Amplificador de acoplamiento directo

Un amplificador de acoplamiento directo ^{[ 1 ]} o amplificador de CC es un tipo de amplificador en el que la salida de una etapa se acopla a la entrada de la siguiente, permitiendo así que señales de frecuencia cero , también conocidas como corriente continua , pasen de la entrada a la salida. Esta es una aplicación del acoplamiento directo más general . Fue inventado por Harold J. Paz y Francis P. Keiper Jr. en 1955. Reemplazó al amplificador de tubo de vacío de triodo diseñado por Lee de Forest . Casi todos los diseños de circuitos de tubos de vacío se han sustituido por diseños de circuitos de transistores de acoplamiento directo. Fue el primer diseño de amplificador de transistor que no incluía condensadores de acoplamiento. El amplificador de acoplamiento directo permitió construir circuitos analógicos más pequeños al eliminar los condensadores de acoplamiento y suprimió la limitación de baja frecuencia que dependía de estos.

Paz comenzó su carrera en Bell Labs como becario desde diciembre de 1950 hasta abril de 1952, como asistente de ingeniería. Trabajó probando diversos parámetros de transistores, como el tiempo de subida, la constante de temporización RC y el coeficiente alfa, para determinar su efecto en el diseño de circuitos de transistores. Posteriormente, trabajó en RCA como becario de ingeniería durante el verano, desde junio hasta septiembre de 1953. Allí se le asignó la tarea de determinar el efecto de varias variables en el factor de ruido de un transistor a diferentes frecuencias de radio. Fruto de esta investigación, Paz diseñó el primer micrófono inalámbrico basado en transistores, llamado Phantom. RCA se interesó por el diseño de Paz e informó a su filial, la National Broadcasting Company (NBC), sobre el nuevo micrófono. RCA decidió solicitar la patente US2,810,110 para el micrófono el 16 de julio de 1954, la cual le fue concedida el 15 de octubre de 1957. El diseño se utilizó para el micrófono inalámbrico ND-433 que NBC empleó en 1955.

En junio de 1954, Paz aceptó un puesto de ingeniería en Philco y fue asignado al Grupo de Ingeniería de Productos de Transistores para estudiar la teoría de funcionamiento de los circuitos de conmutación de acoplamiento directo de R. Brown. El circuito de conmutación utilizaba una resistencia por transistor, lo cual era revolucionario en ese momento por su bajo número de componentes. Los transistores se utilizaban principalmente como dispositivos digitales de encendido/apagado, útiles para la creación de computadoras digitales de estado sólido. Tras comprender la teoría de los circuitos de conmutación, Paz inventó el "Triplet" de acoplamiento directo, un amplificador lineal de tres etapas que utiliza solo una resistencia por etapa de amplificación de transistor. Fue durante este tiempo que Paz conoció a Robert Noyce , quien también trabajaba en el Departamento de Investigación de Transistores. El amplificador de acoplamiento directo influyó en el desarrollo del amplificador operacional uA709 de Fairchild, creado por Bob Widlar , del cual Noyce tenía conocimiento, ya que era uno de los fundadores de Fairchild Semiconductors .

El amplificador de acoplamiento directo también constituye la base del audífono Mark I de Philco, que utilizaba el circuito construido con transistores de aleación de silicio. El audífono figuraba como la Figura 5, como una aplicación del Triplet en la patente US3030586 ^{[ 1 ].}

Posteriormente, Paz regresó a trabajar en RCA en agosto de 1955. Trabajó en el diseño de una fuente de alimentación que utilizaba pequeños transistores capaces de regular y controlar una gran cantidad de potencia. Esta investigación dio como resultado un nuevo circuito diseñado por Paz, que se publicó en la revista académica interna de RCA, Industry Service Laboratory. ^{[ 2 ]} Más tarde, Paz publicó su diseño con la International Radio Engineers y presentó sus hallazgos en la convención de la IRE en 1957.

Paz continuó trabajando en varios diseños de amplificadores de transistores para RCA, incluyendo un diseño de circuito de transistores que podía usarse en la línea de productos de amplificadores para montaje en rack. Este circuito de transistores se convirtió en un ecualizador de preamplificador de transistores para tocadiscos profesionales. Paz presentó su trabajo en la Convención Anual de Ingeniería de Audio de 1957. ^{[ 3 ]} Otros productos incluyen el amplificador de potencia de transistores "híbrido", que fue el primer amplificador de 10 vatios con menos del 0,333 % de distorsión de 30 Hz a 15 000 Hz. También era compatible con cualquier transistor de potencia RCA 2N301. El amplificador de potencia de transistores de baja distorsión se publicó en la revista Electronics Industries y Paz presentó sus hallazgos en la Convención Nacional de IRE en 1959.

El uso común del término "amplificador de CC" no se refiere necesariamente a un amplificador de corriente continua, ya que este tipo puede utilizarse tanto para señales de corriente continua como de corriente alterna . La respuesta en frecuencia del amplificador de acoplamiento directo es similar a la de un filtro paso bajo, por lo que también se le conoce como "amplificador paso bajo". La amplificación de CC (frecuencia cero) solo es posible con este amplificador, por lo que posteriormente se convierte en el componente básico para el amplificador diferencial y el amplificador operacional . Además, la tecnología de circuitos integrados monolíticos no permite la fabricación de grandes condensadores de acoplamiento.

Los amplificadores de acoplamiento directo construidos en la forma convencional de amplificadores de terminación simple conectados en cascada sufren de deriva de la tensión de salida con el tiempo y la temperatura. En muchas aplicaciones de alta ganancia es necesario proporcionar ajustes de offset para corregir esta deriva. El problema de la deriva puede superarse utilizando amplificadores diferenciales . ^{[ 4 ]}

Los amplificadores de acoplamiento directo se utilizan en reguladores de voltaje , servomotores y otros amplificadores de instrumentación . También constituyen un componente básico para amplificadores diferenciales y amplificadores operacionales .

• Acoplamiento capacitivo