Diseño de amplificadores de bajo ruido

Introducción

Los amplificadores de bajo ruido son un componente esencial en muchos dispositivos electrónicos de alta precisión. Estos amplificadores se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, tales como sensores de alta sensibilidad, receptores de radio y televisión, instrumentación médica, medidores de campo eléctrico, y muchos más. La característica principal de estos amplificadores es que tienen una alta ganancia y una baja relación señal/ruido, lo que significa que son capaces de amplificar señales muy débiles sin añadir ruido adicional.

Cómo funcionan los amplificadores de bajo ruido

Los amplificadores de bajo ruido están diseñados para amplificar señales débiles sin añadir ruido adicional a la señal original. La señal de entrada se amplifica mediante transistores MOS o JFET de ganancia alta y baja corriente de entrada. La ganancia del amplificador se ajusta mediante la selección de los valores de resistencia y capacitancia adecuados, y la retroalimentación negativa se utiliza para mejorar la estabilidad y la linealidad del amplificador.

La figura de ruido es un importante parámetro que se utiliza para medir la calidad de un amplificador de bajo ruido. Se define como la relación entre la potencia de ruido en la salida del amplificador y la potencia de señal de entrada. Se expresa en decibelios y generalmente se especifica en el rango de frecuencia de interés.

Selección del transistor

La selección del transistor es una de las decisiones más importantes en el diseño del amplificador de bajo ruido. El transistor debe tener una alta ganancia y una baja corriente de entrada. Los transistores MOS y JFET son los más comúnmente utilizados en los diseños de amplificadores de bajo ruido debido a su bajo nivel de ruido intrínseco.

Selección de los componentes activos

El siguiente paso es la selección de los componentes activos, tales como transistores, diodos, resistencias, condensadores, etc. Los valores de los componentes se seleccionan cuidadosamente para lograr el rendimiento máximo y la estabilidad del amplificador. El uso de componentes de alta calidad y precisión también ayuda a mejorar el rendimiento del amplificador.

Cálculo de la ganancia

El cálculo de la ganancia es una parte crítica del diseño del amplificador de bajo ruido. La ganancia se determina por los valores de los componentes utilizados en el circuito y la cantidad de retroalimentación negativa aplicada. Una ganancia alta es deseable para amplificar señales débiles, pero también se debe tener cuidado para evitar la saturación y la distorsión del amplificador.

Optimización de la figura de ruido del amplificador

La figura de ruido es un importante parámetro que mide la capacidad del amplificador para amplificar señales débiles sin añadir ruido adicional. La figura de ruido se puede reducir mediante la aplicación de técnicas de optimización, tales como el uso de una fuente de alimentación de baja impedancia, el uso de componentes de baja capacidad parásita, la minimización de la cantidad de retroalimentación, y la optimización de la impedancia de entrada.

Protección contra sobrecargas

La protección contra sobrecargas es una consideración importante en el diseño de cualquier amplificador. Los amplificadores de bajo ruido se utilizan a menudo en aplicaciones donde la señal de entrada es muy débil, por lo que una sobrecarga puede causar graves daños al circuito. La protección contra sobrecargas se puede lograr mediante la aplicación de técnicas de limitación, tales como la limitación de la corriente de entrada, la limitación de la tensión de entrada, y la limitación de la ganancia.

Diseño de la fuente de alimentación

La fuente de alimentación es una parte crítica del diseño de cualquier circuito electrónico, y los amplificadores de bajo ruido no son una excepción. La fuente de alimentación debe ser estable y libre de ruido para evitar cualquier influencia prejudicial en la señal amplificada. Se deben aplicar técnicas de filtrado para reducir el ruido de la fuente de alimentación y para mejorar la estabilidad del circuito.

Conclusión

En resumen, los amplificadores de bajo ruido son esenciales en muchas aplicaciones donde la señal de entrada es muy débil, ya que son capaces de amplificar señales débiles sin añadir ruido adicional. El diseño de un amplificador de bajo ruido es un proceso complejo y requiere una cuidadosa selección de componentes y una optimización cuidadosa de la ganancia y la figura de ruido. Con el uso de técnicas de diseño adecuadas y una selección cuidadosa de los componentes, se pueden lograr amplificadores de bajo ruido de alta calidad y alto rendimiento.