Tecnología Electrónica · Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-5 A1.8.-El amplificador en emisor común de la figura utiliza un transistor

Universidad de Alcalá

Departamento de Electrónica

Tecnología Electrónica

Ejercicios

Versión: 2017-02-15

Capítulos 3 y 4:

‘Transistores:

modelos en pequeña señal y

configuraciones básicas de amplificación’

Referencias:

Texto base: Circuitos Electrónicos. Análisis simulación y diseño, de Norbert R. Malik. Amplificación discreta: Cap. 7, secciones 1 a 6.

Otros: Elaborados por los profesores de la materia.

Versión: 2017/02/15

Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-2

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2017-02-15: versión inicial


Enunciados.

Nota: Algunos problemas están extraídos del texto base (Malik); en estos casos, la numeración seguida se

corresponde con la usada en dicho texto. Algunos enunciados han sido cambiados ligeramente.

A1.1.-Dibuje y calcule los parámetros del modelo en pequeña señal de los siguientes transistores (indique con

claridad las unidades de dichos parámetros):

a) MOS con Vt = 2 V, k =3 mA/V2 y VA=50 V, polarizado en ID=4 mA.

b) BJT pnp con =100 y VA=150 V, polarizado en |IC|=10 mA.

A1.2.-El circuito amplificador mostrado en la figura adjunta utiliza un

transistor de Si(1) con =150, VAF=100V. La alimentación es simétrica, con

VCC=VEE=10V. Los resistores son de los siguientes valores: RC=RL=2k, y la

capacidad C1 es de un valor muy grande. Con estos datos, conteste

razonadamente las siguientes preguntas.

a) Determine el margen de valores de I0 que permite que el transistor Q1

permanezca en zona activa.

b) Represente y calcule el modelo en pequeña señal del transistor Q1,

asumiendo que I0=3mA.

c) La fuente de corriente I0 está basada en un espejo de corriente tal y como

muestra la figura siguiente. Sabiendo que se quiere una I0 de valor 3mA,

calcular el valor necesario para la RREF.

RREFVCC

Q2 Q3

-VEE

I0IREF

A1.3.-En el circuito de polarización de la figura adjunta

se emplea una alimentación simétrica con VCC=-VEE=10V.

Los transistores MOS tienen los siguientes parámetros:

M1 Vt1 = 2V; |k1| = 3mA/V2

M2 Vt2 = -2V; |k2| = 2mA/V2

Determine:

a) Punto de trabajo Qx = (IDQ, VDSQ) de ambos FET.

b) Modelo en pequeña señal de ambos dispositivos

suponiendo que |VA1|=150V y |VA2|=100V.

1 Para las tensiones de conducción y saturación, tome los valores correspondientes por defecto a este material.

Q1

VCC

I0

-VEE

C1

RL

RC

vg

R4

1.5k

VEE

R3

2kM1

IO

1.5mA

R2

11k

M2

R1

9k

VCC


A1.4.-En el circuito amplificador de la figura adjunta, las capacidades de acoplo C1 y C2 son muy elevadas y la

señal vi es de frecuencias medias. Otros datos:

RD = RL = 1,2k; RG=10M; C1=C2∞

VDD = 12V;

Transistor: k = 2mA/V2, Vt = 2V, VA ∞

Obtenga:

a) Punto de polarización del transistor (VDSQ, VGSQ, IDQ)

indicando su zona de funcionamiento.

b) Valor de los parámetros en pequeña señal del MOS.

c) Circuito equivalente en pequeña señal del

amplificador.

d) A partir del circuito equivalente anterior, obtenga las

expresiones algebraicas de: Impedancia de entrada

(Zi); Ganancia de tensión (vo/vi)

A1.5.- (7.20 Malik) En el circuito de la figura P7.20, las tensiones umbral

son Vt =-3V y Vt =+3V para los dispositivos, según el tipo de transistor

MOS. Otros parámetros de ambos transistores son |k|=10-4 (A/V2) y VA =

100V.

a) Dibuje el circuito equivalente en pequeña señal.

b) Halle las ganancias (vo/vgs) y (vo/vi).

c) Halle el mayor valor que pueda tomar vo sin distorsión, según el

criterio de funcionamiento en pequeña señal.

A1.6.- (7.21 Malik) Los parámetros del amplificador de la figura adjunta

P7.21 son = 120, k = -3·10-3 (A/V2) y Vt =-1V. Halle la ganancia de

tensión (vo/vi) y la máxima salida sin distorsión que permita la teoría de

análisis en pequeña señal.

A1.7.- (7.23 Malik) En el amplificador de la figura P7.23 los parámetros

de los transistores son = 120 y VA = 130V para el transistor bipolar y k

= 0,8·10-4 (A/V2), Vt =-1V y VA = 100V para el MOSFET. Suponga que

la VDS del FET es la adecuada para su funcionamiento en zona activa.

Utilice el análisis en pequeña señal incluyendo las ro de los transistores

y halle la ganancia de tensión y las resistencias terminales (entrada y

salida) del amplificador.

vo

vi

+

-

vo

vi

+

-

vo

vi

+

-

vo

vi

+

-

vo

vi


A1.8.- El amplificador en emisor común de la figura utiliza un transistor de silicio de β>>; los diodos también

son de silicio. Considere los diodos ideales salvo su Vγ.

a) Con el switch cerrado: obtenga el punto de

trabajo Q (ICQ, VCEQ) del BJT.

b) Con el switch abierto: ¿qué efecto ejercerían

los diodos sobre la tensión que alimenta

realmente al BJT (tensión VPP)? Determine el

nuevo punto de trabajo Q del BJT en esta

situación.

c) Suponga que el punto de trabajo del BJT en

el caso (a) es ICQ=1mA. Obtenga el modelo

del BJT para pequeña señal y frecuencias

medias; tome =200 y VA=150V.

d) Determine las expresiones de la ganancia de

tensión, GV, y las impedancias terminales, Ze

y Zs, del amplificador.

e) Considerando el modelo del BJT (apartado c) y su influencia sobre los parámetros del amplificador

(apartado d) indique cualitativamente el efecto que tiene abrir o cerrar el interruptor ‘switch’ (apartados a y

b) sobre los parámetros del amplificador (indique si varían y cómo).

A1.9.- (7.31 Malik) Utilice el modelo del BJT en base

común para hallar las ganancias de tensión y

corriente, y las impedancias terminales (entrada y

salida) del amplificador mostrado en la figura P7.30.

Incluya la ro del transistor para el cálculo de la

resistencia de salida.

A1.10.- (7.32 Malik) La figura adjunta (P7.32) muestra la

estructura para pequeña señal de un amplificador de dos etapas

(EC-BC). Utilice un modelo básico (sin ro) para los BJTs.

Halle las ganancias de tensión y corriente y la resistencia de

entrada del amplificador

vo

vg

+

-

+

-

RL

Rg

Ri

Ro

vovi


A1.11.- (7.40 Malik) El transistor de la figura P7.40 está

polarizado en VCE = 4,5V.

a) Halle la IB.

b) Halle la resistencia de entrada que se ve entre base y

masa, hacia la derecha.

c) Halle la fracción de la señal vi que se produce entre

base y masa ve.

d) Halle la fracción de vi que aparece en el terminal de

emisor (vs).

e) Halle la tensión que se desarrollaría sobre la resistencia

de 1k, si ésta se conectase directamente al generador

de entrada (con su resistencia interna de 100k), sin

usar el transistor amplificador.

f) ¿Qué nombre recibe esta configuración amplificadora?

A1.12.- (7.43 Malik) Halle las ganancias de tensión y

corriente, y las resistencias terminales (Ri y Ro) del

amplificador de la figura P7.43 suponiendo que el

transistor tiene una =80

A1.13.-Mediante un circuito básico de cuatro resistores (cuyos valores se indican sobre la propia figura) se

polariza en activa, con |ICQ|=2mA, un BJT PNP de Si cuya =200. Se desea utilizar este circuito para construir

un amplificador en base común cuya entrada debe ser un generador de tensión con resistencia interna RG, y

su salida una carga RL.

a) Sobre el propio dibujo, indique como habría que conectar el

generador y carga dados para realizar el amplificador en base

común deseado; no olvide los componentes de acoplo/desacoplo

necesarios para no alterar la polarización del BJT.

b) Suponga que ha realizado correctamente el apartado (a); dibuje el

circuito equivalente en pequeña señal y frecuencias medias

resultante. Obtenga la expresión algebraica de la impedancia de

entrada del amplificador.

vi

+

-

ve

vs

vi

vo

Ri

Ro

+

-

Q1

RER1

20k

R2

VCC =12V

RC

10k

2k

1,7k


A1.14.-Se dispone de un BJT PNP de Si, con una muy elevada, que se polariza mediante cuatro resistores

(cuyos valores se indican sobre la propia figura 5) en el punto |ICQ|=2mA. Se desea utilizar este transistor para

construir un amplificador en colector común cuya entrada debe ser un generador de tensión con resistencia

interna RG, y su salida una carga RL= 10k.

a) De los cuatro resistores originales, uno de ellos puede eliminarse

sin alterar el punto |ICQ|=2mA. Justifique qué resistor eliminaría y

demuestre que la ICQ no ha variado.

b) Sobre el circuito resultante del apartado (a), y utilizando elementos

de acoplo/desacoplo apropiados, conecte el generador y la carga

dados para realizar el amplificador en colector común deseado.

c) Suponga que ha realizado correctamente los apartados (a) y (b);

dibuje el circuito equivalente en pequeña señal y frecuencias

medias resultante. Obtenga la expresión algebraica y valor

numérico de la impedancia de entrada y de la ganancia de tensión

del amplificador suponiendo que =200.

Q1

RER1

20k

R2

VCC =12V

RC

10k

2k

1,7k


Capítulos 3 y 4:

‘Transistores:

modelos en pequeña señal y

configuraciones básicas de amplificación’

Soluciones a los ejercicios propuestos


Soluciones

A1.1:

A1.2:


A1.3:

(a): El punto de trabajo (M1, M2) de ambos

MOSFET está interrelacionado. No obstante,

la corriente de drenador del M1 vendrá fijada

por el generador I0. Empezamos entonces el

análisis por M1.

Observe al lado el dibujo del circuito original

con anotaciones en rojo. Recuerde que al

resolver un ejercicio de polarización, resulta

muy útil anotar sobre el propio esquema los

valores que se van sabiendo (tensiones,

corrientes, diferencias de potencial, etc.)


(b):

A1.4:


A1.5:



A1.6:


A1.7:


A1.8:


A1.9:



A1.10:


A1.11:


A1.12:


A1.13:


A1.14:


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