4.3: Desviación de Suministro Único

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Hasta este punto, todos los circuitos de ejemplo han utilizado una fuente de alimentación bipolar, generalmente de\(\pm\) 15 V. A veces esto no es práctico. Por ejemplo, se puede usar una pequeña cantidad de circuitos analógicos junto con un circuito predominantemente digital que se ejecuta fuera de una fuente unipolar. Puede que no sea económico crear un suministro negativo completo solo para ejecutar uno o dos amplificadores operacionales. Aunque es posible comprar amplificadores operacionales que han sido especialmente diseñados para funcionar con suministros unipolares ¹, la adición de circuitos de polarización simple permitirá que casi cualquier amplificador operacional funcione desde un suministro unipolar. Este suministro puede ser hasta el doble de grande que la contraparte bipolar. En otras palabras, un circuito que normalmente funciona con una fuente de\(\pm\) 15 V se puede configurar para funcionar fuera de un suministro unipolar de +30 V, produciendo un rendimiento similar. Veremos ejemplos utilizando tanto los amplificadores de voltaje no invertidos como los de inversión

La idea es sesgar la entrada a la mitad del potencial de suministro total. Esto se puede hacer con un simple divisor de voltaje. Se puede usar un condensador de acoplamiento para aislar este potencial de CC de la etapa de accionamiento. Para un funcionamiento adecuado, la salida del amplificador operacional también debe estar ubicada en la mitad de la fuente. Este hecho implica que la ganancia del circuito debe ser la unidad. Esto puede parecer un factor muy limitante, pero en realidad, no lo es. Lo que hay que recordar es que la ganancia solo necesita ser unidad para DC. La ganancia de CA puede ser casi cualquier ganancia que desee.

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Figura\(\PageIndex{1}\): Sesgo de fuente única en un amplificador no inversor.

Un ejemplo usando el amplificador de voltaje no inversor se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). Para establecer la ganancia de CC a la unidad sin afectar la ganancia de CA, el condensador\(C_3\) se coloca en serie con\(R_i\). \(R_1\)y\(R_2\) establecer el punto de sesgo del 50%. Su combinación paralela también establece la impedancia de entrada. Resistencias\(R_3\) y\(R_4\) se utilizan para evitar la descarga destructiva de los condensadores de acoplamiento\(C_1\) y\(C_2\) en el amplificador operacional. Pueden no ser requeridos, pero si están presentes, suelen correr alrededor de 1 k\(\Omega\) y 100\(\Omega\) respectivamente.

La inclusión de los capacitores produce tres redes de conductores. Un análisis de frecuencia estándar y simplificación de circuitos muestra que las frecuencias críticas aproximadas son

\[ f_{i n} = \frac{1}{2\pi C_1 R_1 || R_2} \nonumber \]

\[ f_{out} = \frac{1}{2 \pi C_2 R_{load}} \nonumber \]

\[ f_{fdbk} = \frac{1}{2\pi C_3 R_i} \nonumber \]

La red de polarización de entrada se puede mejorar mediante el uso del circuito de la Figura\(\PageIndex{2}\). Esto reduce el zumbido y el ruido transmitidos desde la fuente de alimentación a la entrada del amplificador operacional. Lo hace creando una baja impedancia en el nodo A. Esto, por supuesto, no afecta el potencial de CC. \(R_5\)ahora establece la impedancia de entrada del circuito.

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Figura\(\PageIndex{2}\): Polarización mejorada para el circuito de la Figura\(\PageIndex{1}\).

Los puntos importantes a recordar aquí son que la ganancia de voltaje aún está\(1 + R_f/R_i\) en la banda media, ahora\(Z_{in}\) es establecida por las resistencias de polarización\(R_1\) y\(R_2\), o\(R_5\) (si se usa), y esa respuesta de frecuencia ya no es plana hasta cero Hertz.

En la Figura se muestra una versión de fuente única del amplificador de voltaje inversor\(\PageIndex{3}\). Utiliza las mismas técnicas básicas que la forma no inversora. La configuración de sesgo utiliza la forma optimizada de bajo ruido. Tenga en cuenta que no hay cambio en la impedancia de entrada, todavía está establecida por\(R_i\). Las frecuencias críticas aproximadas de la red principal se encuentran a través de

\[ f_{in} = \frac{1}{2\pi C_1 R_i} \nonumber \]

\[ f_{out} = \frac{1}{2\pi C_2 R_{load}} \nonumber \]

\[ f_{bias} = \frac{1}{2\pi C_3 R_1 || R_2} \nonumber \]

Obsérvese la similitud general entre los circuitos de Figuras\(\PageIndex{3}\) y\(\PageIndex{1}\). Una simple redirección de la señal de entrada crea una forma de la otra.

4.3.3.png

Figura\(\PageIndex{3}\): Amplificador inversor de una sola fuente.