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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II

Dispositivos Electrónicos II CURSO 2010-11

Temas Temas 4,5 4,5

AMPLIFICACIÓN: AMPLIFICACIÓN: ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS BÁSICAS BÁSICAS Miguel Ángel Domínguez Gómez Camilo Quintáns Graña

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA

UNIVERSIDAD DE VIGO

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN

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Tema 4,5: Amplificación: Estructuras Básicas

INDICE INDICE

DEDE-II

AMPLIFICACIÓN: AMPLIFICACIÓN: ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS BÁSICAS BÁSICAS 1. AMPLIFICADORES CON TRANSISTORES BIPOLARES 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7.

El Transistor Bipolar como Amplificador. Circuitos Equivalentes de Pequeña Señal Análisis de Amplificadores. El Amplificador en Emisor Común. El Amplificador en Colector Común (Seguidor de Emisor) El Amplificador en Base Común. El Amplificador en Emisor Común con Resistencia de Emisor.

2. AMPLIFICADORES CON TRANSISTORES UNIPOLARES 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

El Transistor de Efecto de Campo como Amplificador. Circuitos Equivalentes de Pequeña Señal El Amplificador en Fuente Común El Amplificador en Drenador Común (Seguidor de Fuente)

3. AMPLIFICADORES DE VARIAS ETAPAS 3.1. Optimización de la combinación de Configuraciones.

3



AMPLIFICADORES AMPLIFICADORES CON BJTS BJTS CON

DEDE-II

1. 1. AMPLIFICADORES AMPLIFICADORES CON CON TRANSISTORES TRANSISTORES BIPOLARES BIPOLARES 1.1 1.1EL ELTRANSISTOR TRANSISTORBIPOLAR BIPOLARCOMO COMOAMPLIFICADOR AMPLIFICADOR

Veremos Veremosque queentre entreCCyy Masa Masa aparece aparece una una versión amplificada versión amplificada de de la Tensión de Entrada la Tensión de Entrada Æ ÆAMPLIFICADOR AMPLIFICADOR

Entrada: VBB + vin (t ) = RB ⋅ i B (t ) + v BE (t )

Línea de carga

La línea de carga pasa a ser la línea discontinua para un valor más pequeño de vin) Pendiente

Salida: VCC = RC ⋅ iC (t ) + vCE (t )

Línea de carga

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DEDE-II

EJEMPLO: VCC=10V

RC=2K

VBB=1.6V

RB=40K

vin (t ) = 0.4 ⋅ sen(2 ⋅ π ⋅ 1KHz ⋅ t ) Calcular los Valores Máximo y Mínimo y el valor del Punto Q para vCE

Punto Q

Calcular los valores máximo y mínimo y el valor del punto Q para vCE

0,4

0,4

0

0,5

1,0

1,2

1,5 1,6

2,0

5



DEDE-II

iC=3,5mA Punto Q

iCQ=2,5mA


iC=1,5mA

Si hallamos más puntos a medida que vin varía con el tiempo: Salida:

Entrada: 0,8V pico a pico

4 V pico a pico GANANCIA GANANCIAEN EN TENSIÓN: 5 (el TENSIÓN:--5 (el

amplif. amplif.invierte inviertelala señal señalde deentrada) entrada)

0

0,5

1,0

1,5

2,0

0

0,5

1,0

1,5

2,0

6




DEDE-II

Salida para: vin (t) = 1,2 sen(2000πt), (gran distorsión)

0

0,5

1,0

1,5

2,0

••La LaAmplificación Amplificación razonablemente razonablementeLineal Lineal ocurre en la REGIÓN ocurre en la REGIÓN ACTIVA. ACTIVA ACTIVA. ••Existe ExisteRecorte Recortecuando cuando el Punto Instantáneo el Punto Instantáneode de funcionamiento entra en funcionamiento entra en Saturación Saturaciónooen enCorte. Corte.

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DEDE-II

1.2 1.2CIRCUITOS CIRCUITOSEQUIVALENTES EQUIVALENTESDE DEPEQUEÑA PEQUEÑASEÑAL SEÑALDEL DELTRANSISTOR TRANSISTORBIPOLAR BIPOLAR 1.2.1.- Relaciones tensión corriente en pequeña señal (1)

Corriente de base en función de vBE

Como: Estamos interesados en las pequeñas señales para las cuales el valor de vbe(t) es mucho más pequeño que VT en cualquier instante. Por tanto, vbe(t) está relegado a un valor de unos pocos milivoltios. Para

Si se llama

rbe

rbe

8




DEDE-II

Para variaciones de pequeña señal alrededor del punto Q, la unión base emisor del transistor se comporta como una resistencia que viene dada por la relación

rbe

rbe

Como

(2)

1.2.2.- Circuitos equivalentes de pequeña señal para el transistor bipolar (PNP y NPN)

a)

rbe

rbe

rbe

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DEDE-II

b) rbe

Si se define la Transconductancia del BJT:

rbe rbe

rbe

El Circuito Equivalente en Pequeña Señal de un Transistor Bipolar consiste en una Resistencia rbe y una Fuente de Corriente (β ib o gmvbe) Dadas la Corriente de Colector del punto Q, ICQ, y β, podemos calcular los Parámetros de Pequeña Señal:

rbe

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DEDE-II

1.2.3. Parámetros Hibridos

TRANSISTOR: dispositivo de 3 terminales


Para estudiar su comportamiento en un circuito, se analiza como un CUADRIPOLO:

I1 V1

I2

+

+

-

-

ENTRADA (2 terminales)

V2

SALIDA (2 terminales)

Uno de los 3 terminales deberá ser común a la ENTRADA y a la SALIDA

3 CONFIGURACIONES:

(El terminal común a la E y a la S da el nombre al montaje)

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DEDE-II

Análisis de Circuitos (1er curso) – TEORÍA DE CUADRIPOLOS Parámetros Hibridos:

I2

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DEDE-II

3 Grupos de Parámetros Hibridos, uno por cada Configuracion (EC, BC, CC): Notación: para distinguirlos se agrega el subindice correspondiente al terminal común (e,b,c).

veb

vbc

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DEDE-II

3 Grupos de Parámetros Hibridos, uno por cada Configuracion (EC, BC, CC): Notación: para distinguirlos se agrega el subindice correspondiente al terminal común (e,b,c).

+ HABITUAL

Además, generalmente:

vebb

vbc

hhre≈0 ≈0 hhoere≈0 ≈0 oe

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DEDE-II

Modelo simplificado:

hie

rbe

hie≈rbe (=rbb’+rb’e) hfe=β

hfeib

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DEDE-II

1.3 1.3ANÁLISIS ANÁLISISDE DEAMPLIFICADORES AMPLIFICADORES

• Bajo la Condición de Funcionamiento en Pequeña Señal, Señal el Transistor se comportará como un Dispositivo Lineal. • Las Componentes de Señal de cada una de las Tensiones y Corrientes del


Circuito

Amplificador

se

superponen

a

los

Valores

Continuos

de

Polarización del Transistor en ausencia de señal.

ANÁLISIS ANÁLISIS YY DISEÑO DISEÑO DE DE AMPLIFICADORES AMPLIFICADORES BASADOS BASADOS TRANSISTORES: TRANSISTORES: PUEDE PUEDE SIMPLIFICARSE SIMPLIFICARSE ENORMEMENTE ENORMEMENTE

EN EN SI SI

SEPARAMOS SEPARAMOSEL ELCÁLCULO CÁLCULODE DELAS LASCOMPONENTES COMPONENTESCONTINUAS CONTINUASDE DE POLARIZACIÓN POLARIZACIÓN DE DE LOS LOS CÁLCULOS CÁLCULOS DE DE PEQUEÑA PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL (Variaciones (Variaciones superpuestas superpuestas aa cada cada una una de de las las Tensiones Tensiones yy Corrientes Corrientes Continuas Continuas del del circuito circuito cuando cuando se se aplica aplica una una Señal Señal de de Entrada Entradade dePequeña PequeñaAmplitud). Amplitud).

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DEDE-II

...

, ...

...

Para calcular las Componentes de Señal: NECESARIO OBTENER CIRCUITO EQUIVALENTE DEL AMPLIFICADOR EN PEQUEÑA SEÑAL: • Sustituir Fuentes de Tensión Continua por cortocircuitos. • Sustituir Fuentes de Corriente Continua por circuitos abiertos. • Sustituir Transistor por Circuito Equivalente.

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DEDE-II

Los Los MODELOS MODELOS EQUIVALENTES EQUIVALENTES DE DE PEQUEÑA PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL HACEN HACEN QUE QUE EL EL ANÁLISIS ANÁLISISDE DEUN UNAMPLIFICADOR AMPLIFICADORBasado Basadoen enTransistores Transistoresse seconvierta convierta en enun unPROCESO PROCESOSISTEMÁTICO: SISTEMÁTICO: 1.

Determinar Punto de Trabajo Q en ausencia de señal.

2.

A partir de las Especificaciones del Transistor (Fabricante: hojas de


características) y de Q Æ Calcular el valor de los Parámetros del Modelo Equivalente de Pequeña Señal del Transistor. 3.

4.

Eliminar las Fuentes de Polarización: •

Sustituir Fuentes de Tensión Continua por cortocircuitos.

•

Sustituir Fuentes de Corriente Continua por circuitos abiertos.

Reemplazar el Transistor por uno de sus Modelos Equivalentes de Pequeña Señal.

5.

Analizar el Circuito Equivalente de Pequeña Señal resultante para determinar los parámetros del Amplificador (Ej: Ganancia en Tensión, Resistencia de Entrada, etc.)

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DEDE-II

1.4 1.4EL ELAMPLIFICADOR AMPLIFICADOREN ENEMISOR EMISORCOMÚN. COMÚN. Io Nota: Circuito Básico (polarización simplificada para caracterizar el comportamiento del transistor).

Ii


Vi

VBB Análisis AC: Circuito Equivalente de Pequeña Señal

Vo

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DEDE-II

Expresión válida ∀ transistor y ∀ montaje


En el caso de E.C.:

18



DEDE-II

Expresión válida ∀ transistor y ∀ montaje


En el caso de E.C.:

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DEDE-II

1.5 1.5EL ELAMPLIFICADOR AMPLIFICADOREN ENCOLECTOR COLECTORCOMÚN COMÚN(SEGUIDOR (SEGUIDORDE DEEMISOR) EMISOR)

Nota: Circuito de polarización simplificado para caracterizar únicamente el comportamiento del transistor

Ii Io Vi


Vo VBB

Circuito Equivalente de pequeña señal:

20





DEDE-II

≈1

Como

Ro << Ri

20





DEDE-II

≈1

Como

Ro << Ri

21




DEDE-II

1.6. 1.6.EL ELAMPLIFICADOR AMPLIFICADOREN ENBASE BASECOMÚN COMÚN Circuito Equivalente de pequeña señal:

Ejercicio

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DEDE-II

1.7. 1.7.EL ELAMPLIFICADOR AMPLIFICADOREN ENEMISOR EMISORCOMÚN COMÚNCON CONRESISTENCIA RESISTENCIADE DEEMISOR. EMISOR. Nota: Circuito de polarización simplificado para caracterizar únicamente el comportamiento del transistor

En =f(hfe hfe). ). Av Enlalaconfiguración configuraciónen enE.C., E.C.,Av=f( Av=f(hfe).

Io

SI SISE SEINTRODUCE INTRODUCEUNA UNARe ReEN ENEL ELEMISOR, EMISOR,AAVVPASA PASAAA SER INDEPENDIENTE DE h . fe . SER INDEPENDIENTE DE h fe

Ii


Vo

ASÍ ASÍSE SECONSIGUE CONSIGUEESTABILIZAR ESTABILIZARLA LAGANANCIA GANANCIAEN EN TENSIÓN TENSIÓNDEL DELAMPLIFICADOR AMPLIFICADOR

Vi

La ganancia en tensión es menor que en E.C. pero más estable.

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DEDE-II

CARACTERÍSTICAS AMPLIFICADORAS DE LAS DISTINTAS CONFIGURACIONES

ALTA

ALTA

ALTA

BAJA

≈1 MEDIA

AUMENTA

ALTA

BAJA

ALTA

ESTABILIZADA

BAJA

ALTA

≈1 MUY ALTA

MUY ALTA

BAJA

MUY ALTA

23




DEDE-II


ALTA

ALTA

ALTA A

BAJA

≈1 MEDIA

AUMENTA

ALTA A

BAJA

ALTA

ESTABILIZADA

BAJA B

ALTA

≈1 MUY ALTA

MUY ALTA

Configuración Configuraciónen enE.C. E.C. •

Amplificador inversor

•

Permite obtener simultáneamente Ganancias de Tensión y de Corriente superiores a la unidad.

•

Es la más utilizada

BAJA B

MUY ALTA

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DEDE-II


ALTA

ALTA

ALTA

BAJA

≈1 MEDIA

AUMENTA

ALTA

BAJA

ALTA

ESTABILIZADA

BAJA

ALTA

≈1 MUY ALTA

MUY ALTA

BAJA

MUY ALTA

•

Configuración Configuraciónen enC.C. C.C. Amplificador no inversor

•

AI es aproximadamente igual que en E.C (en módulo)

•

AV es menor que la unidad

•

Ri es la mayor

•

Ro es la menor

•

BUFFER DE TENSIÓN (Adaptación de impedancias cuando RS>>RL, información en forma de tensión).

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DEDE-II


ALTA

ALTA

ALTA

BAJA

≈1 MEDIA

AUMENTA

ALTA

BAJA

ALTA

ESTABILIZADA

BAJA

ALTA

≈1 MUY ALTA

MUY ALTA

BAJA

MUY ALTA

Configuración Configuraciónen enB.C. B.C. •

Amplificador no inversor

•

AI es algo menor que la unidad

•

AV igual que en EC (en módulo)

•

Ri es la menor de las tres

•

Ro es ∞, como en EC

•

BUFFER DE CORRIENTE (Adaptación de impedancias cuando RS<
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DEDE-II

1.8. 1.8.CIRCUITOS CIRCUITOSAMPLIFICADORES AMPLIFICADORES“REALES” “REALES”(con (conautopolarización) autopolarización)

1 - EMISOR COMÚN:

ii

Circuito equivalente en pequeña señal a frecuencias medias

io

hie

hfeib

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DEDE-II

1.8. 1.8.CIRCUITOS CIRCUITOSAMPLIFICADORES AMPLIFICADORES“REALES” “REALES”(con (conautopolarización) autopolarización)

1 - EMISOR COMÚN:

ii

io

EJERCICIO: obtener las expresiones de Ai, Ri, Av, Ro, Avs.

Circuito equivalente en pequeña señal a frecuencias medias

hie

hfeib

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DEDE-II

Circuito equivalente utilizado para hallar Z0

hie

hfeib

28




DEDE-II

2 – SEGUIDOR DE EMISOR:


Circuito equivalente en pequeña señal a frecuencias medias hie

ie=(1+hfe)ib

hfeib

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DEDE-II

Circuito equivalente utilizado para hallar la impedancia de salida Z0 hie

ie=(1+hfe)ib

hfeib

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DEDE-II

3 – BASE COMÚN:


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AMPLIFICADORES AMPLIFICADORES CON FETS FETS CON

DEDE-II

2. 2. AMPLIFICADORES AMPLIFICADORES CON CON TRANSISTORES TRANSISTORES DE DE EFECTO EFECTO DE DE CAMPO CAMPO 2.1. 2.1. EL ELTRANSISTOR TRANSISTORDE DEEFECTO EFECTODE DE CAMPO COMO AMPLIFICADOR CAMPO COMO AMPLIFICADOR

sen

vGS (t ) = vin (t ) + VGG VDD = RD ⋅ i D (t ) + v DS (t )

Amplificador NMOS sencillo:

Línea de carga

IDmax=16mA

IDQ=9mA

IDmin=4mA

Punto Q

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DEDE-II

Aparentemente, GANANCIA EN TENSIÓN: -6 (el 12Vpp

amplif. invierte la señal de entrada)

La forma de onda de salida no es senoidal simétrica como la de la entrada: VDSQ=11V, y VDSmax=16V, VDSmin=4V

Salida Salidamayor mayorque que la entrada, pero la entrada, pero DISTORSIONADA DISTORSIONADA

DISTORSIÓN: DISTORSIÓN: debida debida aa que que las las curvas curvas características características del del FET FET no no son son equidistantes. equidistantes.

Si MENOR Sise seaplicara aplicarauna unaAMPLITUD AMPLITUDDE DEENTRADA ENTRADAMUCHO MUCHOMENOR, MENOR,tendríamos tendríamos una INAPRECIABLE una AMPLIFICACIÓN AMPLIFICACIÓN CON CON DISTORSIÓN DISTORSIÓN INAPRECIABLE, INAPRECIABLE, pues pues las las curvas curvasestán estándistanciadas distanciadasde deuna unamanera maneramás másuniforme uniformesisise seconsidera considerauna una región ÑA SE ÑAL. AL regiónmás másrestringida restringidade delas lascurvas curvascaracterísticas características⇒ ⇒PEQUE PEQUEÑA SEÑAL.

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DEDE-II

2.2. 2.2. CIRCUITOS CIRCUITOSEQUIVALENTES EQUIVALENTESDE DE PEQUEÑA PEQUEÑASEÑAL SEÑAL

Análisis gráfico: difícil para amplificadores reales. A continuación desarrollaremos un circuito equivalente lineal en pequeña señal para el FET, que nos permitirá utilizar técnicas de análisis matemático en lugar del análisis gráfico.


Transistor polarizado en zona saturación:

Como: Y además estamos interesados en las condiciones de pequeña señal para las cuales vgs2(t) es muy pequeño y se puede despreciar. (Suponemos que

(

v gs (t ) << VGSQ − Vto

)

)

Si se define la transconductancia del transistor como:

Como la corriente de puerta es despreciable:

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DEDE-II

Para Pequeña Señal los Transistores Para Pequeña Señal los Transistores Unipolares Unipolares pueden pueden modelarse modelarse como como una una Fuente Fuente de de Corriente Corriente Controlada Controlada por por Tensión entre D y S. Tensión entre D y S.

2.2.1. Dependencia de la Transconductancia respecto al Punto Q y los Parámetros del Dispositivo.

Despejando

en

y sustituyendo los resultados en

se obtiene:

Se m Se puede puede incrementar incrementar gg m eligiendo un valor más eligiendo un valor más . elevado elevadode deIIDQ DQ.

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DEDE-II

⎛ W ⎞ KP ⎟⋅ ⎝L ⎠ 2

Como K = ⎜

W = anchura del canal L = longitud del canal (valor mínimo limitado por el proceso de fabricación)

KP = µn ⋅ C ox

: parámetro dependiente del proceso de fabricación del transistor. (µn = movilidad superficial de los electrones en el canal; Cox= capacidad de puerta por unidad de área, que depende a su vez de la anchura del óxido tox)

Se Sepuede puedeobtener obtenervalores valoresmayores mayoresde deggmmincrementando incrementandola la relación relación anchura-longitud anchura-longitud del del canal canal del del MOSFET. MOSFET. Se Se obtiene obtieneuna unatransconductancia transconductanciaalta altaaacosta costadel delárea áreadel delCI. CI.

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DEDE-II

2.2.2. Circuito equivalente más complejo En el modelo anterior se supone que las características de drenador son horizontales en la región de saturación, pero eso no es del todo cierto: Las curvas características de drenador tienen una pendiente ligeramente ascendente respecto a vDS.

Para tener en cuenta este efecto: AÑADIR UNA RESISTENCIA rD llamada RESISTENCIA DE DRENADOR entre D y S

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DEDE-II

2.3. 2.3. EL ELAMPLIFICADOR AMPLIFICADOREN ENFUENTE FUENTECOMÚN COMÚN EL AMPLIFICADOR EN DRENADOR EL AMPLIFICADOR EN DRENADORCOMÚN COMÚN(SEGUIDOR (SEGUIDORDE DEFUENTE) FUENTE) Circuito equivalente de pequeña señal

Si y vo=vo1: FUENTE COMÚN SiRRs=0 s=0 y vo=vo1: FUENTE COMÚN Si SiRRdd=0 =0yyvvoo=v =vo2o2::DRENADOR DRENADORCOMÚN COMÚN

37




DEDE-II



37




DEDE-II



FACTOR DE AMPLIFICACIÓN

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DEDE-II

y vo=vo1) (1) ((Rs=0 (1)FUENTE FUENTECOMÚN COMÚN(R s=0 y vo=vo1)


Circuito equivalente visto desde Drenador:

-

µ·vi

Rd +

Circuito equivalente de pequeña señal

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DEDE-II

y vo=vo2) (2) ((Rd=0 (2)DRENADOR DRENADORCOMÚN COMÚN(R d=0 y vo=vo2)

Circuito equivalente de pequeña señal


Circuito equivalente visto desde Fuente:

+ Rs

-

(Si µ >> 1)

Por este motivo, se denomina SEGUIDOR DE FUENTE



40 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II

DEDE-II

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DEDE-II

2.4. 2.4. AMPLIFICADOR AMPLIFICADOREN ENFUENTE FUENTECOMÚN COMÚN(con (concircuito circuitode deautopolarización) autopolarización)

EJERCICIO: obtener las expresiones de Av, Ri, Ro, Ai, Avs.

Circuito equivalente en pequeña señal para el amplificador en fuente común



42 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II

DEDE-II

Circuito utilizado para calcular RO

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DEDE-II

2.5. 2.5. SEGUIDOR SEGUIDORDE DEFUENTE FUENTE(con (concircuito circuitode deautopolarización) autopolarización)

EJERCICIO: obtener las expresiones de Av, Ri, Ro, Ai, Avs.

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DEDE-II

Circuito equivalente en pequeña señal alterna para el seguidor de fuente.

Circuito equivalente utilizado para hallar la resistencia de salida del seguidor de fuente.

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AMPLIFICADORES AMPLIFICADORES MULTIETAPA MULTIETAPA

DEDE-II

3. 3. AMPLIFICADORES AMPLIFICADORES DE DE VARIAS VARIAS ETAPAS ETAPAS En aplicaciones reales se hace necesario el acoplamiento de varias etapas: • Para obtener una amplificación mayor. • Para una correcta adaptación de impedancias si la impedancia de entrada o salida de una sola etapa no es la adecuada


De forma general: AMPLIFICADOR MULTIETAPA UTILIZANDO MODELOS EQUIVALENTES DE TENSIÓN TENSIÓN

0

0

0

0

0

0

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DEDE-II

AMPLIFICADOR MULTIETAPA UTILIZANDO MODELOS EQUIVALENTES DE CORRIENTE CORRIENTE

0

0

0

0

0

0

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DEDE-II

3.1. 3.1. OPTIMIZACIÓN OPTIMIZACIÓNDE DELA LACOMBINACIÓN COMBINACIÓNDE DECONFIGURACIONES CONFIGURACIONES Los montajes pueden ser en EC, BC, CC o combinación. En general, al acoplar varias etapas se busca un aumento en la ganancia de tensión. En una cadena amplificadora se distinguen:

• Etapa de entrada • Etapas intermedias • Etapa de salida

(1) ETAPAS INTERMEDIAS • No se utiliza una configuración en CC porque Av<1. • No se utiliza una configuracíón en BC porque Av de varias etapas de este tipo acopladas es menor que la última:

AV = AI ⋅

RL RL ≅ < 1 si Ri = Ri +1 ya que RL = RC //Ri Ri Ri

• Por el contrario, en una etapa en EC:

AV = h fe ⋅

RL > 1 porque h fe >> 1 Ri

En Enun unamplificador amplificadorde devarias variasetapas etapaslas lasintermedias intermedias utilizan configuraciones en EC utilizan configuraciones en EC

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DEDE-II

(2) ETAPA DE ENTRADA Su elección se realiza en función del generador conectado a la entrada: • Si el generador es de tensión: (necesaria Zi alta)


• Si el generador es de corriente:

Entrada Entradaen enCC CC Montaje Montajecon conFET FET(DC, (DC,FC) FC)

Entrada Entradaen enBC BC

(necesaria Zi baja)

(3) ETAPA DE SALIDA Se selecciona en función de la impedancia de carga • Si RL baja impedancia, e información codificada en forma de tensión:

Salida Salidaen enCC CC

(necesaria Zo baja)

• Si RL alta impedancia, e información codificada en forma de corriente:

(necesaria Zo alta)

Salida Salidaen enBC BC

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DEDE-II


OBSERVACIONES OBSERVACIONES AL ANALISIS ANALISIS AC AC AL

4. 4. ANÁLISIS ANÁLISIS EN EN PEQUEÑA PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL OBSERVACIONES OBSERVACIONES 1 - DIBUJO DEL CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL 1.

Sustituir fuentes de tensión continua por cortocircuitos.

2.

Sustituir fuentes de corriente continua por circuitos abiertos.

3.

Sustituir condensadores de acoplo y de desacoplo por cortocircuitos cuando se desee un análisis a frecuencias medias. Nota: Para hallar expresiones para la ganancia o la impedancia en función de la frecuencia, o hacer un análisis en régimen transitorio, deberían incluirse los condensadores en el circuito equivalente.

4.

Sustituir transistor por circuito equivalente.

5.

Si circuito tiene varios transistores, se utilizarán subíndices para distinguir las corrientes y los parámetros de los diferentes transistores.

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DEDE-II

••Vale Vale la la pena pena prestar prestar atención atención al al dibujar dibujar el el circuito circuito equivalente: equivalente: Analizar Analizar un un circuito circuito equivalente equivalente incorrecto incorrecto es es una una pérdida pérdidade detiempo tiempoyyde deesfuerzo. esfuerzo.

COMPROBAR COMPROBAR BIEN BIEN EL EL CIRCUITO CIRCUITO EQUIVALENTE EQUIVALENTE ANTES ANTES DE DEESCRIBIR ESCRIBIRLAS LASECUACIONES ECUACIONES¡!¡! •• Puede Puedeque queresulte resulteconveniente convenientedividir dividiren envarios variospasos pasoseleldibujo dibujo de delos loscircuitos circuitosequivalentes equivalentesen enpequeña pequeñaseñal. señal. En Enprimer primerlugar, lugar,se sehacen hacenlos loscambios cambiosnecesarios necesariosyydespués, después,sisi se se quiere, quiere, se se vuelve vuelve aa dibujar dibujar elel circuito circuito para para simplificar simplificar elel trazado. trazado.

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DEDE-II

2. IDENTIFICACIÓN DE LAS VARIABLES DE INTERÉS DEL CIRCUITO Una vez finalizado el circuito equivalente en pequeña señal, trataremos de hallar expresiones para las ganancias e impedancias que sean de interés. En primer lugar, identificaremos las corrientes y tensiones pertinentes


y las señalaremos en el circuito equivalente.

Ejemplo: •

Para hallar la ganancia de tensión, las variables pertinentes son la tensión de entrada vi y la tensión de salida vo.

•

Para la impedancia de entrada, lo que nos interesa son vi y la corriente de entrada ii.

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DEDE-II

3. CALCULO DE LA RESISTENCIA DE SALIDA La resistencia de salida es la resistencia de Thevenin del amplificador. Para hallar la resistencia de salida: •

Quitamos la carga

•

Ponemos a cero el valor de las fuentes de señal independientes (sustituir las fuentes de tensión por cortocircuitos, y las fuentes de corriente por circuitos abiertos). Las fuentes dependientes, como la fuente controlada de corriente del transistor equivalente, no se ponen a cero.

•

Miramos desde los terminales de salida para hallar la resistencia.

•

A menudo es conveniente agregar una fuente de tensión de prueba Vx a los terminales de salida para hallar la resistencia de salida del seguidor de emisor. La resistencia de salida viene dada por la relación entre Vx e ix .

53



DEDE-II

4. ESCRITURA DE LAS ECUACIONES DEL CIRCUITO

Tras dibujar el circuito equivalente en pequeña señal e identificar las variables de tensión o corriente pertinentes, utilizamos el análisis de circuitos para escribir las ecuaciones.


•

A menudo es necesario incluir corrientes o tensiones adicionales en las ecuaciones. Ejemplo: Para hallar la resistencia de salida del seguidor de emisor, queríamos calcular la relación entre Vx e ix pero al escribir las ecuaciones, incluimos una corriente adicional ib.

•

Tras

escribir

el

conjunto

de

ecuaciones

de

circuito

adecuadas,

despejaremos para eliminar las corrientes y tensiones no deseadas, hasta que tengamos una ecuación que relacione las dos variables de interés.

54



DEDE-II

Si el circuito es bastante complejo, es una buena idea asegurarse de que se ha escrito un conjunto de ecuaciones correcto antes de eliminar las variables que no se desean:

-

Supongamos que contamos las variables no deseadas, y llamamos a


ese numero N. Como necesitamos una ecuación para eliminar cada una de las variables no deseadas, y como necesitamos dar con una ecuación que relacione las dos variables de interés, necesitaremos un total de N + 1 ecuaciones independientes. -

Hay

que

asegurarse

de

que

las

ecuaciones

no

son

dependientes: a veces puede que escribamos la misma ecuación de diferente manera sin darnos cuenta.

55


DEDE-II


5. CALCULO Y COMPROBACIÓN DE LA EXPRESIÓN BUSCADA Una vez que hemos escrito un numero suficiente de ecuaciones independientes, se utilizan técnicas algebraicas simples para eliminar las variables de circuito no deseadas y hallar la expresión buscada. Si, en este proceso, la sustitución da lugar a la cancelación de todos los términos


(con lo que nos quedaría 0 = 0), es que hemos escrito ecuaciones dependientes y hemos de volver a escribir ecuaciones adicionales.

6. COMPROBACIÓN DE LAS UNIDADES Tras haber hallado una expresión para la ganancia o la impedancia, es buena idea comprobar si las unidades de la expresión hallada son las correctas: •

Ganancia de tensión o corriente: no debería tener unidades.

•

Impedancia de entrada o salida: debería estar en ohmios.

En el caso de que las unidades no fueran las que esperábamos, deberíamos buscar algún error al escribir la ecuación original o algún error algebraico.

56




DEDE-II

EL EL ANÁLISIS ANÁLISIS DEL DEL CIRCUITO CIRCUITO EQUIVALENTE EQUIVALENTE DE DE PEQUEÑA PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL NO NO ES ES TAN TAN PROBLEMÁTICO PROBLEMÁTICO COMO COMO PARECE PARECE EN EN ESTA ESTA

EXPLICACIÓN. EXPLICACIÓN. SE SE HAN HAN INTENTADO INTENTADO MENCIONAR MENCIONAR TODOS TODOS LOS LOS PROBLEMAS PROBLEMAS QUE QUE SE SE ENCUENTRAN ENCUENTRAN COMÚNMENTE COMÚNMENTE CON CON ESTA ESTA TÉCNICA, TÉCNICA, PARA PARAQUE QUENO NODESPERDICIEIS DESPERDICIEISMUCHO MUCHOTIEMPO TIEMPOSI SITROPEZAIS TROPEZAIS CON CONELLOS. ELLOS.

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