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
Control de versiones
2017-02-15: versión inicial
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-3
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
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-4
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
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 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
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-6
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
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-7
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
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-8
Capítulos 3 y 4:
‘Transistores:
modelos en pequeña señal y
configuraciones básicas de amplificación’
Soluciones a los ejercicios propuestos
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-9
Soluciones
A1.1:
A1.2:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-10
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.)
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-11
(b):
A1.4:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-12
A1.5:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-13
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-14
A1.6:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-15
A1.7:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-16
A1.8:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-17
A1.9:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-18
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-19
A1.10:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-20
A1.11:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-21
A1.12:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-22
A1.13:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-23
A1.14:
Tecnología Electrónica, C3 y 4. Modelos en p.s. y configuraciones básicas, pág.-24