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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