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Amplificadores Multietapa

Dr. José Ernesto Rayas Sánchez

Algunas de las figuras de esta presentación fueron tomadas de la página de internet de los autores del texto:

A.S. Sedra and K.C. Smith, Microelectronic Circuits. New York, NY: Oxford University Press, 1998.

2Dr. J.E. Rayas Sánchez

Introducción

! La mayoría de los amplificadores prácticos consisten de varias etapas de amplificación

! Las etapas de entrada proveen de alta impedancia de entrada e inmunidad al ruido (CMRR)

! Las etapas intermedias producen la mayor parte de la ganancia

! Las etapas de salida proveen de una baja impedancia de salida y hacen el ajuste de niveles de C.D.

3Dr. J.E. Rayas Sánchez

Amplificador Genérico de n Etapas

vorL

etapa1

etapa2

etapan

Zi1

vi

ii

Zi2 Zi2

Zon

vok = vik+1

io

iok = iik+1

1ii ZZ =

ono ZZ =

)())(( 21 vnvvi

ov AAA

vvA K== )())(( 21 inii

i

oi AAA

iiA K==

pi

o

ii

Lo

i

o

ii

Loiv A

pp

Zi

ri

ii

ZiriAA ====

2

2

2121

))((

4Dr. J.E. Rayas Sánchez

Tipos de Acople entre Etapas

! Capacitivo! Inductivo! Directo! Óptico

5Dr. J.E. Rayas Sánchez

Acople Capacitivo

! VentajasIndependiza las polarizacionesEn frecuencias medias y altas puede ignorarseAdecuado para implementaciones discretas

! DesventajasAfecta al amplificador en frecuencias bajasDificulta el acoplamiento de impedanciasDificulta la miniaturización (CIs)

6Dr. J.E. Rayas Sánchez

Acople Capacitivo (ejemplo)

vo

vi

VCC

7Dr. J.E. Rayas Sánchez

Acople Inductivo

! VentajasIndependiza las polarizacionesProduce aislamiento eléctricoFacilita el acoplamiento de impedanciasPermite la sintonización del acoplamiento

! DesventajasLos transformadores son voluminosos y pesadosIntroduce no-linealidades debidas al núcleo del transformadorAfecta tanto a bajas como a altas frecuencias

8Dr. J.E. Rayas Sánchez

Acople Directo

! VentajasPermite amplificar señales de C.D.Bajo costoIdeales para implementaciones en CIs

! DesventajasLas polarizaciones de las etapas son mútuamente dependientes Su diseño puede ser complicado

9Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo

10Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

10021 == ββ

15054 == ββ

1507 =β

1808 =β

Polarización

11Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

mA25.021 == CC IIseñaletapa 1

RCRC

vd

Ri2Q1 Q2

1m10mV25mA25.0 −Ω==mg

12Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

señaletapa 1

RCRC

vd

Ri2Q1 Q2

mid g

rR βπ

22 ==

KΩ20mΩ10

)100(21 == −idR

2)2||( 2

1Cim

vRRgA =

rπgmvπ rπ

gmvπ

RCRC

Ri2vπvπ

vo ++vd/2 -vd/2

gmvd/2 gmvd/2

13Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

14Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

15Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

señaletapa 2 R3

vo1

Ri3Q4 Q5 vo2

Ω==== Kg

rRm

i 5.7mV25/mA1)150(2222

βπ

2)||( 33

2RRgA im

v−=

16Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

señaletapa 1 RCRC

vd

Ri2Q1 Q2

58.312

)K40||K5.7(mV25mA25.0

2)2||( 2

1 =ΩΩ

== Cimv

RRgA

17Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

18Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

19Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

señaletapa 3

R4

Q7

R5

vo2

Ri4 vo3

)||( 453 ibo RRiv β−=

)/( 42 Rrvi eoe +=

))(1( 4

2

Rrvi

e

ob ++

=β

Ω=+= K351)K3.225(1513iR

4

45

4

45

2

33

)||())(1(

)||(R

RRRr

RRvvA i

e

i

o

ov

−≈++

−==β

β

re

βibB C

E

ib

re = α /gm ≈ gm-1

))(1( 43 RrR ei ++= β

20Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

señaletapa 2 R3

vo1

Ri3Q4 Q5 vo2

49.592

)K3||K351)(mV25/mA1(2

)||( 332 −=ΩΩ−=−= RRgA im

v

21Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

22Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

23Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

señaletapa 4

6)1( Riv bo += β

)/( 63 Rrvi eoe +=

))(1( 6

3

Rrvi

e

ob ++

=β

Ω=+= K9.543)K3mA5mV25(1814iR

998.0K35

K3)( 6

6

34 =

Ω+Ω=

+==

RrR

vvA

eo

ov

re

βibB C

E

ib

re = α /gm ≈ gm-1

))(1( 64 RrR ei ++= βQ8

R6

vo3

vo

24Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

R4

Q7

R5

vo2

Ri4 vo3

señaletapa 3

52.6)K3.225(151

)K9.543||K7.15(150))(1(

)||(4

45

2

33 −=

+−=

++−==

RrRR

vvA

e

i

o

ov β

β

25Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

Resistencia de salida de la etapa 4

Q8

R6

vo3

vo

re

βibB C

E

ib

re = α /gm ≈ gm-1

Ω=Ω+Ω=+

+= 02.89)181

K7.15mA5mV25(||K3)

1(|| 5

6 βRrRR eo

26Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

27Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo de Acople Directo (cont.)

Características globales

224,12)998.0)(52.6)(49.59)(58.31()()( 41 =−−== vvv AAA L

Ω= KRid 20

Ω= 02.89oR

28Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejercicios de Tarea

Resolver problemas 6.51, 6.116, y 6.118 del libro de texto