amplificadores multietapa

  

¿No podemos construir un único amplificador que pueda aumentar instantáneamente una señal al aplicar un Vcc más alto para que la tensión de salida ocupe la mayor parte del pico al pico del suministro Vcc?

Un amplificador bien diseñado debería tener más características que solo una alta ganancia. Por ejemplo, una impedancia de entrada muy alta o adaptada a la entrada, una impedancia de salida baja, una distorsión baja y un bajo consumo de energía son algunas de las características que probablemente sean importantes en la mayoría de las aplicaciones.

Los requisitos de impedancia de entrada y salida, en particular, son aquellos que podrían impulsar un diseño para utilizar múltiples etapas. Incluso si la primera etapa es simplemente un búfer, permite que la etapa de entrada se optimice para una alta impedancia de entrada, mientras que la etapa de salida se optimiza para una baja distorsión a una baja impedancia de salida, mientras minimiza el consumo de energía.

De forma similar, la alta ganancia y la baja impedancia de salida requieren diferentes optimizaciones. Si consideras el típico amplificador de emisor común

entonces la ganancia alta (voltaje) requiere un alto valor de R _C , mientras que una impedancia de salida baja requiere lo contrario.

Si usa una etapa de emisor común para obtener ganancia, puede seguirla con un seguidor de emisor (o una etapa de salida de clase AB clásica) para la coincidencia de impedancia de salida y cumplir ambos requisitos.

  

Deberíamos usar diferentes + Vcc en cada etapa porque, si no lo hiciéramos, llegará un punto en el que se producirá distorsión debido a la saturación o al corte

No importa qué Vcc use, hay un punto en el que la etapa final del amplificador comienza a distorsionarse demasiado para su aplicación (a menos que su aplicación sea un circuito de saturación, tal vez).

Entonces, ¿la única pregunta es si las etapas anteriores deben ejecutarse en un Vcc más bajo? El único beneficio que puedo ver es tal vez un consumo de energía reducido. Pero es probable que esto no tenga consecuencias porque la etapa de salida normalmente domina el consumo de energía de todos modos. Por otro lado, usar un Vcc más bajo para las etapas anteriores significa tener que tener múltiples reguladores (ya sea proporcionados por el usuario o integrados en el circuito del amplificador), lo que aumenta el costo del sistema. Por lo tanto, esta idea tiene un alto costo pero un beneficio mínimo, lo que explica por qué rara vez se hace.

  

¿Por qué la gente usa amplificadores de múltiples etapas en lugar de solo uno?   amplificador.

La respuesta corta es que no hay un amplificador de una sola etapa que se acerque de forma remota al amplificador de voltaje ideal.

Una aproximación del amplificador de voltaje ideal es casi lineal para señales grandes y tiene una impedancia de entrada alta, una impedancia de salida baja y un ancho de banda amplio.

Hay tres configuraciones para los amplificadores de una etapa: emisor común, colector común y base común.

El colector común es bastante lineal, tiene una alta impedancia de entrada, una baja impedancia de entrada y un ancho de banda amplio. También tiene una ganancia de voltaje inferior a la unidad, por lo que simplemente no es útil como amplificador de voltaje.

La base común tiene una ganancia de alto voltaje y un alto ancho de banda pero una impedancia de entrada muy baja y una impedancia de salida moderadamente alta, por lo que tampoco es una buena aproximación.

Finalmente, el emisor común tiene una ganancia de alto voltaje, una impedancia de entrada moderada, una impedancia de salida moderadamente alta y un ancho de banda moderado. En general, es la mejor opción para la amplificación de voltaje.

Pero, lo más importante, está lejos de ser lo ideal. Los amplificadores de varias etapas pueden acercarse mucho más a la aproximación del amplificador de voltaje ideal.

Por ejemplo, para obtener una impedancia de salida baja, una etapa de colector común puede seguir al emisor común. Para obtener una alta impedancia de entrada, un colector común puede preceder el emisor común.

Un enfoque más sofisticado sería colocar en cascada dos etapas de emisor común para obtener una ganancia de voltaje enorme y luego usar retroalimentación negativa para obtener la ganancia de voltaje hasta el nivel deseado. Cabe destacar que la retroalimentación negativa también reduce la impedancia de salida y aumenta la impedancia de entrada al mismo tiempo que mejora la linealidad para señales grandes y amplía el ancho de banda.