Universidad Nacional Mayor de

San Marcos

Facultad de ing. Eléctrica y electrónica

Tema: Respuesta en alta y baja frecuencia de un Amplificador con

BJT y FET

• INTEGRANTES:• Cusihuaman Quispe Arturo• García Alfaro Sergio• Ordaya Quispe Luis• Quispe Perez Wilder

Introducción

• La amplificación es el proceso de aumentar el nivel o fuerza de una señal. Ésta se puede definir como la relación entre la señal de entrada y la señal de salida expresada en tensión, corriente o potencia.

• El amplificador es un dispositivo o circuito diseñado para amplificar una determinada señal de entrada hasta que alcance un nivel de salida predeterminado.

SÍMBOLO DE UN CIRCUITO AMPLIFICADOR

• Es obvio que el amplificador de señales es una red de dos puertos; su función está representada por el símbolo de la figura 1.0.2 (a), una situación más común se ilustra en la figura 1.0.2 (b).

• Figura 1.0.2 (a) Símbolo de circuito para amplificador. (b) Un amplificador con terminal común(tierra) entre los puertos de entrada y salida.

RESPUESTA EN ALTA Y BAJA FRECUENCIA DEL AMPLIFICADOR

• La respuesta en baja frecuencia de los circuitos amplificadores depende de los capacitores o condensadores externos utilizados para acoplar y desacoplar. La respuesta en alta frecuencia depende de las capacitancias internas del transistor, y de las capacitancias del alambrado y demás.

• En la figura se observa el comportamiento para una red RC en alta frecuencia y en baja frecuencia, donde en baja dicha frecuencia se considera como nula.

• Figura 1.0.3 a) Red RC , b) Circuito equivalente a altas frecuencias, c) Circuito equivalente del circuito anterior a bajas frecuencias (f=0)

RESPUESTA A BAJA FRECUENCIA, AMPLIFICADOR BJT

• Para el análisis de respuesta a baja frecuencia se empleará la configuración del BJT a divisor de voltaje, pero los resultados pueden aplicarse a cualquier configuración BJT: solo será necesario encontrar la resistencia equivalente adecuada para la combinación R-C. Para el circuito de la figura los capacitores Ce, Cc y Cs determinaran la respuesta a baja frecuencia.

Figura 1.1.1 Amplificadores BJT con capacitores queafectan la respuesta a baja frecuencia.

Vcc: Voltaje de alimentaciónVs: Voltaje de fuente de señal a baja frecuenciaC1=Cs: Capacitor de la fuenteRs: Resistencia de la fuenteZi: Impedancia de entradaR1 y R2: Resistencias del divisor de voltajeRc: Resistencia de colectorC2=Cc: Capacitor de colectorRe: Resistencia de emisorC3=Ce: Capacitor de emisorRL: Resistencia de carga

Vo: Voltaje de salida

CAPACITOR DE LA FUENTE Cs• Debido a que Cs esta conectado casi siempre entre la fuente Aplicada y el

dispositivo activo, la forma general de la configuración R-C se establece por el circuito de la figura 1.1.2.

Figura 1.1.2 Determinación del efecto de Cs en la respuesta en baja frecuencia.• La resistencia total es ahora Rs+Ri y la frecuencia de corte es:

[1.1.14]

• Donde Ri es la impedancia de entrada y es la frecuencia de corte de la fuente

A frecuencias medias o altas, la reactancia del capacitor será lo suficientemente pequeña para permitir una aproximación de corto circuito para el elemento. El voltaje

Vi estará relacionado a Vs por:

• A el voltaje Vi será el 70.7% del valor determinado por la ecuación anterior, suponiendo que Cs es el único elemento capacitivo que controla la respuesta a baja frecuencia.

• Para el circuito de la figura 1.1.1, cuando analizamos los efectos de Cs debemos suponer que y están realizando su función de diseño o el análisis será muy difícil de controlar; es decir, que la magnitud de las reactancias de y permite emplear un equivalente de corto circuito, para la señal, en comparación con la magnitud de las otras impedancias en serie.

• Usando esta hipótesis, el circuito equivalente de AC para la sección de entrada de la figura 1.1.1 aparecerá como se muestra en la figura 1.1.3.

Figura 1.1.3. Equivalente en AC para Cs.

El valor de Ri para la ecuación 1.5 se determina mediante: [1.1.6]

El voltaje Vi aplicado a la entrada del dispositivo activo puede calcularse si se usa la regla de divisor de voltaje: [1.1.7]

Capacitor de colector Cc

• Ya que el capacitor de acoplamiento esta conectado con frecuencia entre la salida del dispositivo activo y la carga aplicada, la configuración R-C que determina la frecuencia de corte debida a Cc aparece en la figura 1.1.4. A partir de la figura 1.1.4 la resistencia en serie total es ahora Ro + RL, y la frecuencia de corte debida a Cc se determina por:

[1.1.8]

• Figura 1.1.4.Determinación del efecto de

Cc en la respuesta en baja frecuencia. [1.1.8]

Donde Ro es la resistencia o impedancia de salida.Si se ignora los efectos de Cs y CE, el voltaje de salida Vo será el 70.7% de su valor de banda media a . Para el circuito de la figura 1.1.1, el circuito equivalente de AC para la sección de salida con Vi=0 V aparece en la figura 1.1.5. El valor resultante para Ro en la ecuación 5 es simplemente:

Figura 1.1.5. Equivalente en AC para Cc con Vi=0 V.

Capacitor de emisor CE

• Para determinar debe obtenerse el circuito “visto” por CE como se muestra en la figura 1.1.6. Una vez que se establece el nivel de Re, la frecuencia de corte debida a CE puede determinarse con la siguiente ecuación:

• [1.1.10]•

• Figura 1.1.6. Determinación del efecto de CE en la respuesta en baja frecuencia.

Para el circuito de la figura 1.1.1 el equivalente de AC que se “observa” CE aparece en la figura 1.1.7. El valor Re se determina por tanto.

• Donde

• [1.1.11]

[1.1.12]

• β: Ganancia re: resistencia de la red equivalente d

entrada

Figura 1.1.7. Equivalente en AC para CE

El efecto de Ce en la ganancia se describe mejor de una manera cuantitativa recordando que a ganancia para la configuración de la figura:

• Av=-Rc/(re + Re)

Determine la frecuencia de corte para el circuito de la figura A, usando los siguientes parámetros:

EJERCICIO 1.A:

Figura A. Amplificador BJT

Solución:Determinar para las condiciones de dc:

El resultado es:

Con

Por tanto,

Y

La frecuencia de corte es:

Cs:

RESPUESTA EN ALTA FRECUENCIA DE AMPLIFICADOR CON BJT

En la región de alta frecuencia, la red RC de interés tiene la configuración que aparece en la figura. A medida que la

frecuencia se incrementa, la magnitud de la reactancia XC se reduce, con el resultado de un efecto de cortocircuito a través de la salida y una reducción de la ganancia. La derivación que

conduce a la frecuencia de corte de esta configuración RC sigue líneas semejantes a las encontradas para la región de

baja frecuencia.

La diferencia más significativa radica en la siguiente forma general de Av:

Lo cual resultará en una gráfica de magnitud y que tiene una caída de 6 dB/octava con la frecuencia en aumento. Obsérvese que está en

el denominador de la relación de frecuencia, en lugar que en el numerador como sucede con en la siguiente ecuación:

Las diversas capacitancias parasitas del transistor se incluyeron con las capacitancias del alambrado introducidas durante la construcción. En la figura aparece el modelo equivalente de alta frecuencia para el circuito. Nótese la ausencia de los capacitores que se suponen, que están en estado de corto circuito en estas frecuencias.

La capacitancia incluye la capacitancia del alambrado de entrada, la capacitancia de transición y la capacitancia Miller . La capacitancia

incluye la capacitancia del alambrado de salida , la capacitancia parásita y la capacitancia Miller de Salida.

La determinación del circuito equivalente Thévenin para los circuitos de entrada y resultaran las configuraciones de la figura Para el circuito de entrada de la

frecuencia de -3dB se define por:

Con:

Y:

A muy altas frecuencias, el efecto de reduce la impedancia total de la combinación en paralelo de en la figura el resultado es un nivel reducido de voltaje a través de , una reducción en y una ganancia para el sistema.

Para la red de salida :

Con:

Y:

A muy altas frecuencias, la reactancia capacitiva de disminuirá y, por consecuencia, se reducirá la impedancia total de las ramas en paralelo de salida de. El resultado neto es de también declinará hacia cero conforme la reactancia sea cada vez más pequeña. Cada una de las frecuencias definen una asíntota de -6dB/octava, como se muestra . Si los capacitores parásitos fueran los únicos elementos que determinara la alta frecuencia de corte, la frecuencia más baja podría ser el factor determinante. Sin embargo, la disminución de con la frecuencia también debe considerarse para ver si su frecuencia de corte es menor que la de . .

Las resistencias son las que se encuentras entre las terminales indicadas cuando el dispositivo está en la región activa. Lo mismo se aplica par alas capacitancias aunque la primera es una capacitancia de transición y la última es de difusión. Una explicación más detallada de la dependencia de la frecuencia sobre cada uno puede encontrarse en varios textos fácilmente disponible.En términos de estos parámetros:

(que aparece a veces como ) =

EJERCICIO Para la red de la figura mediante el uso de los siguientes parámetros

Determine y

Encuentre y .

Considere que:

SOLUCION

a) Entonces

b)

=

RESPUESTA EN ALTA FRECUENCIAAMPLIFICADOR CON FET

ESPECIFICACIONES

• Su análisis en alta frecuencia es muy parecido al del amplificador con BJT.

• Existen capacitancias interelectrodicas y de alambrado que deteminan las caracteristicas de alta frecuencia del amplificador.

• Los capacitores Cgs y Cgd varian de 1pF a 10pF mientras que Cds es mas pequeño(de 0.1pF a 1pF)

ELEMENTIOS CAPACITIVOS QUE AFECTAN LA ALTA FRECUENCIA DE UN AMPLIFICADOR FET

FIGURA 1

Abreviaciones:

•

• La red de la fig. 1 es un amplificador inversor, donde aparece una capacitancia de efecto Miller en el circuito equivalente de A.C.

Circuito equivalente en A.C de la fig. 1

FIGURA 2

Observaciones

• A altas frecuencias Ci es equivalente a un corto circuito y el valor de Vgs se reducirá; asi como la ganacia total.

• A frecuencias en que Co tiende a su equivalente de corto circuito, el voltaje de salida en paralelo Vo se reducira.

Las frecuencias de corte definidas por lo circuitos de entrada y salida pueden obtenerse encontrando

primero los circuitos Thévenin equivalentes para cada sección, como se muestra en la figura 3.

FIGURA 3

Para el circuito de entrada Para el circuito de salida

RESPUESTA A BAJA FRECUENCIA ,

AMPLIFICADOR FETEl análisis del amplificador FET en la región de baja frecuencia será muy parecido al del amplificador BJT

Figura 1.1 elementos capacitivos que afectan la baja frecuencia de un amplificador JFET

Figura 1.2 Determinación del efecto de CG sobre la respuesta a baja frecuencia.

Figura 1.3 Determinación del efecto de CC en la respuesta a baja frecuencia.

EJERCICIO 1.C

Determine la frecuencia de corte inferior para el circuito de la figura C con los siguientes parámetros:

Figura C. Amplificador FET

Solución

RESPUESTA EN ALTA FRECUENCIA , AMPLIFICADOR FET

Figura 1.1.17. Elementos capacitivos que afectan la alta frecuencia de un amplificador FET.

Figura 1.1.18. Circuito equivalente de ac en alta frecuencia de la figura 1.1.17

Las frecuencias de corte definidas por lo circuitos de entrada y salida pueden obtenerse encontrando primero los circuitos Thévenin equivalentes para cada sección, como se muestra en la figura 1.1.19.

Figura 1.1.19. Los circuitos Thévenin equivalentes para a) el circuito de entrada, b) el circuito de salida.

EJERCICIO 1.D

Determine las frecuencias superiores de corte para cada red de la figura D mediante el empleo de los mismos parámetros que en el ejemplo 1.C:

Figura D. Amplificador FET