR
Consiste en colocar entre la
salida de una etapa amplificadora y la entrada de la siguiente una
resistencia y un condensador, de forma similar a la expuesta en la figura.
Se vuelve a insistir en que la alimentación es en
realidad una fuente de alimentación común, que se encarga de rectificar y
filtrar la c.a. de la red. En el punto 1 de la salida de la 1ª etapa de la figura, existe una
componente continua debida a la polarización fija de la rejilla de control
y otra alterna producida por las variaciones de la tensión de entrada que se
desea amplificar. A la segunda etapa, formada por la válvula V2, sólo debe
llegar la componente alterna, debiendo ser bloqueada la componente continua
para que en la rejilla de control de V2 no aparezca una tensión positiva,
que saturaría la válvula y la llevaría a un agotamiento rápido.
El condensador C colocado entre la placa de V1 y la rejilla de
V2 impide el
paso de la componente continua, mientras deja pasar la componente alterna
de salida de la primera etapa, a la cual sólo le presenta una resistencia o
reactancia capacitiva cuyo valor viene dado por la siguiente fórmula:
XC = 1 / ( 2 x π x f x C)
La reactancia Xc depende de la
frecuencia f de trabajo, que en el caso de los amplificadores de baja
frecuencia se toma como promedio de 1.000 Hz, y del valor del condensador.
Bloqueada la componente continua por el condensador, la alterna existente en
el punto 1 se reparte entre ese condensador y la resistencia Rg2
proporcionalmente al valor óhmico de ambos componentes. En la figura, a la
parte de componente alterna que queda en el condensador se le llama Vca1 y a
la de la resistencia, Vca2.
La distribución de la
componente alterna cumple la siguiente fórmula:
Vcal + Vca2 = Cca
Interesa que quede en la resistencia Rg2 la
mayor parte de la componente alterna, ya que es la parte que se aplica a la
entrada de la válvula V2 para que vuelva a ser amplificada. Sin embargo, la
tensión Vea, que queda en el condensador no se aprovecha, por lo que
interesa que sea lo menor posible.
Si la frecuencia de trabajo es baja la Xc del
condensador de acoplo es elevada, quedándose en él una gran parte de la
componente alterna a amplificar, puesto que el reparto de dicha componente
es proporcional al valor óhmico del condensador y la resistencia.
En un circuito tal como el que se presenta en la figura el reparto de la
componente de 60 mV es el que se indica en la figura, en una frecuencia de
trabajo de 1.000 Hz.
El valor de la reactancia del
condensador se obtiene aplicando la fórmula correspondiente:
XC = 1 / ( 2 x π x
f x C) = 2 x 3,14 x 1.000 x 1.000 x 10-12
= 1.592KΩ
Como la resistencia del condensador es 10 veces mayor que la
de Rg2 (150Ω)
quedan en él aproximadamente las diez onceavas partes de la tensión total
aplicada, o sea, 10 x 60 / 11 = 54,5 mV.
De esta forma, la señal de 60 mV que entregaba V1 queda
reducida en 54,5 mV, que absorbe el condensador de bloqueo de la componente
continua, pasando a la segunda etapa sólo 5,5 mV.
En las frecuencias altas el condensador de
acoplamiento presenta una baja reactancia, pero entonces hay que tener en
cuenta que en paralelo con Rg2 existe una capacidad parásita formada por el
conjunto de las capacidades interelectródicas de la válvula y la procedente
del conexionado del montaje, como se representa en la figura.
Si se considera que la capacidad parásita es del orden de los
100 pF y la frecuencia de trabajo (alta) de 1 MHz, el valor de la reactancia
del condensador ficticio será:
XC = 1 / ( 2 x π x f x C) = 2 x 3,14 x 106
x 100 x 10-12 = 1.592Ω
Al quedar este condensador parásito de
1.592Ω de reactancia en paralelo con
Rg2, de 150KΩ, la resistencia equivalente de los dos elementos en paralelo
es menor que el que tenga menos valor, o sea, inferior a 1.592Ω, con lo
que se reduce notablemente en altas frecuencias el valor de la resistencia
de acoplo y también
el valor de la componente alterna que se aplica a la segunda etapa.
Únicamente en las frecuencias medias el tipo de acoplo por resistencia y
condensador mantiene un nivel de amplificación aceptable. En las
frecuencias bajas el condensador de acoplo, por su alta reactancia, absorbe
la mayor parte de la señal amplificada por la etapa precedente, en las
frecuencias altas el valor de la resistencia Rg2 queda notablemente
disminuido por el efecto de la capacidad parásita que aparece en paralelo
con ella. Lo expuesto queda reflejado en el gráfico de la figura.
Una variante del acoplo R-C es el llamado L-C, en el cual se sustituye la
resistencia de carga de la primera etapa del amplificador por una bobina,
consiguiéndose con ello que la resistencia que ésta opone a la c.c. sea muy
pequeña, elevándose la tensión media de trabajo en el ánodo de la válvula
correspondiente V1, con lo que se mejora la ganancia. La bobina presenta a
la componente alterna una alta reactancia, que viene determinada por la
fórmula
XL = 1 / ( 2 x π x f x L).
Este procedimiento se muestra en la figura.
ACOPLO ENTRE ETAPAS MEDIANTE TRANSFORMADOR
En lugar de utilizar una resistencia acoplar dos etapas sucesivas se puede y
un condensador para usar un transformador,
habida cuenta que este componente sólo deja pasar a su secundario la
componente alterna, eliminando la continua. En la figura se muestra un
amplificador de dos etapas acopladas por transformador.
El uso del transformador en los acoplos interetapas no es muy frecuente, por
dos razones:
1º) Es un elemento grande, pesado y caro.
2°) El primario del transformador actúa como carga de la válvula V1
presentando poca resistencia a la componente continua, por lo que consume
poca parte de ella; sin embargo, a la componente alterna le presenta una
reactancia que depende de la frecuencia según la fórmula
XL = 1 / ( 2 x π x f x L).
De forma que al variar la frecuencia de trabajo lo hace también la carga de
la válvula y, consecuentemente, su amplificación, obteniéndose el gráfico de
ampliación /frecuencia de la figura.
Estos inconvenientes del transformador hacen que se evite su uso,
prefiriendo aumentar la amplificación de las etapas o el número de ellas
utilizando el acoplo R-C. Hay casos en los que se
hace imprescindible el uso del transformador, como cuando hay problema con
los acoplos de impedancias, cosa que sucede frecuentemente en los
amplificadores de salida.
A continuación, en la figura, se presenta un amplificador de tres
etapas acopladas las dos primeras por resistencia y condensador y las dos
últimas por transformador.
En el amplificador de la figura anterior se ha colocado una fuente de
alimentación común para alimentar los ánodos de las válvulas, en lugar de
pilas. Para evitar que las componentes alternas que circulan por las
válvulas entren en la fuente de alimentación y a través de ella puedan
pasar a otras etapas o circuitos alimentados también por la misma fuente,
se han colocado tres filtros de desacoplo, formados por una resistencia y un condensador a masa. La componente alterna al llegar a dichos filtros se
deriva por el condensador a masa, evitándose así que entre en la fuente de
alimentación. La componente continua, al no poder pasar por el condensador,
que la bloquea, no tiene otro remedio que entrar por la resistencia del
filtro a la fuente.
Si las etapas estuviesen constituidas por pentodos
en lugar de triodos responderían al circuito de la figura.
Las únicas dos particularidades del pentodo son las derivadas de las
polarizaciones de las nuevas rejillas. Así, la
rejilla pantalla se polariza
positivamente desde la fuente de alimentación a través de una resistencia
Rp. También, y para evitar que pase a la fuente la componente alterna de la
pantalla, se coloca en este electrodo un condensador de desacoplo a masa. La
rejilla supresora se manda a masa o bien ya viene preparada de fábrica
conectada internamente al cátodo, que apenas tiene tensión.
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