Un poco de teoría básica

[jor1703]

hola a todos amigos, leyendo todas las explicaciones aqui, me doy cuenta de su entusiasmo de aprender el por que de las cosas en electronica. Es cierto que muchas veces hacemos las cosas sin saber la teoria que la respalda. en mi opinion, y respetando la de los demas, la teoria y la practica siempre deben ir de la mano; pero nunca desliguen a la una de la otra. Yo soy ing electronico y de telecomunicaciones y muchas veces en mi que hacer diario la teoria me ha servido para solventar una situacion dificil.

Ahora los conceptos básicos y profundos de la electronica tienen su comienzo en la fisica electrica, alli encontraran las explicaciones referente a voltaje y corriente electrica. les sugiero el texto de fisica de Halliday-Resnick-Krane Tomo 2. Todo esto es complicado en un principio puesto que no tenemos una experiencia cotidiana con los fenomenos microscopicos y cuanticos, pero cuando alcanzamos a tener una figura mental del fenomeno ustedes llegaran a comprender todo. ¡ANIMO! yo estare siempre a la orden para ayudarlos

 

[funkytorino]

Buenassss...

Paso a decir presente. Estoy tratando de ponerme al día con todos los temas haciendo todos los ejercicios y resolviendo las cuestiones que plantean. Voy a tardar un poco, pero los leo y los sigo.

¡Saludos!

 

[Cacho]

Yo ando bastante complicado para ponerme a escribir algo medio extenso (y correcto) en este momento. Calculo (espero) que para el fin de semana estoy ya más libre (o la semana que viene) y prometo que vuelvo por acá.

Si alguien anda con ganas de escribir, bienvenido.

Saludos

 

[chendro]

Ánimo a todos los que esteis desanimados, porque aunque la base sea muy importante como dijo Cacho, se puede ir poco a poco adquiriendo conocimientos de aquí y de allá y con todo ello ir formando una pequeña base y después ir comparando las nuevas cosas que veis con las que ya sabéis para entender las nuevas e ir formando un conjunto mas grande de conocimientos. Lo importante es que nos interesa la electrónica y por eso estamos aquí. Seguid así foreros! Un saludo!

 

[Cacho]

Esquivando un poco el trabajo, me pongo a escribir

Decía que ese circuito del que hablábamos es el antecesor no demasiado bueno de otra cosa que se transformó en la base de los operacionales. Esta cosa es el Par Diferencial; en inglés, Long Tailed Pair (LTP) o Differential Pair.



Se ve que ambos tienen los emisores unidos. Eso es una característica de esta configuración.

En ese esquema faltan las resistencias que polarizan a los transistores (dos divisores de tensión, nada más). Está dibujado así sólo para hacerlo más simple de ver. Sin meternos en esos detalles, veamos cómo trabaja esto.
Mejor anticipo el resultado: Esto amplifica la diferencia entre las dos entradas (las bases de Q1 y Q2). La salida (S) estará dada por S = Ganancia * (Ent.1 - Ent.2). Hablamos del mundo ideal, ojo.
En el real aparecen algunos otros factores, pero se aproxima bastante a esa fórmula.

Digamos que ambos transistores (que serán iguales, cuidado con eso) están polarizados igual y mantienen una pequeña corriente de reposo. Si aplicamos una señal a la entrada 1 (base de Q1) tenemos que ese transistor va a ir conduciendo más y más corriente a medida que sube la tensión de la señal de entrada. Esa corriente provocará una caída en R1, haciendo variar la tensión en la salida 1. Nada nuevo.
La corriente que circulará por Q1 estará relacionada íntimamente con la resistencia de emisor R3. ¿Cómo se relacionan? Llamen a Ohm/que Ampére está en cualquiera (chiste muy tonto y válido sólo en Argentina). En definitiva, habrá tanta corriente circulando por Q1 como sea necesaria para elevar el voltaje del emisor (R3 y Ley de Ohm mediante) hasta el nivel deseado.

Antes de seguir, dos cosas importantes: Las salidas 1 y 2 están en contrafase con las entradas correspondientes (se cae de maduro por cómo están conectadas, ¿no?) y otra que resulta antiintuitiva es que acá el concepto de tiempo desaparece. Todo pasa simultáneamente, a la velocidad de la luz (bueno, no tanto, pero por ahí anda).
Que A implica B, B implica C y C implica D vale igual, pero A, B, C y D se dan al mismo tiempo. ¿OK?.
Suena raro, pero es así.

Una introducción para llegar a donde debemos:
En el momento inicial habrá una cierta corriente a través de la resistencia R3. Digámosle Ie por Iemisor.
Como Q1 y Q2 son iguales y R1 y R2 también (hagámoslo todo simétrico), es claro que a igual corriente en la base (esto es, igual tensión) tenemos que I(Q1)=I(Q2). O sea, cada transistor conduce lo mismo en reposo y de ahí que la caída que habrá en R1 y R2 será igual.

Cuando entramos en el caso del principio, de una señal que va creciendo aplicada a la base de Q1, estamos de acuerdo en que Q1 va a conducir más corriente para hacer subir la tensión de su emisor y esa corriente produce la caída en R1 y lo de la salida que hablábamos antes..
A medida que eso pasa (al mismo tiempo, recordar), el emisor de Q2 también eleva su tensión. Como a Q2 no le habíamos puesto nada más que la tensión de polarización, se le achica el Vbe, con lo que conduce menos corriente. Entonces la caída que había en R2 se achica (sube la tensión en el colector), haciendo que la salida 2 sea más grande. Va en contrafase con la salida 1.

Como la tensión total es constante (será +V y no más), la corriente que va a circular por todo el arreglo será constante (en un mundo ideal, claro) y lo que cambia es cuánto pasa por uno u otro transistor. Cada uno "compensa" lo que pasa con el otro.
Uno conduce poquito, el otro "llena" lo que falta de corriente. El primero tendrá una tensión alta en el colector (poca caída en la resistencia correspondiente) y el segundo tendrá una tensión baja en el colector (mucha caída en su resistencia asociada). Van en contrafase. De nuevo lo mismo.

Se puede usar una cualquiera de las salidas, o las dos al mismo tiempo. Acá hay ejemplos de LTPs, por acá un poco más de info con más matemática, y por fin la Wikipedia, hablando de amplificadores diferenciales y del caso particular de los LTP.

El cálculo de estas cosas se puede hacer más complejo (y exacto), pero lo que interesa (a mí por lo menos) es la idea. Hablando de "la idea"... ¿Se llega a entender?

Saludos

 

[Limbo]

El cálculo de estas cosas se puede hacer más complejo (y exacto), pero lo que interesa (a mí por lo menos) es la idea. Hablando de "la idea"... ¿Se llega a entender?

Se entiende perfecto. Por lo que entiendo es simplemente como una balanza.
Unicamente una pregunta, ¿cuando dices contrafase te refieres a que una salida positiva y la otra negativa? ¿O sea que las ondas serian como una cadena de ADN? (Metiendo en las entradas señal senoidal me refiero)
Otra cosa, los amplificadores operacionales que he visto por ahi solo tienen una salida. Lo que escribes es para entenderlo mejor ¿o es que hay de los dos tipos?

 

[Tacatomon]

Se refiere a que cuando una de las senoides esté en el valle, la otra estará en la cresta. un desfase de 180 grados.

Saludos!!!

 

[Cacho]

Eeeeexactamente como dice Ttm (comentario interno ¿ves que se puede escribir más corto? ).

Fuente: http://radarproblems.com/chapters/ch05.dir/ch05pr.dir/c05p1.dir/c05p1.htm
Más sobre fases.


Como no apuntamos exactamente a eso, vamos por otro lado aver qué sale...
Me puse a pensar en un amplificador (ya tendrá sentido esto, sólo dame unos posts) que no tuviera muchos refinamientos para que fuera más o menos simple de analizar (superficialmente). Finalmente caí en la página de un diseñador que me cae muuuuy bien porque es minimalista y aparte es muy bueno: Rod Elliott.

El esquema es este:

​

Y esta es la fuente: http://sound.westhost.com/project03.htm

Se ve que a la entrada hay... un par diferencial. Nada nuevo, sólo que esa partecita se llama "etapa de entrada".
Vemos también que al colector del primer transistor del par se conecta la base de un BD139. Ese se encarga de amplificar el voltaje (la amplitud) de la señal y se vale de unas resistencias para hacer sus cosas. Eso es la etapa de amplificación de voltaje o VAS (Voltage Amplifier Stage, en inglés y con esa g fea que usan ellos en voltaje, que tan lindo queda en español con su j).
Lo que sigue son dos drivers (un BD139 y un 140) que manejan la salida. La salida tiene los transistores de salida (qué original y redundante el nombre) MJE2955 y 3055. Todo esto es la etapa de... salida.

La etapa de entrada toma la señal (chiquitita) y la amplifica un poco en tensión y en corriente. Básicamente la adapta a lo que necesita la segunda etapa: El VAS.
O el VAS se diseña de acuerdo a lo que entrega la etapa de entrada, es más o menos la misma cosa encarada desde el otro lado.
El VAS lleva la onda a una amplitud grande (casi de riel a riel de alimentación), pero con poca corriente. De darle la corriente necesaria (o sea, de amplificar la corriente) se encarga la etapa de salida.

Párrafo aparte para los dos diodos 1N4001 y el transistor y el preset que están atrás de ellos. Esos forman el control de bias y hablaremos en otro momento.

¿Hasta acá se entiende cómo funciona este ampli? (la mayoría son bastaaante similares).

 

[Tacatomon]

Offtopic...

Eeeeexactamente como dice Ttm (comentario interno ¿ves que se puede escribir más corto? ).

Seee, apenas y lo veo... Aunque, ¿Es taan largo el Tacatomon? O es por que Sora te saca la lengua?

Un abrazo!! Y aguante la etapa de salida!!!!

 

[Limbo]

¿Hasta acá se entiende cómo funciona este ampli? (la mayoría son bastaaante similares).

Excepto por una cosa y quitando calculos de en medio, entiendo bien la teoria de su funcionamiento.
La etapa de entrada que tiene un par diferencial tiene una base de un transistor como entrada y la otra base va directa a "Out" y supuestamente son entradas las dos,¿no?
Por lo demás podemos seguir..
Porcierto, estas trabajando muchoo!! Hazme trabajar a mi un poco con ejercicios o algoo

 

[Dr. Zoidberg]

La etapa de entrada que tiene un par diferencial tiene una base de un transistor como entrada y la otra base va directa a "Out" y supuestamente son entradas las dos,¿no?

La otra base no va directa a la salida, sino a través de un divisor de tensión. Es decir, que el par diferencial amplifica la diferencia entre la señal de entrada y una fracción de la señal de salida. Para que la fracción de la señal de salida pueda llegar al valor de la tensión de entrada (diferencia=0), la tensión de salida debe ser mayor que la de entrada, tantas veces como las que esté reducida por el divisor de tensión.
Ves como la salida está amplificada? GUAU! Y se amplifica tanto más cuanto mayor sea la relación del divisor de tensión...que fácil que es fijar la ganancia!!! (bueno...no tanto, pero se parece)

Cacho te va a seguir explicando el resto de la historia, pero tenés que verlo de esta forma...

 

[Cacho]

Muy buena observación Limbo y la aclaración de Ezavalla era el punto que seguía: La realimentación.

Como en el LTP de la entrada cada transistor funciona balanceando su corriente con la del otro, si ponemos señales iguales en las dos entradas... ¿Qué podrá pasar?

En ese esquema es fácil ver que la amplitud de lo que se aplica a la segunda entrada es una fracción de la onda de salida (divisor de tensión mediante), entonces... ¿Qué pasa si la amplitud de esa fracción es menor que la de la señal de entrada? ¿Y qué si es mayor?

(¿Querías algo para pensar? )

Saludos


Edit: Si leíste con atención podés sacar conclusiones muy fácilmente.

 

[Limbo]

Como en el LTP de la entrada cada transistor funciona balanceando su corriente con la del otro, si ponemos señales iguales en las dos entradas... ¿Qué podrá pasar?

¿Que se anulan entre si al estar en contrafase la una con la otra?

¿Qué pasa si la amplitud de esa fracción es menor que la de la señal de entrada?¿Y qué si es mayor?

Veamos (Me haces pensar )
La verdad es que ando un poco perdido con nuevos conceptos.
Si supuestamente ese divisor deja a la señal a la mitad de su amplitud siempre va a ser inferior a la de entrada,¿no?
Pero ahora que pienso nadie a dicho que deja la señal de entrada a la mitad de su amplitud..
En conclusion, creo que solo puede ser mas pequeña y al ser mas pequeña amplifica al doble la amplitud de la señal de entrada.

Puufff... no sé, tanto componente escapa a mis conocimientos basicos y me saturo pensando..

 

[Cacho]

¿Que se anulan entre si al estar en contrafase la una con la otra?

Fijate lo que decíamos por allá arriba (y lo que te dijo EZavalla también) sobre qué es lo que se amplifica en el par diferencial. Sí, es la diferencia entre las dos entradas, más exactamente, la diferencia de amplitud entre las entradas.
Si ambas son iguales la diferencia es 0 y un 0 amplificado (o sea, multiplicado por un factor) va a dar... 0.
Esto se da en el mundo ideal, en el real hay algunas basuritas que se le cuelan y un poquito de ruido hacen, pero es muy chico y a efectos de esto que hablamos podemos simplemente ignorarlo.

La verdad es que ando un poco perdido con nuevos conceptos.

Eso es bueno... Muajajajajajaja

Si supuestamente ese divisor deja a la señal a la mitad de su amplitud siempre va a ser inferior a la de entrada,¿no?
Pero ahora que pienso nadie a dicho que deja la señal de entrada a la mitad de su amplitud..
En conclusion, creo que solo puede ser mas pequeña y al ser mas pequeña amplifica al doble la amplitud de la señal de entrada.

Ajá... Por ahí más o menos va la cosa. Sigamos el camino de la señal y recordar que todo pasa al mismo tiempo.
La señal toca la base del primer transistor del LTP, en ese momento aparece una tensión proporcional en la base del AV, que amplifica la amplitud enormemente. Esa "nueva" señal (que no es nueva sino la misma pero "más grande") dispara los drivers y estos a los de salida, obteniendo una onda, finalmente, de mayor amplitud y corriente que la de entrada (por algo se llaman "amplificadores de potencia"). Todo esto pasa al mismo tiempo.
Esa misma onda se divide y se aplica a la base del segundo transistor del LTP (acá está la realimentación) y entonces... De nuevo, si es más grande, ¿qué pasa? ¿Y si es más chica?

Consejo, o más bien, reitero: El LTP amplifica la diferencia que haya entre sus entradas. Y un dato aparte, el divisor no necesariamente te lleva la onda a la mitad, sino a la fracción que determines con las resistencias (en este caso son 22 a 1).

Saludos

 

[Limbo]

De nuevo, si es más grande, ¿qué pasa? ¿Y si es más chica?

Segun la teoria del par diferencial se compensan las ramas, asi que si es mas grande la señal fraccionada(¿Como se llama?¿Señal de realimentacion?) que va por la base del T2 con respecto a la original qu entra por la base de T1, entonces pasara menos corriente por T1, ¿no? Por lo que si disminuye la corriente tambien lo hace el voltaje ¿provocando que la señal de entrada tenga menos amplitud? (No estoy muy seguro de esto) Y si es inferior pues lo contrario, como es inferior hace que la señal de entrada se amplifique..
Lo anterior no sé si esta bien , pero lo que tengo de seguro es que no tengo claro como es posible que la señal de realimentacion sea mas grande si es una fraccion de la señal de entrada original, porque si es una fraccion siempre deberia ser mas pequeña..

Creo que necesito una quinta lectura del par diferencial..

 

[Dr. Zoidberg]

Lo anterior no sé si esta bien , pero lo que tengo de seguro es que no tengo claro como es posible que la señal de realimentacion sea mas grande si es una fraccion de la señal de entrada original, porque si es una fraccion siempre deberia ser mas pequeña..

El error está en lo que te he marcado. La señal de realimentación NO ES una fracción de la señal de entrada sino de LA DE SALIDA.

La palabra realimentación significa "tomar algo que sale para volver a comerlo", que por feo que suene, es lo que sucede

 

[Cacho]

Sumo a eso: ¿Qué hace el VAS? Dale una releída a esa parte, más que al par diferencial.
Apuntá por el lado de qué es lo que hace "reaccionar" al transistor del VAS, qué es lo que le hace aumentar o disminuir la amplitud de la señal resltante que ataca después a la etapa de salida.

Una cosa importante también es que la señal de entrada no se modifica. Lo que cambia es lo que esa señal provoca en el par diferencial (aquello de que amplifican la diferencia...).

Ahora vamos de nuevo: ¿Qué pasa si la amplitud que entra por la realimentación es distinta (mayor o menor) que la de la entrada?
Si tu razonamiento es correcto (está muy cerca a estas alturas) podés sacar una conclusión de qué relación debe haber entre la realimentación y la entrada.

Saludos

 

[Limbo]

Si tu razonamiento es correcto (está muy cerca a estas alturas) podés sacar una conclusión de qué relación debe haber entre la realimentación y la entrada.

Me estoy matando a pensar y creo que no entiendo a donde quieres que vaya a parar.
Con relacion te refieres a un termino o mas bien matematicamente?

Te explico el razonamiento que he hecho. Con valores aleatorios puestos por mi:
Si tengo una entrada de 0,5V, el par diferencial lo amplifica un poco, pongamos a 1V y despues el VAS eleva la amplitud a 50V y el divisor pongamos que es 10 a 1, significa que tendre un voltaje de 5V en la entrada del segundo transistor del LTP(Porcierto, ¿que significa LTP?¿Siglas inglesas?), asi pues tendre un voltaje inferior en el colector del primer transistor del LTP,¿lo que provocara que varie en amplitud la realimentacion?
Asi que, si lo anterior es correcto, si es muchisimo mas grande la fraccion de realimentacion que la señal original, supuestamente dejara pasar muchisima menos corriente.
Creo que iria dejando pasar menos corriente hasta que el LTP se estabilize. Y si fuera inferior justo lo contrario iria dejando pasar mucha mas corriente hasta que se estabilize.

Se me pasa por la cabeza que la relacion que tiene todo es con la ganancia y el divisor, porque puedes conseguir que 5 sea inferior a 1 si 5 lo divides por mas de 5, asi que si la señal de realimentacion ha sido amplificada con una ganancia de 50 y el divisor es de 50 a 1, tienes por tanto el mismo valor que la señal de entrada original, pero si el divisor es de 100 a 1 consigues una valor inferior. Estos pensamientos pierden razon cuando pienso que si el divisor de ese ampli es de 22 a 1, pues me parece que 22 es una ganancia total muy pequeñita y además, ahora que pienso, si fuera asi, no seria variable, sino fijo y nunca me hubieras preguntado lo de que si es mas grande o mas pequeña esa fraccion

De verdad, no sé si es normal que cueste entender el concepto o es que no me entra en esta cabezita.
Espero no haber dicho muchas barbaridades. Pido perdon a toda la comunidad cientifica Por si acaso alguien se ofende.

Porcierto, cuando en la explicacion del ampli hablas de drivers, ¿a que te refieres con ese termino?(Google me da de todo menos la respuesta que quiero)

 

[Cacho]

Con relacion te refieres a un termino o mas bien matematicamente?

No entendí, pero me refiero a la división que hay en la señal antes de realimentar. 22 a 1 en ese ampli, 10 a 1 en tu ejemplo.

Porcierto, ¿que significa LTP?¿Siglas inglesas?

Exacto: Siglas inglesas para Long Tailed Pair. Está unos posts más arriba cuando empezamos a hablar sobre el par diferencial.

Porcierto, cuando en la explicacion del ampli hablas de drivers, ¿a que te refieres con ese termino?

Un driver (en inglés) es el que maneja o conduce algo. En este caso, manejan a los transistores de salida.

Te explico el razonamiento que he hecho. Con valores aleatorios puestos por mi:
Si tengo una entrada de 0,5V, el par diferencial lo amplifica un poco, pongamos a 1V y despues el VAS eleva la amplitud a 50V y el divisor pongamos que es 10 a 1, significa que tendre un voltaje de 5V en la entrada del segundo transistor del LTP...

Con lo que el segundo transistor empezará a conducir más corriente y el primero, menos. Si el primero conduce menos, el AV va a tener una menor tensión Base-Emisor y eso resulta en una menor Ice, que hace que la onda de salida sea más chica.
Si la onda cayera a menos de 5V, entonces el segundo recibiría una tensión de menos de 0,5V, conduciría menos corriente y el primero tomaría esa parte, haciendo subir el Vbe del VAS, esto da más corriente por él y aumenta la amplitud de la onda resultante.

En definitiva, todo esto termina cuando el VAS (controlado por la corriente del primer transistor del LTP) produce una amplitud tal que la señal de realimentación (ya pasada por el divisor) tenga la misma amplitud que la onda de entrada. Ahí se estabiliza todo y así sigue funcionando. En tu ejemplo, la entrada será de 0,5V, la ganancia será de 10 veces para lograr que en del divisor (10 a 1) "salgan" 0,5V a la base del segundo transistor.

Ahí apareció un término importante: Ganancia (G). Se define como la relación entre la tensión de salida y la de entrada y se puede escribir G = Vout / Vin.
En otras palabras, cuántas veces más grande (chica) es la salida con respecto a la entrada.

A ver si se entendió lo de más arriba: ¿Qué ganancia de tensión habría en el ampli este si la resistencia de 22k se reemplazara por un puente? (y de paso eliminemos para esto la resistencia de 1k y el condensador, que ya no los queremos más )

De verdad, no sé si es normal que cueste entender el concepto o es que no me entra en esta cabezita.

Lo que es muy difícil es imaginar el no-tiempo, pensar que sucede todo simultáneamente.

Saludos

 

[Limbo]

No entendí, pero me refiero a la división que hay en la señal antes de realimentar. 22 a 1 en ese ampli, 10 a 1 en tu ejemplo.

Yo creia que me preguntabas otra cosa ya que la relacion 22 a 1 justo en ese mensaje me la comentabas (o en alguno de mas arriba).

Exacto: Siglas inglesas para Long Tailed Pair. Está unos posts más arriba cuando empezamos a hablar sobre el par diferencial.

Lo busque antes de preguntartelo y no lo vi, igual te dejaste las siglas y por eso el buscador del navegador no me lo encontraba.

Un driver (en inglés) es el que maneja o conduce algo. En este caso, manejan a los transistores de salida.

Creia que te referias a un termino concreto de electronica..(Estos novatos no sé enteran de nada..)

Si la onda cayera a menos de 5V, entonces el segundo recibiría una tensión de menos de 0,5V, conduciría menos corriente y el primero tomaría esa parte, haciendo subir el Vbe del VAS, esto da más corriente por él y aumenta la amplitud de la onda resultante.

Me surgen dos preguntas. Una, ¿¿Porque va a caer por debajo de 5 voltios?? Si la señal original de entrada no es inferior, la señal amplificada seguira siendo la misma..¿no? Eso es lo que no entiendo y la razon por la cual preguntaba lo de que no era posible que fuera inferior la de realimentacion..
Y la segunda mas que una pregunta es una confirmacion. Lo que he dicho yo en mi ultimo mensaje es lo que has dicho tu exceptuando lo del VAS, ¿no? (Me refiero a la teoria de la etapa de entrada) Mas que nada, por no hacerme un lio pregunto..

En definitiva, todo esto termina cuando el VAS (controlado por la corriente del primer transistor del LTP) produce una amplitud tal que la señal de realimentación (ya pasada por el divisor) tenga la misma amplitud que la onda de entrada.

¿Y por que se tiene que igualar? Estoy mas perdio que un cerdo en un gallinero..

A ver si se entendió lo de más arriba: ¿Qué ganancia de tensión habría en el ampli este si la resistencia de 22k se reemplazara por un puente? (y de paso eliminemos para esto la resistencia de 1k y el condensador, que ya no los queremos más )

Si con un divisor 22 a 1 necesitamos uan ganancia de 22, pues con un divisor inexsistente,¿una ganancia de 0?(Son las 6:30 de la mañana. No seas duro conmigo jeje)