introduccion a practicas de amplificadores con transistor bipolar

INTRODUCCION A PRÁCTICAS DE AMPLIFICADORES CON TRANSISTOR
BIPOLAR, DISEÑADOS CON PARAMETROS HIBRIDOS
OBJETIVO:
El objetivo de estas practicas es diseñar amplificadores en emisor común y base
común aplicando los conocimientos ya obtenidos en clases anteriores solo que ahora
consideraremos los parámetros híbridos, esto es calculando a las ganancias de
corriente y voltaje, ya que ahora son los cuales debemos de respetar y para ello se
estudiaran las formulas correspondientes, en forma larga y en forma corta aplicando
sus condiciones.
Aplicando estos conocimientos se aplicaran de forma sencilla para obtener una
amplificación de ganancia de voltaje, por medio de la conexión de los amplificadores
en cascada. Y rediseñándolo para una primera etapa de amplificación con FET.
INTRODUCCION TEORICA
Parámetros híbridos como redes de dos puertos
• Fórmula de ganancia de impedancia
Se deriva una relación importante entre las cantidades de ca de ganancia de tensión,
Av, y de ganancia de corriente, Ai.
La formula de tensión se define como
y la ganancia de corriente o ganancia de impedancia como
• Parámetros híbridos.
En un sistema de cuatro terminales existen cuatro variables de circuito: la tensión y
la corriente de entrada, y la tensión y corriente de salida. Estas cuatro variables se
pueden relacionar por medio de algunas ecuaciones, dependiendo de cuales variables
se consideren independientes y cuales dependientes.
El par de ecuaciones de parámetros híbridos (parámetros h) (y su circuito
equivalente) se utiliza a menudo para análisis de circuitos con BJT.
Cuando se utilizan los parámetros h para describir una red de transistores, el par de
ecuaciones se escribe como sigue:
Donde los parámetros h se definen como:
hi = h11 = resistencia de entrada del transistor
hr = h12 = ganancia de tensión inversa del transistor
hf = h21 = ganancia directa de corriente del transistor
h0 = h22 = conductancia de salida del transistor
Cuando los parámetros h se aplican a redes de transistores, toman un significado
práctico en relación con el desempeño del transistor.
Cuando los parámetros de entrada y de salida se igualan en forma individual a cero,
cada parámetro híbrido representa ya sea una resistencia, una conductancia, una
razón de dos tensiones o una razón de dos corrientes.
Es muy útil en cd contar con alguna forma de distinguir entre las tres
configuraciones, es decir, EC, CC y BC. Se añade un segundo subíndice a cada
parámetro híbrido para proporcionar esta distinción. Por ejemplo, un circuito en EC
suele tener hi en el circuito de base, y se cambia a hie. De manera similar para BC, hi
se cambia por hib, y para CC, se cambia a hic. Los tres valores se relacionan entre sí
como sigue
El valor de ß es función del punto de operación (ICQ) del transistor. En la porción
plana de la curva de iC contra vCE con iB constante el cambio es pequeño. Conforme el
transistor se aproxima a la saturación, empieza a caer. A medida que el transistor se
aproxima a corte ß también se aproxima a cero.
Resistencia de entrada en cortocircuito
Se explora el valor de los parámetros antes de abordar la utilización de los circuitos
equivalentes para el diseño y análisis. Primero se desarrollan las ecuaciones para hie y
hib, que muestran la dependencia de estos parámetros respecto a la ubicación del
punto de operación.
La ecuación anterior es útil para estimar el valor de hib.
Parámetros en Emisor Comun.
• Resistencia de entrada, Ren
En general, ß es bastante grande para aproximar 1 + ß como ß. La corriente en RE es,
por tanto, aproximadamente igual a ß ib.
• Ganancia de tensión, Av
La relación de división de corriente aplicada a la salida da
El signo negativo resulta de la dirección opuesta de ß ib con respecto a iL. Entonces
• Ganancia de corriente, Ai
La ganancia de corriente se encuentra a partir de la formula de ganancia de
impedancia.
• Resistencia de salida, R0
La fuente de corriente ideal exhibe una impedancia infinita, ya que se mide la
resistencia de salida como la entrada en circuito abierto (es decir, ib = 0). La
resistencia de salida para el transistor EC es entonces
Por lo general, el parámetro hoe es bastante pequeño como para ser despreciado en
los cálculos, de modo que la magnitud de la resistencia de salida del transistor se
vuelve infinita.
• Alinealidades de los BJT
Un transistor opera en forma lineal excepto en las regiones de corte y saturación. La
operación en estas regiones o cerca de ellas provoca una reproducción distorsionada
de la señal de entrada.
Parámetros para el amplificador BC
De esta configuración, es fácil ver que la polarización es idéntica a la del
amplificador EC.
• Resistencia de entrada, Ren
La ecuación en forma larga para Ren se deriva en seguida. La corriente en Ren es ien +
(1+ß)ib.
La ecuación en forma corta se obtiene suponiendo que hib << RE y RB << ß RE.
Entonces:
Ren = hib + RB/ ß
•
Ganancia de corriente, Ai
La ganancia de corriente para el circuito de la figura 3.13 se encuentra de la siguiente
forma:
Entonces, si RB << β RE y hib << RE, se obtiene la expresión en forma corta de la
ecuación.
• Ganancia de tensión, Av
La formula de ganancia de impedancia se utiliza para encontrar Av. Se usan Ai de la
ecuación y Ren para obtener la expresión en forma larga de la ecuación.
No se puede simplificar más la ecuación ya que hib es aproximadamente igual a RB/β.
Si se añade un capacitor de paso entre base y tierra, RB/β se elimina y la expresión se
simplifica.
• Resistencia de salida, R0
Como en el caso del amplificador EC, el generador de corriente dependiente, β ib,
presenta una resistencia elevada por tanto:
R0 = RC
AMPLIFICADORES MULTIETAPA
Permiten aumentar las prestaciones con respecto a la utilización de una sola etapa
AMPLIFICADOR EN CASCADA BJT
Un amplificador en cascada con acoplamiento RC construido utilizando BJT se
ilustra en la figura 7.3. Como antes, la ventaja de las etapas en cascada es la mayor
ganancia total de voltaje.
Figura 7.3 Amplificador BJT en cascada ( acoplamiento RC ).
La impedancia de entrada del amplificador es la de la etapa 1:
Zi = R1 R2 hie
y la impedancia de salida del amplificador es la de la etapa 2:
Zo = RC ro ≈ RC
AMPLIFICADOR EN CASCADA FET
Una conexión popular entre etapas de amplificador es la conexión en cascada.
Básicamente una conexión en cascada es aquella en la cual la salida de una etapa se
conecta a la entrada de la segunda etapa.
La figura 7.1 muestra una conexión en cascada de dos etapas de amplificador a FET.
La conexión en cascada proporciona una multiplicación de la ganancia en cada una
de las etapas para tener una mayor ganancia en total.
La ganancia total del amplificador en cascada es el producto de las ganancias de las
etapas Av1 y Av2.
En este caso:
Av = Av1 Av2 = (− gm1RD1)(− gm2 Rd 2 )
Etapa 1
Etapa 2
Figura 7.1 Amplificador FET en cascada.
La impedancia de entrada (Zi) del amplificador en cascada es la de la etapa 1:
Zi = RG1
Mientras la impedancia de salida (Zo) es la de la etapa 2:
Zo = RD 2
La función principal de las etapas en cascada es conseguir la mayor ganancia total.
Puesto que la polarización de cd y los cálculos de ca para un amplificador en cascada
se siguen de aquellos deducidos para las etapas individuales, un ejemplo demostrará
los diversos cálculos para determinar la polarización de cd y la operación de ca.