Guía de Problemas Unidad 2: AMPLIFICACION ANALOGICA

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1 INGNIÍA LTÓNIA LTONIA I (A504) 2004 Guía de Problemas Unidad 2: AMPLIFIAION ANALOGIA Los circuitos de cada uno de los problemas tienen una directa aplicación práctica, por ello importante realizar un análisis crítico de la función que cumple cada uno de los elementos que lo componen, así como de la rputa del circuito en general. s reprenta la ristencia interna de la fuente deñal 15V 1. n los circuitos de la figura los BJT tienen características 15 V 120K 22K rcuito 1 6K8 2K7 F rcuito 2 similar. a) alcular F, y para que ambos transistor funcionen en el mismo punto de trabajo, y calcular los parámetros que caracterizan dicho punto de trabajo. b) Analizar comparativamente las condicion de tabilidad e independencia del β de ambos circuitos. Para ello suponga en un primer momento que ambos transistor tienen β=100, y que luego se los reemplaza por otros con β=200, sin modificar el rto de los component del circuito. c) Las características dus rputas (A V, Z i, Z o ), si ambos circuitos se conectan (realizar las conexion necarias) como emisor común, como base común y como colector común. Analizar comparativamente las características y aplicación de cada conexión y las ventajas y dventajas de ambos circuitos. d) n el circuito 1, suponga que r x =10Ω, h re 2,5x10 4 y h oe 2,5x10 5 A/V. Determinar el error que comete al realizar el cálculo aproximado de ganancias e impedancias y analizar su validez. s 2. n el amplificador de la figura el BJT tá polarizado en zona activa: a) Determinar el punto de trabajo del transistor b) Hallar la exprión de la ganancia, de la impedancia de entrada y de la impedancia dalida del amplificador b1) si s = 0 b2) si s 0 laborar conclusion sobre el efecto d en la rputa del circuito n todos los casos exprar los rultados en función de,,, y e. s 120K 27K =15V 3k9 1K2 3.n el circuito de la figura : a) alcular A V = v O /v I y Z i, o si el transistor tiene β 100, la ristencia de dispersión de base dpreciable y s=10k. b) epetir a) si se agrega un capacitor en paralelo con la ristencia de emisor y analizar comparativamente los rultados. c) ómo se modifica la A V calculada en a) y b) si e disminuye a la mitad? d) uál son los capacitor que determinan las frecuencias de corte inferior y superior en ambos casos?. 1K Vz=2,7 V F 4K7 1K 4.n el siguiente circuito, V = 15 V, S = 1 KΩ, el transistor B548A, el zener tiene Vz=2,7V y su ristencia dinámica se tima en 50 ohms. a) Determinar el punto de trabajo del transistor y analizar la función de los capacitor y la configuración en cuanto a su posible utilidad. b) Determinar impedancia de entrada (z i ), y ganancia de tensión (A v =v O /v I ) c) Dibujar cualitativamente, indicando los valor típicos, la tensión a la entrada y salida del circuito ant y dpués de los condensador. d) Analizar quucedería con la ganancia de tensión efectiva del circuito si se reemplaza por una fuente deñal con ristencia interna s=10k. 5.Dado el circuito de la figura: a) Analizar la influencia de en el punto de trabajo y en el valor de la ganancia b) Analizar la tabilidad de la etapa y sacar conclusion acerca de la configuración. Proponer un circuito más table, justificando la elección. c) Analizar la influencia del capacitor y calcularlo de forma de obtener una frecuencia de corte inferior de 10Hz d) se modifica el punto de trabajo al conectar la fuente deñal? e) Determinar la variación de I debida a la dispersión de parámetros y a la temperatura cuando ésta varía de 0º a 70º. Suponga =12 V f) Si saca, cuál el valor de la ganancia? g) Diseñar una etapa amplificadora a transistor con el quema de la figura para lograr A V 150. l transistor debe trabajar en el punto Q determinado por : I = 1mA, V = 5V. Suponga β=200 ING. MAIA ISABL SHIAVON 1/8

2 390K 100 Ω 6.n el circuito de la figura el transistor un B548A y se alimenta polarizado con V = 25. a) determinar el punto de trabajo del transistor y calcular la impedancia de entrada z i y la ganancia de tensión A v = v O / a frecuencias medias con y sin b) Determinar las frecuencias de corti =0.1uf y = 0.47uf. c) Indicar una modificación de algún elemento para disminuir la frecuencia inferior de corte. 7.Diseñar un amplificador con BJT en emisor común de forma tal que prente A V = v O /v I >200 al tar cargado con L =30KΩ. Si se dispone de V =24V y de un transistor B548. Una vez diseñado, determinar el máximo nivel deñal admisible en la entrada para que el transistor trabajiempre en zona lineal. Graficar el quema del circuito indicando las conexion de la fuente deñal y de la carga. Analizar la influencia de las capacidad en la rputa en frecuencia del circuito y hacer un gráfico cualitativo de la misma, y adoptar los valor de capacidad necarios para que la frecuencia inferior sea menor que 500Hz. ediseñar el amplificador para acople directo de la señal de entrada si se dispone de una fuente partida de ± 12V. V DD 8.l amplificador de la figura emplea un JFT de canal N con los siguient parámetros: I DSS = 3 ma, V P = 2,4 V 12K n V DD = 30 V, r ds >> D : a) Determinar el punto de trabajo del transistor (V GS, I D, V DS ), y la 1M 470 Ω ganancia de tensión en pequeña señal A v = v O /v I. epetir si la ristencia de fuente dacopla con un capacitor. b) s posible acoplar directamente la señal en te circuito? Si no Qué modificación debería hacerse?. c) mparar la ganancia de te circuito con la de un amplificador a BJT con = D y = S y con una corriente del punto de trabajo similar 9. Un MOSFT de empobrecimiento con V P = 3V rponde a una exprión de corriente I D =2(1 V GS /V P ) 2 ma, y prenta una r DS 10 KΩ. Diseñar el circuito para implementar un amplificador en clase A con máxima ganancia si el MOSFT debe tar polarizado con V GS = 2V y V DD =10 V y determinar la ganancia. 10. Un MOSFT de enriquecimiento de canal N (I D = 1,2 ma; V T = 1V; V GS = 2 V) se utiliza en un amplificador con carga de 10 KΩ. Si se alimenta con V DD = 20 V y se excita con una señal senoidal de 200 mv de pico, diseñar el circuito tal que obtenga máxima ganancia sin deformación y determinar la ganancia de tensión. VDD = 24 V D S s 11. l JFT del amplificador de la figura un 2N5460, cuyos parámetros son: 6 Vp 0.75V, 1 Idss 5mA, rds 13KΩ. Teniendo en cuenta la dispersión de parámetros, determinar las ristencias de polarización para que I D 500µA±20%, la ganancia en pequeña señal y el valor de D que permite máxima excursión dalida, para el punto dado. xplicar cómo varía el punto Q si aumenta en un cierto valor. Determinar la frecuencia superior de corte, si GS =5pF y GD =2pF. Graficar si una onda cuadrada de frecuencia igual al doble de la frecuencia inferior de corte. 12. n el circuito de la figura β 1 = 100, β 2 = 50, µ = 3pF, π = 15pF, = 1µF y =.1µF. = 12V a) Analizar el tipo de acoplamiento utilizado y proponer una aplicación. 68 K 5 K 36 K 4 K b) Determinar el ancho de banda del circuito y realizar el diagrama de Bode aproximado 1 2 Vi v c) alcular A V, A I, z i yz o 3 o d) Qué condición debe cumplirse para que la L = 10 K s = 10 K ganancia del circuito se pueda calcular a través del producto de las ganancias de cada 10 K K etapa considerándolas por separado y en vacío?. Se cumple dicha condición?. 2/8 ING. MAIA ISABL SHIAVON

3 INGNIÍA LTÓNIA LTONIA I (A504) n el amplificador de la figura β 1 h fe1 25, β 2 h fe2 100 a) Analizar la conexión de los transistor determinando la configuración en que trabaja cada uno de ellos. b) Analizar cuál son los elementos del circuito que fijan el punto de trabajo, y determinar las ristencias tal que I 10 ma V 5V. uál el punto de trabajo de? c) Si fuera necario aumentar la corriente de colector de polarización: qué elemento del circuito modificaría en su valor? Qué efecto produciría te aumento sobre la rputa en señal del amplificador? 12V o s v e i v o d) Determinar la ganancia de tensión (a v = / ), la impedancia de entrada (z i = /i i ) y la impedancia de salida (z o = /i o ). Qué función cumplen y? 14. n el circuito de la figura β 1 h fe1 100, β 2 h fe2 250 a) Qué condición deben cumplir las ristencias de polarización para que cumpla que las dos ganancias de tensión tengan igual valor absoluto? v v a = o1 = a = o2 v1 v v2 v i b) Determinar el valor de las ristencias de polarización tal que I 40 µa y V 12V. specificar el punto de trabajo de ambos transistor. i c) Determinar impedancia de entrada (z i = /i i ) e impedancia dalida (z o = /i o ) para ambas conexion d) Analizar la influencia de en el circuito en configuración colector común. 15.n el circuito de la figura =15 V a) Analizar la función que cumple cada elemento, la configuración en que trabaja cada transistor, y cuál son los elementos que fijan los puntos de trabajo de los transistor (en particular I Q de cada BJT). b) Si T1 T3 T4 B549, mientras que T2 B547A y Dz tiene Vz=6V2, determinar las ristencias tal que I 1 I 2 1mA, V 2 5V. Agregar los elementos necarios para asegurar predictibilidad del punto de trabajo. c) Determinar a v = /, e impedancias de entrada y salida d) Si fuera necario fijar otro punto de trabajo (por ej. mayor corriente de polarización): qué elemento del circuito modificaría en su valor? Qué efecto produciría ta modificación sobre la rputa en señal? 16. ste circuito utiliza una polarización tipo Boostrop con: 0,3 β1=50 β2=250 a) Analizar la necidad de ta polarización y función y rango de valor admisibl de 3. b) Determinar el valor de las ristencias de polarización tal que I 2 5mA, V 2 6V. c) Determinar la ganancia de tensión, impedancia de entrada e impedancia dalida. s s vi 3 T3 r T1 3 e e T4 12V 24V o1 o2 2 o T2 Dz vo 1 L v L 17. n el circuito de la figura: a) determinar el punto de trabajo de ambos transistor b) alcular la variación pico a pico de la salida si sobre V se superpone un ripplenoidal, v cc = 0,18V sen wt c) Analizar la función de d) Analizar la influencia de una variación de L V = 18V Vz=9V2 rz 2Ω =, = 250K, L= 2K β1=100 β2=200 ING. MAIA ISABL SHIAVON 3/8

4 18. Si = = B548 a) Analizar la función que cumple cada uno dus elementos determinando la configuración en que trabaja cada transistor. b) uál la función de en el circuito? c) mpare críticamente las características de te circuito con una etapa emisor común implementada con el BJT. d) Determinar el valor de las ristencias de polarización tal que I 1 ma V 1 = V 2 6V e) alcular la ganancia de tensión, impedancia de entrada e impedancia dalida. s 3 4 e 24V 1 19.Analizar el funcionamiento del circuito e identificar la función que cumple cada uno dus elementos. a) Determinar las ristencias de polarización si: I 1 = 8 ma, I 2 = 10 ma, V 1 =V 2 5V, β1 β2 100 b) Determinar las variacion de las corrient de colector de cada transistor si la temperatura aumenta 30º. c) Determinar la ganancia de tensión, impedancia de entrada e impedancia dalida 1 =12V e2 20.Analizar el funcionamiento del circuito identificando la función que cumple cada uno de los elementos del mismo. Adoptar V 1 =6 V. Si 1 =, 2 =5K= e1, β1=β2 150, determinar el punto de trabajo de los transistor, la ganancia (v e2 / ), la tensión v 2, y la impedancia de entrada (z i ) 1 =12V c2 e1 e1 e2 v 2 V cc V cc 21. n el circuito de la figura y forman un par complementario V B1,2(ON ) = 0,7V V 1,2(SAT) = 0,2V a) Analizar el funcionamiento y graficar =f( ) indicando valor característicos de ambas ondas. b) Si =10 V graficar (t) si: b1) = 5 V sen wt b2) = 15 V sen wt c) Si se remplazan los BJT por dos JFT idénticos de polaridad similar, repetir los ítems a) y b) 22. n el circuito de la figura 4 =500Ω 3 =3 KΩ / V P =4V, I DSS =10 ma / β=100 h fe a) Analizar el funcionamiento del circuito identificando la función que cumple cada elemento del mismo. b) Determinar el punto de trabajo de ambos transistor y el valor de 1 y 2, la ganancia de tensión, e impedancias de entrada y dalida; e indicar como se modificarían los puntos de trabajo de los transistor si se aumenta 1, se disminuye 2, o se aumenta l circuito de la figura simétrico y los BJT son idénticos de a par con β 500 = 1K = 100K 1 =200Ω L =2K a) Analizar el funcionamiento del circuito y determinar la exprión de 1 y 2 en función de 1, 2 y los parámetros del circuito b) Determinar el punto de trabajo de los transistor c) alcular (1 y 2 ) si 1 =0,2Vsenwt y 2 =0,1Vsenωt d) Analizar la posibilidad de implementar una configuración equivalente con FT. 4/8 ING. MAIA ISABL SHIAVON

5 INGNIÍA LTÓNIA LTONIA I (A504) 2004 IUITO POBLMA 22 V=12 V 3 IUITO POBLMA 23 =12 V 1 c L L c a) Analizar el funcionamiento del circuito identificando la función que cumple cada uno de los elementos del mismo. b) Polarizar el circuito con I DQ = I Q 1mA, V DSQ =V Q 5V si β=180 I DSS =10mA, c) Determinar la ganancia de tensión 25. / V GSQ =1,2V, I DQ =5mA, V DSQ =15V / V Q =7V β=100 a) Polarizar de tal manera que la impedancia de entrada sea mayor que 500K. b) s posible excitar por gate directamente con una señal? c) Suponiendo que ingra una señal (v e ) por G, según corrponda de acuerdo al circuito, determinar la relación entre la señal en 2 y en G (v c2 /v e ) 26. n el circuito de la figura: =B548 con I Q =1mA, V Q 5V / I DSS =3 ma V P =2,4V Vz=4V7 a) Polarizar y analizar la función del zener. b) Determinar ganancia de tensión, impedancia de entrada y dalida c) Analizar cualitativamente el efecto de la ristencia de zener sobre la ganancia del circuito 24 s V=18 V G V cc 2 25 V=24 V 27./ V T = 2V, I D =0,125mA si V GS =1V / β=25 a) Polarizar de tal manera que I D =0,5 ma y V=12 V V Q =4V y determinar la potencia disipada por el transistor b) Polarizar de tal manera que I D =0,5 ma y V Q =4V y determinar la potencia disipada por el transistor c) Determinar la ganancia de tensión d) Proponer alguna variación del circuito que manteniendo el punto de trabajo del MOSFT permita disminuir la corriente de colector del transistor D S 26 e V=12 V =1K S V=24V ING. MAIA ISABL SHIAVON 5/8

6 28) V=10V v O 28. =, V T =1V,I D =1mA si V GS =2V Determinar v O si =2=8K y ==4K 29.= VT=2 V, K=0,5 ma/v 2 a) Polarizar tal I D =1 ma b) Si V T disminuye a la mitad cómo se modifica I D? c) Que función cumple? Y? 29) V=20V V=24V 30. n te circuito: K1=0,2 ma/v 2 K2=0,1mA/V 2 V T1,2 =1 V a) determinar el punto de trabajo de ambos FT por medio de la elección de y. b) calcular Av, Zi y Zo. c) Determinar la máxima señal que posible inyectar en la entrada manteniendo el funcionamiento lineal. d) Que diferencia habría en el funcionamiento del circuito si fue un MOS de empobrecimiento con VT=1 y K=1mA/V 2? Podría o debería modificar algo en el circuito? 31. n el circuito de la figura: β =80 a) Polarizar tal que V Q 6V, I Q 1 ma b) xcitar el circuito con dos señal senoidal en las bas B1 y B2 rpectivamente. Dibujar el circuito rultante c) Determinar el Fs del circuito. d) Determinar las tension en el colector de (1 ) y de (2 ) como función de v 1 y v 2 e) determinar la tensión entre colector y masa si se conecta una señal de 1mV a la entrada por base 1 y la entrada 2 se conecta a masa. f) ediseñar el circuito para que la señal a modo común entre colector y masa sea inferior al 10% de la señal a modo diferencial simple, cuando a la entrada la señal diferencial 2mV y la común 10mV. B1 V=12V v O1 v O2 V Io e B2 g) determinar la tensión en cada colector si la base 1 se excita con una tensión senoidal de 0,9V de pico y la base 2 con una tensión senoidal de 1,1V de pico. h) epetir los items anterior si ahora el circuito se alimenta entre =6V y =6V. 32. n el circuito de la figura los BJT son B549, a) Polarizar para que el amplificador diferencial funcione linealmente con V=18V una excursión dalida pico a pico máxima de 8V y con A VDS 120 si =2KΩ. Dibujar el circuito indicando la conexión de dos señal senoidal en las bas B1 y B2 rpectivamente f f d) Determinar el Fs del circuito y las tension en el colector de (1 ) B1 B2 y de (2 ) como función de v b1 y v b2 v O1 v O2 e) qué tensión mediría un voltímetro conectado entre los colector? y entre cada colector y masa? V f) Si el circuito se alimenta con 24V, los transistor tienen un β=150 y se deben polarizar en V Q 4V e I Q 2mA determinar las ristencias de Io e polarización y la máxima excitación a modo diferencial y a modo común que admite el circuito. s posible con te circuito obtener una relación deñal 10/1 en salida simpli a la entrada la relación inversa? De no ser así proponga la modificación que considere necaria. 6/8 ING. MAIA ISABL SHIAVON

7 INGNIÍA LTÓNIA LTONIA I (A504) Diseñar un amplificador diferencial que admita acoplamiento directo deñal de excitación y cuya salida a modo común sea el 2,2% de la señal a modo diferencial simple cuando se excita con 2 mv de tensión diferencial y 10mV de tensión a modo común. Se dispone de fuent de alimentación de ±12V. 34. n los circuitos de la figura: a) analizar su funcionamiento y proponer una implementación para la fuente de corriente b) polarizar en los puntos de trabajo indicados si =12V. c) cuál la máxima tensión diferencial aplicable a la entrada para que el circuito funcione linealmente? d) analizar el funcionamiento del mismo cuando en las bas se aplican sendas tension continuas igual, indicando los límit admisibl para funcionamiento normal. e) determinar el factor de rechazo del circuito. Io=4mA. MOSFT igual con K=2ma/V 2 ; V Io=2 ma y los transistor son B547. T =1V y λ=0,01v 1 V Q3 Q4 B1 v O1 v O2 B2 G1 v O2 G2 V v 1 I D1 V S I D2 v 2 Io, ro Io 35. Proponer un circuito para un amplificador diferencial similar al del ejercicio anterior utilizando JFT canal P. epetir los ítems del ejercicio anterior si los JFT tienen las siguient características: I DSSm =6mA, I DSSM =12mA, V Pm =1V, V PM =2V. 36. Proponer un circuito para amplificador diferencial utilizando únicamente MOSFT de canal N de enriquecimiento, además de las ristencias que considere necarias. a) analizar el funcionamiento del mismo para sendas tension continuas igual aplicadas en ambas bas, indicando los límit admisibl para funcionamiento normal. cuál la máxima tensión diferencial que puede aplicar a la entrada para que el circuito funcion linealmente? b) Suponiendo conocidos los parámetros de los MOSFT (si lo prefiere proponga valor numéricos), determinar el punto de trabajo y el factor de rechazo. 37. ealizar un análisis comparativo entre un amplificador diferencial implementado con transistor bipolar, JFT y MOSFT a fin de extraer conclusion sobru versatilidad, eficiencia, etc.. Analizar en cada uno de ellos las ventajas y/o dventajas de utilizar transistor tipo P o tipo N en la entrada. V ING. MAIA ISABL SHIAVON 7/8