Amplificadores sintonizados
Los tipos de amplificadores que hemos discutido hasta ahora no pueden funcionar de manera efectiva en frecuencias de radio, aunque son buenos en frecuencias de audio. Además, la ganancia de estos amplificadores es tal que no variará según la frecuencia de la señal, en un amplio rango. Esto permite la amplificación de la señal igualmente bien en un rango de frecuencias y no permite la selección de una frecuencia deseada particular mientras rechaza las otras frecuencias.
Entonces, surge la necesidad de un circuito que pueda seleccionar y amplificar. Entonces, un circuito amplificador junto con una selección, como un circuito sintonizado, hace unTuned amplifier.
¿Qué es un amplificador sintonizado?
Los amplificadores sintonizados son los amplificadores que se emplean con el propósito de tuning. Sintonizar significa seleccionar. Entre un conjunto de frecuencias disponibles, si surge la necesidad de seleccionar una frecuencia en particular, mientras se rechazan todas las demás frecuencias, dicho proceso se denominaSelection. Esta selección se realiza utilizando un circuito llamado comoTuned circuit.
Cuando un circuito amplificador tiene su carga reemplazada por un circuito sintonizado, dicho amplificador se puede llamar como Tuned amplifier circuit. El circuito amplificador sintonizado básico se ve como se muestra a continuación.
El circuito del sintonizador no es más que un circuito LC que también se denomina como resonant o tank circuit. Selecciona la frecuencia. Un circuito sintonizado es capaz de amplificar una señal en una banda estrecha de frecuencias centradas en la frecuencia resonante.
Cuando la reactancia del inductor equilibra la reactancia del capacitor, en el circuito sintonizado a alguna frecuencia, dicha frecuencia se puede llamar como resonant frequency. Se denota porfr.
La fórmula de la resonancia es
$$ 2 \ pi f_L = \ frac {1} {2 \ pi f_c} $$
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$
Tipos de circuitos sintonizados
Un circuito sintonizado puede ser un circuito sintonizado en serie (circuito resonante en serie) o un circuito sintonizado en paralelo (circuito resonante en paralelo) según el tipo de su conexión al circuito principal.
Circuito sintonizado en serie
El inductor y el condensador conectados en serie forman un circuito sintonizado en serie, como se muestra en el siguiente diagrama de circuito.
A frecuencia resonante, un circuito resonante en serie ofrece baja impedancia que permite una alta corriente a través de él. Un circuito resonante en serie ofrece una impedancia cada vez más alta a las frecuencias alejadas de la frecuencia resonante.
Circuito sintonizado en paralelo
El inductor y el condensador conectados en paralelo forman un circuito sintonizado en paralelo, como se muestra en la siguiente figura.
A frecuencia resonante, un circuito resonante paralelo ofrece alta impedancia que no permite alta corriente a través de él. Un circuito resonante paralelo ofrece una impedancia cada vez más baja a las frecuencias alejadas de la frecuencia resonante.
Características de un circuito sintonizado en paralelo
La frecuencia a la que se produce la resonancia en paralelo (es decir, el componente reactivo de la corriente del circuito se vuelve cero) se denomina frecuencia resonante fr. Las principales características de un circuito sintonizado son las siguientes.
Impedancia
La relación entre el voltaje de suministro y la corriente de línea es la impedancia del circuito sintonizado. La impedancia ofrecida por el circuito LC viene dada por
$$ \ frac {Suministro \: voltaje} {Ecuación de línea} = \ frac {V} {I} $$
En resonancia, la corriente de línea aumenta mientras que la impedancia disminuye.
La siguiente figura representa la curva de impedancia de un circuito de resonancia paralelo.
La impedancia del circuito disminuye para los valores por encima y por debajo de la frecuencia de resonancia. fr. Por tanto, es posible la selección de una frecuencia particular y el rechazo de otras frecuencias.
Para obtener una ecuación para la impedancia del circuito, consideremos
Línea Corriente $ I = I_L cos \ phi $
$$ \ frac {V} {Z_r} = \ frac {V} {Z_L} \ times \ frac {R} {Z_L} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {Z_L ^ 2} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {L / C} = \ frac {CR} {L} $$
Dado que, $ Z_L ^ 2 = \ frac {L} {C} $
Por lo tanto, la impedancia del circuito Z r se obtiene como
$$ Z_R = \ frac {L} {CR} $$
Por tanto, en resonancia en paralelo, la impedancia del circuito es igual a L / CR.
Corriente del circuito
En resonancia en paralelo, la corriente de circuito o línea I viene dada por el voltaje aplicado dividido por la impedancia del circuito Z r , es decir,
Línea actual $ I = \ frac {V} {Z_r} $
Donde $ Z_r = \ frac {L} {CR} $
Debido a que Z r es muy alto, la corriente de línea I será muy pequeña.
Factor de calidad
Para un circuito de resonancia paralelo, la nitidez de la curva de resonancia determina la selectividad. Cuanto menor sea la resistencia de la bobina, más aguda será la curva resonante. Por lo tanto, la reactancia inductiva y la resistencia de la bobina determinan la calidad del circuito sintonizado.
La relación entre la reactancia inductiva de la bobina en resonancia y su resistencia se conoce como Quality factor. Se denota porQ.
$$ Q = \ frac {X_L} {R} = \ frac {2 \ pi f_r L} {R} $$
Cuanto mayor sea el valor de Q, más aguda será la curva de resonancia y mejor será la selectividad.
Ventajas de los amplificadores sintonizados
Las siguientes son las ventajas de los amplificadores sintonizados.
El uso de componentes reactivos como L y C minimiza la pérdida de potencia, lo que hace que los amplificadores sintonizados sean eficientes.
La selectividad y amplificación de la frecuencia deseada es alta, proporcionando una impedancia más alta a la frecuencia resonante.
Un suministro de colector VCC más pequeño sería suficiente, debido a su poca resistencia en el circuito sintonizado en paralelo.
Es importante recordar que estas ventajas no son aplicables cuando existe una alta carga resistiva del colector.
Respuesta de frecuencia del amplificador sintonizado
Para que un amplificador sea eficiente, su ganancia debe ser alta. Esta ganancia de voltaje depende de β, impedancia de entrada y carga del colector. La carga del colector en un amplificador sintonizado es un circuito sintonizado.
La ganancia de voltaje de tal amplificador viene dada por
Ganancia de voltaje = $ \ frac {\ beta Z_C} {Z_ {in}} $
Donde Z C = carga efectiva del colector y Z in = impedancia de entrada del amplificador.
El valor de Z C depende de la frecuencia del amplificador sintonizado. Como Z C es máxima en la frecuencia resonante, la ganancia del amplificador es máxima en esta frecuencia resonante.
Banda ancha
El rango de frecuencias en el que la ganancia de voltaje del amplificador sintonizado cae al 70,7% de la ganancia máxima se llama su Bandwidth.
El rango de frecuencias entre f 1 y f 2 se denomina ancho de banda del amplificador sintonizado. El ancho de banda de un amplificador sintonizado depende de la Q del circuito LC, es decir, de la nitidez de la respuesta de frecuencia. El valor de Q y el ancho de banda son inversamente proporcionales.
La siguiente figura detalla el ancho de banda y la respuesta de frecuencia del amplificador sintonizado.
Relación entre Q y ancho de banda
El factor de calidad Q del ancho de banda se define como la relación entre la frecuencia resonante y el ancho de banda, es decir,
$$ Q = \ frac {f_r} {BW} $$
En general, un circuito práctico tiene su valor Q mayor que 10.
En esta condición, la frecuencia resonante en resonancia paralela viene dada por
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$