GTP3

Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 1
CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I
GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS N° 3
REALIMENTACIÓN
Cuestionario
1) Dibujar los circuitos equivalentes de un amplificador de tensión, de corriente, de
transconductancia y de transimpedancia. ¿Cuáles son las dimensiones de las respectivas
transferencias? ¿Considerando amplificadores ideales, qué valores toman Ri y R0?
2) Establecer cuáles son las suposiciones fundamentales que se realizan al suponer exacta la
a
expresión: A f 
(1  a )
3) Definir realimentación positiva y negativa.
4) ¿Cuáles son las cuatro topologías básicas de amplificadores realimentados?. En cada
caso identificar:
a) Variables muestreadas y comparadas.
b) Dimensiones de las funciones de transferencia de los bloques a y , y de la
transferencia realimentada Af.
c) Configuración de cuadripolo más conveniente para el análisis del amplificador.
d) ¿Cómo se modifican las impedancias de entrada y salida en cada caso?
5) ¿Cómo se puede identificar si un muestreo es de tensión o de corriente? ¿y la
comparación?
6) Listar los pasos requeridos para el análisis de un amplificador realimentado.
7) Considerando un amplificador con un solo polo. ¿Cuál es la relación entre el ancho de
banda con y sin realimentación?. ¿Qué sucede con el producto ganancia-ancho de banda?
8) ¿Cómo se modifican los polos de un amplificador con dos polos cuando se lo
realimenta?
Definir:
a) frecuencia de oscilación natural.
b) frecuencia de oscilación amortiguada.
c) factor de amortiguamiento.
d) tiempo de establecimiento.
Bibliografía
Básica:
P. R. Gray & R. C. Meyer, Análisis y Diseño de Circuitos Integrados Analógicos.
Prentice Hall. 3ra Ed. 1995
J. Millman & A. Grabel. Microelectronics. Mc Graw-Hill. 1987 (En español e inglés).
Complementaria:
San Ben-Yaakov, A unified approach to teaching feedback in electronic circuit courses,
IEEE Transaction on Education, Vol. 34, N4 November 1991, pp 310 - 316.
1
Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 2
PROBLEMAS
Problema N 1
Vg +
Vr
+
Vo
a = 34
Vg = 50.(sen t) (mV); Vr = 250 (sen t) (mV)
a) En el sistema de la figura calcular la tensión de salida Vo y la relación señal ruido (S/R o
también S/N).
b) Para mejorar la relación señal ruido, se proponen los siguientes esquemas:
Vg
+
a1=34 +
Vr
+
a = 34
V0
Vg
a+1=34 +
Vr
+
a = 34
-
-
=0.03
=1
Analizarlos comparativamente teniendo en cuenta la relación señal ruido a la salida, y los
niveles se señal en los distintos puntos del circuito.
c) ¿Qué sucede en cada caso si a1 se incrementa a un valor igual a 100?
Problema N 2
En el esquema de la figura:
+
Vi +
V0
a

a) Calcule los polos de la transferencia realimentada en función de 0 si:
a
a0
1  s s0
a0 = 105,
,
   0 (1  s s1 )
s0 = -60 rad/seg,
s1 = -600.000 rad/seg
b) Observe que para cada frecuencia resulta:
2
V0
Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 3
 1

 ( )
V0 

Vi 
 a(  )


 a    1
 ( )



1
si a(  ) 
 a    1 

 ( )
si a(  ) 
1
Trace los diagramas de Bode (módulo) de la a() y de 1/() para 0 = 0.00001; 0 = 0.01;
0 = 1. Por inspección trace el diagrama de Bode de la transferencia realimentada,
identificando los polos. Compare los resultados con los del inciso a).
c) Repita el punto b) con:
100  (1  s z1 )
a
(1  s s0 ) 2
z1= -10 rad/seg, s0 = -1000 rad/seg,
 = 0, 0 = 0.00001, 0 = 0.001, 0 = 1
¿Que ocurre con el cero de a?
Problema N 3
Se desea hallar un modelo de cuadripolo para el siguiente amplificador realimentado:
R0
Rg
Vg
~

+
Ri
a
Rc V0
Z2
Z1
a) Identificar la topología.
b) Hallar las expresiones de a y .
c) Hallar Ar, Zir, y Zor. ¿A qué valor se aproximan cuando A >> 1?
d) Hallar Vo/Vg con las expresiones aproximadas del punto c.
e) Simular en PSpice con los siguientes valores: Rg=120, Ri=10M, R0=75,
Z1=Z2=1k, a=105, RL=1k. Hallar los parámetros pedidos anteriormente y comparar.
3
Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 4
Problema N 4
Idem al anterior para la siguiente configuración:
Z2
Rg
Vg
Z1
~
R0

-
Ri
a
Rc V
0
Problema N 5
Considere el siguiente amplificador no lineal cuya ganancia es
Vin
+

A1 = 33 si Vi < 100 mV
A2 = 2 si Vi > 100 mV
V0
Grafique la forma de onda de salida cuando
se inyecta a la entrada una onda triangular de
200 mV de pico y de una frecuencia de 1
kHz.
b) Dicho amplificador se realimenta de la siguiente manera:
R2=33k
R1=1k
Vin

+
a=105
+
V0
RC=10
Esquema del circuito completo donde puede
apreciarse que la segunda etapa es un amplificador
no lineal con dos ganancias diferentes.
Obtenga la expresión de la transferencia V0/Vg.
Dibuje la nueva forma de onda de salida cuando se aplica la señal triangular utilizada en a).
c) Repetir el problema cuando A2 = 0.
4
Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 5
Problema N 6
Empleando los resultados aproximados hallados en los problemas 1 y 2 para las
transferencias a1 y a2, analizar el siguiente sistema:
a) Hallar la expresión de la amplificación de tensión realimentada para los siguientes
valores de Rf:
Rf = 
Rf = 100 k
Rf = 10 k
Rf = 1 k
b) Dibujar los diagramas de Bode (módulo y fase) del sistema de lazo cerrado para las
distintas Rf empleadas en a).
Utilizar las expresiones de las ganancias simplificadas obtenidas en los ejercicios
anteriores.
Rf
3.3k
Rg=120
Vg
~
470
R0

Ri
-
R0

a 
+
Ri
V1
a1
a2
Ar1
10 nF
1k
33k
Ar2
5
a 
1 k
V0
10k
Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 6
Problema N 7
En el circuito de la figura:
+VCC
Ra
Rg
Vg
~
CC
Rb
RE
Vsal
a) Determinar la topología,
identificando los bloques a
y .
b) Expresar la ganancia a
lazo abierto.
c) Expresar la ganancia a
lazo cerrado.
d) Determinar la variación
porcentual de la
amplificación Vs/Vg a lazo
abierto y a lazo cerrado
para hFE = 100 y hFE = 300,
si Rg = 0; r = 6.8 k; RE =
5.6 k; RTH >> r.
Problema N 8
Analizar la respuesta en frecuencias medias y altas de una etapa transistorizada en
configuración emisor común interpretándola como un sistema realimentado.
Rg
Vg
~
RL
6
Rg = 50 
gm = 0.6  -1
RL = 150  C = 125 pF
r 135 
C = 2.5 pF
Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 7
Problema N 9
+VCC= 15V
12k
12k
1k
V0
Vg

10k
5k
500 
5k
I= 2 mA
VEE= -5V
gm = 0.004  -1
a) Identificar la topología. Calcular a y .
b) Calcular la transferencia del amplificador realimentado.
Calcular las impedancias de entrada y de salida del amplificador realimentado.
Problema N 10
+VCC
Idem Prob. 9 para el siguiente circuito:
donde gm1 = gm2 = 40 m-1 , y hie1 =
hie2 = 2 k
+VCC
1k
1k
Rg=500
~
Vg
Vsal
Q2
Q1
22k
1.5nF
7
180
Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 8
Problema N 11 (Problema de Laboratorio)
Dado el amplificador diferencial de la figura 1 y sin tener en cuenta las Re
calcule:
a) Ganancia de tensión saliendo por un colector.
b) Rango lineal de entrada para modo diferencial.
c) Ancho de banda del
modo diferencial.
+VCC
Repita los pasos anteriores
pero teniendo en cuenta las
Re identificando la
topología de la
realimentación introducida.
RC
RC
V0
RE
Vi
RG

RE
RB
RB
REE
VEE
- Figura 1Dado el amplificador
diferencial de la figura 2.
a) Identifique la topología
de realimentación indicando
variables muestreadas,
comparadas y comunes a la
entrada y salida.
b) Identifique el bloque  y
calcule su valor.
c) Calcule la ganancia
realimentada despreciando
el efecto de cargas.
d) Calcule la ganancia
realimentada sin despreciar
el efecto de cargas.
+VCC
RC
RA
RC
V0
RB
Vi
RG
RB
REE

VEE
- Figura 2 –
Datos: RG= 22k, RC= 4k7, RA= 10k, RB= 1k, REE= 10k, = 160, RE= 100,
fT = 300 MHz, C = 2pF, VCC = -VEE = 12V.
8
Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 9
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 3
Objetivos:
 Estudio de topologías. Efecto de la realimentación sobre la ganancia del
amplificador.
 Estudio del comportamiento de los sistemas realimentados frente a no linealidades.
+VCC
RC
RC
V0
RE
Vi
RG

RE
RB
RB
REE
VEE
- Figura 1+VCC
RC
RA
RC
V0
RB
Vi
RB
REE
RG

VEE
- Figura 2 Datos: RG= 22k, RC= 4k7, RA= 10k, RB= 1k, REE= 10k, = 160, RE= 100,
fT = 300 MHz, C = 2pF, VCC = -VEE = 12V.
9
Circuitos Electrónicos I ~ Realimentación 10
1. Determine experimentalmente las ganancias realimentadas para ambas topologías.
Utilice el generador de funciones aplicando en la entrada una señal de modo tal que
la salida no sature (sinusoide de 1 kHz de frecuencia).
2. Determine experimentalmente el rango lineal de entrada diferencial
3. Determine el ancho de banda del modo diferencial para lazo y realimentado.
10