Amplificadores – Amplificación – Ganancias de V, I y P

Amplificadores – Amplificación

Los amplificadores son circuitos que se utilizan a aumentar (amplificar) el valor de la señal de entrada generalmente muy pequeña y así obtener una señal a la salida con una amplitud mucho mayor a la señal original.

Un caso muy común de amplificador es el que usa transistores bipolares, amplificadores operacionales, tubos o válvulas electrónicas, FETs, etc.

Algunas veces la amplificación puede causar que la señal a la salida del amplificador salga distorsionada causada por una amplificación muy grande o por efectos propios del amplificador.

Símbolo de un amplificador

Hay que tomar en cuenta que un amplificador no puede tener en su salida niveles de voltaje mayor a los que la fuente de alimentación le puede dar.

Amplificadores – Amplificación – Ganancias de Voltaje, Corriente y Potencia

Consideraciones sobre los amplificadores y la amplificación

• Si el amplificador es alimentado por 12 voltios. La señal de salida no podrá tener un voltaje mayor a este.
• Para aumentar la potencia de salida de un amplificador, normalmente se aumenta la cantidad de corriente que este puede suministrar. Acordarse que: P (potencia) = V (voltaje) x I (corriente). Si no puede aumentar el voltaje, hay que aumentar la corriente.
• En el caso que se muestra en los diagramas, se ve que la señal de salida (diagrama inferior) es mayor que la de la entrada (diagrama inferior), pero adicionalmente está invertida. Caso que algunas veces se presenta en amplificadores y se llaman amplificadores inversores.

Amplificadores muy conocidos por todos, son los amplificadores de audio. En estos casos lo que se logra es amplificar una señal de audio muy pequeña que se obtiene de un micrófono o fuente de sonido como CD o DVD.

Como el voltaje de la fuente de alimentación no es muy elevada (caso de amplificadores a transistores), lo que se amplifica es la corriente. (ver la fórmula de potencia anterior)

La salida del amplificador de audio se aplica a uno o más parlantes que transforman las señales eléctricas en ondas sonoras.

Ganancia de tensión, corriente y potencia de un Amplificador

La ganancia de tensión, corriente y potencia de cualquier amplificador se puede calcular con facilidad. Para ellos solo son necesarios tener los valores en sus entradas y en sus salidas.

Estas ganancias se representan como ∆_V, ∆i y ∆_P.   A continuación se dan unos ejemplos sencillos de estos cálculos.

Ganancia de tensión (∆_V)

La ganancia de tensión se obtiene del cociente de la tensión en la salida entre la tensión de la entrada. Ver la siguiente fórmula:

∆_V = V_sal / V_ent

Ejemplo: Si un amplificador tiene una entrada de 0.1 Vpp (voltios pico-pico) y una salida de 10 Vpp, la ganancia de tensión será: ∆V = 10 Vpp / 0.1 Vpp = 100.

Ganancia de corriente (∆i)

La ganancia de corriente se obtiene del cociente de la corriente de salida del amplificador entre la corriente en los terminales de entrada.

∆_i = i_sal / i_ent

Ejemplo: Si se tiene un amplificador con ganancia de corriente igual a 500 (∆_i = 500), se le aplica a una carga de 200 ohmios y si la corriente de entrada i_ent = 10 uA. ¿Cuál es la tensión en la carga?

• Primero se obtiene la corriente de salida: i_sal = ∆_i x i_ent = 500×10 uA = 5000 uA = 5 mA
• La tensión en la carga será: Vsal = 200 x i_sal = 200 ohmios x 5mA = 1000 mV = 1 voltio

Ganancia de potencia (∆_P)

La ganancia de potencia se obtiene del cociente de la potencia entregada en los terminales de salida y la potencia recibida en los terminales de entrada.

∆_P = P_sal / P_ent

Ejemplo: utilizando el mismo ejemplo anterior y suponiendo que a la entrada del amplificador exista una resistencia de 1K, calcular  ∆_P.

Potencia de entrada: P_ent = I²R = (10 uA)² x R = 0.1 uW (microWatts / microvatios)
Potencia de salida: P_sal = V * I = 1 Voltio x 5 mA = 5 mW (miliwatts / milivatios)

Entonces la ganancia de potencia: ∆_P = P_sal / P_ent = 5 mW / 0.1 uW = 50,000

Debido a que las ganancias pueden ser muy grandes, es más conveniente utilizar otra forma para medirlas en donde se busca conocer cuantas veces es más grande o más pequeña es una cantidad con respecto a otra. Una manera más cómoda de expresar ganancias o pérdidas es utilizando el decibel o decibelio.

Ejemplo de cálculo de ganancia de voltaje en dB:

Si en un amplificador, el voltaje de entrada es 0.1 voltios y el voltaje de salida es 100 voltios, la ganancia de voltaje es ∆V = V_salida/V_entrada = 100/0.1 = 1000. (La salida es 1000 veces más grande que la entrada)

Para expresarlo en decibeles se utiliza la fórmula: ∆_V = 20 x log(V_salida/V_entrada)

∆_V = 20 x log(100/0.1) = 20 x log(1000) = 60 dB

Ejemplo de cálculo de ganancia de corriente en dB:

Si en un amplificador, la corriente de entrada es 1 amperios y la corriente de salida es 10 amperios, la ganancia de corriente es ∆_i = i_sal / i_ent = 10/1 = 10. (La corriente de salida es 10 veces mayor que la de la  entrada)

Para expresarlo en decibeles se utiliza la fórmula: ∆_i = 20 x log(i_sal / i_ent)

∆_i = 20 x log(10/1) = 20 x log(10) = 20 dB

Ejemplo de cálculo de ganancia de potencia en dB:

Si en un amplificador, la potencia de entrada es 0.01 vatios y la potencia de salida es 20 vatios, la ganancia de potencia es ∆_P = P_sal / P_ent = 20/0.01 = 2000. (La potencia de salida es 2000 veces mayor que la de la entrada)

Para expresarlo en decibeles se utiliza la fórmula: ∆_P = 10 x log(P_sal / P_ent)

∆_P = 10 x log(20/0.01) = 10 x log(2000) = 33 dB

Más información sobre esta forma de expresar ganancia o pérdida de voltaje, corriente o potencia, ver el Decibel o Decibelio.

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