AMPLIFICADOR CON BJT ANÁLISIS DE PEQUEÑA SEÑAL 2015-1 Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.D MJ 12- 14 26-05-2015

AMPLIFICADOR CON BJTANÁLISIS DE PEQUEÑA SEÑAL

2015-1

Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.DMJ 12- 1426-05-2015

INTRODUCCIÓN

El análisis de pequeña señal de amplificadores basados en transistores se centra en el análisis de circuitos equivalentes para cada configuración de amplificación (EC, CC, BC).

Se utiliza el método de circuitos equivalente basado en parámetros híbridos obtenidos del análisis circuital basado en redes de dos puertos.

Se pretende encontrar expresiones para la resistencia de entrada, ganancia de voltaje, ganancia de corriente y resistencia de salida de cada configuración de amplificación (EC, CC, BC).*

Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

eneni

Loo

Riv

Riv

enen

Lo

i

o

Ri

Ri

v

v

ANÁLISIS DE REDES DE DOS PUERTOS


en

Liv R

RAA

enen

Lo

i

o

Ri

Ri

v

v

ANÁLISIS DE REDES DE DOS PUERTOS (2)

Fórmula de Ganancia de Impedancia

i

ov v

vA

Ganancia de voltaje

en

oi i

iA

Ganancia de corriente

*

*

PARÁMETROS HÍBRIDOS

Existen muchas formas de caracterizar redes de cuatro terminales.

En un sistema de cuatro terminales hay cuatro variables de circuito: la tensión (o voltaje) y la corriente de entrada; y la tensión y la corriente de salida.

Estas cuatro variables se pueden relacionar por medio de algunas ecuaciones, dependiendo de cuáles variables se consideren independientes y cuáles dependientes.


ECUACIONES DE PARÁMETROS HÍBRIDOS (PARÁMETROS H)

El primer dígito del subíndice en h denota la variable dependiente, en tanto que el segundo digito denota la variable independiente asociada con el parámetro h en particular.

Por ejemplo, h12 relaciona v2 con v1.Se supone que los valores de h son

constantes.

2221122

2121111

vhihi

vhihv

*


PARÁMETROS H PARA UNA RED DE TRANSISTORES

hi=h11= Resistencia de entrada del transistor.hr=h12= Ganancia de tensión inversa del transistor.hf=h21= Ganancia directa de corriente del transistor.ho=h22= Conductancia de salida del transistor.

2221122

2121111

vhihi

vhihv

212

211

vhihi

vhihv

of

ri

Para una red de transistores:

212

211

vhihi

vhihv

of

ri

PARÁMETROS H PARA UNA RED DE TRANSISTORES (2)

Dos ecuaciones que representados circuitalmente corresponden al siguiente sistema:

*

*

02

2

02

1

01

2

01

1

1

1

2

2

i

osal

i

r

v

f

v

ien

v

ihY

v

vh

i

ih

i

vhR


Resistencia de entrada con v2 en cortocircuito.

Ganancia directa de corriente con v2 en cortocircuito.

Ganancia inversa de tensión con i1 en circuito abierto.

Conductancia de salida con i1 en circuito abierto.


Estos parámetros son idealmente constantes, aunque los valores numéricos dependen de la configuración del transistor. Esto es, si la configuración es EC, BC ó CC.

Es útil contar con alguna forma de distinguir entre las tres configuraciones. Para ello se añade un segundo subíndice a cada parámetro híbrido para proporcionar esta distinción.


PARÁMETROS H PARA UN AMPLIFICADOR CON RESISTENCIA DE

EMISOR

icibibie hhhh )1(

constante

cevB

Cfe i

ih

Configuración EC

Configuración BC

constante

cevB

C

di

di

*

PARÁMETROS H: OBSERVACIONES


RESISTENCIA DE ENTRADA EN CORTO CIRCUITO

A continuación se desarrollan las ecuaciones de hib y hie que muestran la dependencia de estos parámetros respecto a la ubicación del punto de operación Q:

01

1

2

v

ie i

vh

0

CEvB

BEie i

vh


RESISTENCIA DE ENTRADA EN CORTO CIRCUITO (2)

1exp

T

BEOB V

vIi

T

BE

T

O

BE

B

V

v

V

I

dvid

exp

0

CEvB

BEie i

vh

T

BEOB V

vIi exp En región directa de

conducción del diodo de la unión Base-

Emisor.



T

B

BE

B

V

i

dvid

T

B

T

BE

T

O

BE

B

V

i

V

v

V

I

dvid

exp



BQ

Tie

I

Vh

BQ

T

B

BE

vB

BE

I

V

id

dv

i

v

CE

0

0

CEvB

BEie i

vh

*


CQ

ibI

Vh

026.0 Para

VT=26mV

CQ

T

BQ

Tib

I

V

I

Vh

BQ

Tie

I

Vh Con: ibibie hhh )1(y:

*

MODELO HIBRIDO Π DEL BJT


iehr

MODELO HIBRIDO Π DEL BJT(…CONT)

Modelo ideal, sin considerar efectos secundarios.•Dicho modelo considera que el transistor está previamente polarizado en un punto de operación dentro de la Región Activa.

Es decir, siempre que se cumpla que la excursión del Punto de Operación es lo suficientemente pequeña como para considerar que rπ permanece constante, el modelo incremental de alterna para el transistor bipolar ideal, ya sea npn o pnp será:

QPuntoBE

B

tv

ti

r

)(

)(1

CQ

T

BQ

T

I

V

I

Vr

MODELO HIBRIDO Π DE SEGUNDO ORDEN DEL BJT


Modelo hibrido π de primer orden

Modelo hibrido π de segundo orden

iehr ib

m hg

1

oo h

r1

EVALUACIÓN DE PARÁMETROS DE AMPLIFICACIÓN PARA LA CONFIGURACIÓN EC


CIRCUITO DE PARÁMETROS HÍBRIDOS PARA EL AMPLIFICADOR EC

RESISTENCIA DE ENTRADA, REN

EieB

EieBEieB

en

ien RhR

RhRRhR

i

vR

//

EibB

EibBen RhR

RhRR

ibie hh

Forma larga

EibB

EibBen RhR

RhRR

B

Eib

EibBen R

Rh

RhRR

EB RR

Forma corta

Si RB es despreciable comparada con RE, entonces:

RESISTENCIA DE ENTRADA, REN (…CONT)

GANANCIA DE VOLTAJE, AV

i

LL

i

ov v

Ri

v

vA

CL

bCL RR

iRi

CL

C

i

bLv RR

R

v

iRA

Por definición:

Y del circuito equivalente:

GANANCIA DE VOLTAJE, AV (2)RECORDANDO EL CIRCUITO PARA ENCONTRAR IB / VI

EieB

enB

CL

C

i

Lv RhR

iR

RR

R

v

RA

EieB

enBb RhR

iRi

GANANCIA DE VOLTAJE, AV (3)EXPRESIÓN PARA IB

eneni Riv Y considerando que:

EieB

enB

CL

C

enen

Lv RhR

iRRR

RRiR

A

EieB

EieB

EieB

B

CL

CLv RhR

RhR

RhR

R

RR

RRA

Eib

CL

Eie

CLv Rh

RR

Rh

RRA

////

Forma larga

GANANCIA DE VOLTAJE, AV (4)SIMPLIFICACIONES…

E

CLv R

RRA

//

ib

CLv h

RRA

//


Si hib<< RE , la ecuación se reduce aún más:

Si se coloca un capacitor grande en paralelo con RE , de manera que la impedancia de ca sea pequeña, entonces:

Forma corta 1

Forma corta 2

026.0

// CQCLv

IRRA

Esto se puede combinar con la aproximación de hib en función de ICQ para obtener:

Que muestra que con RE en cortocircuito, la ganancia de voltaje del amplificador depende del punto de operación representado por ICQ.


Forma corta 3

GANANCIA DE CORRIENTE, AI

L

envi R

RAA

Eie

CL

LEieB

EieBi Rh

RR

RRhR

RhRA

//

LCEibB

CBi RRRhR

RRA

Por definición:

Y de las ecuaciones de ganancia de voltaje y de resistencia equivalente de entrada:

Forma larga

LCE

CBi RRR

RRA

LCEibB

CBi RRRhR

RRA

Si RB es despreciable comparada con RE y hib << RE entonces :

EB RR

Forma corta

GANANCIA DE CORRIENTE, AI (2)

EJEMPLO

Diseñe un amplificador EC con Av=-10, =200, y RL=1kΩ. Se utiliza un transistor pnp y se requiere máxima excursión simétrica en la salida. Considere una fuente DC de -12V para polarizar el transistor. Determine la máxima excursión en la salida del

amplificador. Determine el máximo voltaje pico que se puede

colocar a la entrada del amplificador para que sea amplificada.

Encuentre la potencia máxima que requiere disipar el transistor.


RESUMEN DE ECUACIONES DE DISEÑO PARA CUALQUIER PUNTO DE OPERACIÓN

Q

) V(vR

)I(i

RivV

CEQCEca

CQC

cdCCECC

1

Ecuaciones de diseño, y todas sus formas de escribirse y representarse, para el circuito de la figura!

CCBB

B

BBCC

CCB

VVR

VVVR

R

11

BB

CCB

VVR

R 2

EB RR 1.0

EB

BEQBBBQ RR

VVI

ECLca

CEcd

R)//R(RR

RRR

cdCQCCCEQ RIVV E

B

BEBBCQ

RRVV

I

RESUMEN DE ECUACIONES DE DISEÑO PARA EL PUNTO Q DE MÁXIMA

EXCURSIÓN

CCBB

B

BBCC

CCB

VVR

VVVR

R

11

BB

CCB

VVR

R 2

EB RR 1.0ECLca

CEcd

R)//R(RR

RRR

cacd

CCCEQ RR

VV

1

cdca

CCCQ RR

VI

y

Ecuaciones de diseño,y todas sus formas de escribirse y representarse, para máxima excursión en el circuito de la figura!

EB

BEQBBBQ RR

VVI

CIRCUITO SIMULADO


PUNTO DE OPERACIÓN


GANANCIA DE VOLTAJE


GANANCIA DE CORRIENTE


RESISTENCIA DE ENTRADA


RESISTENCIA DE SALIDA


ANÁLISIS DE MÁXIMA EXCURSIÓN


ANÁLISIS DE ENTRADA DE MÁXIMA EXCURSIÓN


SALIDA DE MÁXIMA EXCURSIÓN


SALIDA DE MÁXIMA EXCURSIÓN (2)





La salida de máxima excursión es 7,5V, esto es: 3,75Vpico.

O sea, la señal de entrada máxima permitida es de 0,75vPP , esto es, 375mVp. !


Tomado de: C.J.Savant. Diseno.Electronico. Circuitos y Sistemas. Prentice-Hall.

Tomado de: C.J.Savant. Diseno.Electronico. Circuitos y Sistemas. Prentice-Hall.

APORTE DEL ESTUDIANTE

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comprender mejor el contenido de estas diapositivas ?

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