AMPLIFICACIÓN: ESTRUCTURAS BÁSICAS

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1 1 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Dispositivos Electrónicos II CURSO Temas 4,5 4,5 AMPLIFICACIÓN: ESTRUCTURAS BÁSICAS Miguel Ángel Domínguez Gómez Camilo Quintáns Graña PARTAMENTO TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD VIGO ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR INGENIEROS TELECOMUNICACIÓN

2 2 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II INDICE AMPLIFICACIÓN: ESTRUCTURAS BÁSICAS 1. CON TRANSISTORES BIPOLARES 1.1. El Transistor Bipolar como Amplificador Circuitos Equivalentes de Pequeña Señal 1.3. Análisis de Amplificadores El Amplificador en Emisor Común El Amplificador en Colector Común (Seguidor de Emisor) 1.6. El Amplificador en Base Común El Amplificador en Emisor Común con Resistencia de Emisor. 2. CON TRANSISTORES UNIPOLARES 2.1. El Transistor de Efecto de Campo como Amplificador Circuitos Equivalentes de Pequeña Señal 2.3. El Amplificador en Fuente Común 2.4. El Amplificador en Drenador Común (Seguidor de Fuente) 3. VARIAS ETAPAS 3.1. Optimización de la combinación de Configuraciones.

3 3 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON TRANSISTORES BIPOLARES EL EL TRANSISTOR TRANSISTOR BIPOLAR BIPOLAR COMO COMO AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR Entrada: V ( ) ( ) ( ) + v t = R i t v t Salida: V = R i ( t) v ( t) BB in B B + Línea de carga BE La línea de carga pasa a ser la línea discontinua para un valor más pequeño de v in ) Pendiente Veremos Veremos que que entre entre C y y Masa Masa aparece aparece una una versión versión amplificada amplificada de de la la Tensión Tensión de de Entrada Entrada AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR CC C C + CE Línea de carga

4 4 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II EJEMPLO: V CC =10V R C =2K V BB =1.6V R B =40K v in () t = 0.4 sen( 2 π 1KHz t) Calcular los Valores Máximo y Mínimo y el valor del Punto Q para v CE Punto Q 0,4 0,4 Calcular los valores máximo y mínimo y el valor del punto Q para v CE 0 0,5 1,0 1,2 1,5 1,6 2,0

5 5 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II i C =3,5mA i CQ =2,5mA Punto Q i C =1,5mA Si hallamos más puntos a medida que v in varía con el tiempo: Entrada: Salida: 0,8V pico a pico 4 V pico a pico GANANCIA GANANCIA EN EN TENSIÓN: TENSIÓN: -5-5 (el (el amplif. amplif. invierte invierte la la señal señal de de entrada) entrada) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 0 0,5 1,0 1,5 2,0

6 6 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Salida para: v in (t) = 1,2 sen(2000πt), (gran distorsión) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 La La Amplificación Amplificación razonablemente razonablemente Lineal Lineal ocurre ocurre en en la la REGIÓN REGIÓN ACTIVA. ACTIVA. Existe Existe Recorte Recorte cuando cuando el el Punto Punto Instantáneo Instantáneo de de funcionamiento funcionamiento entra entra en en Saturación Saturación o en en Corte. Corte.

7 7 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CIRCUITOS CIRCUITOS EQUIVALENTES EQUIVALENTES PEQUEÑA PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL L L TRANSISTOR TRANSISTOR BIPOLAR BIPOLAR Relaciones tensión corriente en pequeña señal (1) Corriente de base en función de v BE Como: Estamos interesados en las pequeñas señales para las cuales el valor de v be (t) es mucho más pequeño que V T en cualquier instante. Por tanto, v be (t) está relegado a un valor de unos pocos milivoltios. Para Si se llama r be r be

8 8 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Para variaciones de pequeña señal alrededor del punto Q, la unión base emisor del transistor se comporta como una resistencia que viene dada por la relación Como (2) r be r be Circuitos equivalentes de pequeña señal para el transistor bipolar (PNP y NPN) a) r be r be r be

9 9 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II b) r be Si se define la Transconductancia del BJT: r be r be r be El Circuito Equivalente en Pequeña Señal de un Transistor Bipolar consiste en una Resistencia r be y una Fuente de Corriente (β i b o g m v be ) Dadas la Corriente de Colector del punto Q, I CQ, y β, podemos calcular los Parámetros de Pequeña Señal: r be

10 10 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Parámetros Hibridos TRANSISTOR: dispositivo de 3 terminales Para estudiar su comportamiento en un circuito, se analiza como un CUADRIPOLO: I 1 I V 1 V ENTRADA (2 terminales) SALIDA (2 terminales) Uno de los 3 terminales deberá ser común a la ENTRADA y a la SALIDA 3 CONFIGURACIONES: (El terminal común a la E y a la S da el nombre al montaje)

11 11 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Análisis de Circuitos (1 er curso) TEORÍA CUADRIPOLOS Parámetros Hibridos: I 2

12 12 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II 3 Grupos de Parámetros Hibridos, uno por cada Configuracion (EC, BC, CC): Notación: para distinguirlos se agrega el subindice correspondiente al terminal común (e,b,c). v eb v bc

13 12 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II 3 Grupos de Parámetros Hibridos, uno por cada Configuracion (EC, BC, CC): Notación: para distinguirlos se agrega el subindice correspondiente al terminal común (e,b,c). + HABITUAL v eb v bc Además, generalmente: h re 0 re 0 h oe 0 oe 0

14 13 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Modelo simplificado: h ie h fe i b r be h ie r be (=r bb +r b e ) h fe =β

15 14 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II ANÁLISIS ANÁLISIS Bajo la Condición de Funcionamiento en Pequeña Señal, el Transistor se comportará como un Dispositivo Lineal. Las Componentes de Señal de cada una de las Tensiones y Corrientes del Circuito Amplificador se superponen a los Valores Continuos de Polarización del Transistor en ausencia de señal. ANÁLISIS ANÁLISIS Y DISEÑO DISEÑO BASADOS BASADOS EN EN TRANSISTORES: TRANSISTORES: PUE PUE SIMPLIFICARSE SIMPLIFICARSE ENORMEMENTE ENORMEMENTE SI SI SEPARAMOS SEPARAMOS EL EL CÁLCULO CÁLCULO LAS LAS COMPONENTES COMPONENTES CONTINUAS CONTINUAS POLARIZACIÓN POLARIZACIÓN LOS LOS CÁLCULOS CÁLCULOS PEQUEÑA PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL (Variaciones (Variaciones superpuestas superpuestas a cada cada una una de de las las Tensiones Tensiones y y Corrientes Corrientes Continuas Continuas del del circuito circuito cuando cuando se se aplica aplica una una Señal Señal de de Entrada Entrada de de Pequeña Pequeña Amplitud). Amplitud).

16 15 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II..., Para calcular las Componentes de Señal: NECESARIO OBTENER CIRCUITO EQUIVALENTE L AMPLIFICADOR EN PEQUEÑA SEÑAL: Sustituir Fuentes de Tensión Continua por cortocircuitos. Sustituir Fuentes de Corriente Continua por circuitos abiertos. Sustituir Transistor por Circuito Equivalente.

17 16 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Los Los MOLOS MOLOS EQUIVALENTES EQUIVALENTES PEQUEÑA PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL HACEN HACEN QUE QUE EL EL ANÁLISIS ANÁLISIS UN UN AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR Basado Basado en en Transistores Transistores se se convierta convierta en en un un PROCESO PROCESO SISTEMÁTICO: SISTEMÁTICO: 1. Determinar Punto de Trabajo Q en ausencia de señal. 2. A partir de las Especificaciones del Transistor (Fabricante: hojas de características) y de Q Calcular el valor de los Parámetros del Modelo Equivalente de Pequeña Señal del Transistor. 3. Eliminar las Fuentes de Polarización: Sustituir Fuentes de Tensión Continua por cortocircuitos. Sustituir Fuentes de Corriente Continua por circuitos abiertos. 4. Reemplazar el Transistor por uno de sus Modelos Equivalentes de Pequeña Señal. 5. Analizar el Circuito Equivalente de Pequeña Señal resultante para determinar los parámetros del Amplificador (Ej: Ganancia en Tensión, Resistencia de Entrada, etc.)

18 17 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN EMISOR EMISOR.. Nota: Circuito Básico (polarización simplificada para caracterizar el comportamiento del transistor). I i V i V o I o V BB Análisis AC: Circuito Equivalente de Pequeña Señal

19 18 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Expresión válida transistor y montaje En el caso de E.C.:

20 18 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Expresión válida transistor y montaje En el caso de E.C.:

21 19 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN COLECTOR COLECTOR (SEGUIDOR (SEGUIDOR EMISOR) EMISOR) Nota: Circuito de polarización simplificado para caracterizar únicamente el comportamiento del transistor I i V i I o V o V BB Circuito Equivalente de pequeña señal:

22 20 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Circuito Equivalente de pequeña señal: Como R o << R i 1

23 20 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Circuito Equivalente de pequeña señal: Como R o << R i 1

24 21 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN BASE BASE Circuito Equivalente de pequeña señal: Ejercicio

25 22 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN EMISOR EMISOR CON CON RESISTENCIA RESISTENCIA EMISOR. EMISOR. Nota: Circuito de polarización simplificado para caracterizar únicamente el comportamiento del transistor I i I o V o En En la la configuración configuración en en E.C., E.C., Av=f( Av=f(hfe). =f(hfe). SI SI SE SE INTRODUCE INTRODUCE UNA UNA Re Re EN EN EL EL EMISOR, EMISOR, A A V PASA V PASA A A SER SER INPENDIENTE INPENDIENTE h h fe. fe. ASÍ ASÍ SE SE CONSIGUE CONSIGUE ESTABILIZAR ESTABILIZAR LA LA GANANCIA GANANCIA EN EN TENSIÓN TENSIÓN L L AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR V i La ganancia en tensión es menor que en E.C. pero más estable.

26 23 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CARACTERÍSTICAS AMPLIFICADORAS LAS DISTINTAS CONFIGURACIONES ALTA ALTA ALTA BAJA MEDIA AUMENTA ALTA BAJA 1 ALTA ESTABILIZADA BAJA ALTA MUY ALTA MUY ALTA BAJA MUY ALTA 1

27 23 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CARACTERÍSTICAS AMPLIFICADORAS LAS DISTINTAS CONFIGURACIONES ALTA ALTA ALTA BAJA MEDIA AUMENTA ALTA BAJA 1 ALTA ESTABILIZADA BAJA ALTA MUY ALTA MUY ALTA BAJA MUY ALTA Configuración Configuración en en E.C. E.C. Amplificador inversor Permite obtener simultáneamente Ganancias de Tensión y de Corriente superiores a la unidad. Es la más utilizada 1

28 24 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CARACTERÍSTICAS AMPLIFICADORAS LAS DISTINTAS CONFIGURACIONES ALTA ALTA ALTA BAJA MEDIA AUMENTA ALTA BAJA 1 ALTA ESTABILIZADA BAJA ALTA MUY ALTA MUY ALTA BAJA MUY ALTA Configuración Configuración en en C.C. C.C. Amplificador no inversor A I es aproximadamente igual que en E.C (en módulo) A V es menor que la unidad R i es la mayor R o es la menor BUFFER TENSIÓN (Adaptación de impedancias cuando R S >>R L, información en forma de tensión). 1

29 25 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CARACTERÍSTICAS AMPLIFICADORAS LAS DISTINTAS CONFIGURACIONES ALTA ALTA ALTA BAJA MEDIA AUMENTA ALTA BAJA 1 ALTA ESTABILIZADA BAJA ALTA MUY ALTA MUY ALTA BAJA MUY ALTA Amplificador no inversor A I es algo menor que la unidad A V igual que en EC (en módulo) Ri es la menor de las tres Configuración Configuración en en B.C. B.C. Ro es, como en EC BUFFER CORRIENTE (Adaptación de impedancias cuando R S <<R L, información en forma de corriente) 1

30 26 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CIRCUITOS CIRCUITOS REALES REALES (con (con autopolarización) autopolarización) 1 - EMISOR : i i i o Circuito equivalente en pequeña señal a frecuencias medias h ie h fe i b

31 26 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CIRCUITOS CIRCUITOS REALES REALES (con (con autopolarización) autopolarización) 1 - EMISOR : i i i o Circuito equivalente en pequeña señal a frecuencias medias h ie EJERCICIO: obtener las expresiones de A i, R i, A v, R o, A vs. h fe i b

32 27 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Circuito equivalente utilizado para hallar Z 0 h ie h fe i b

33 28 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II 2 SEGUIDOR EMISOR: Circuito equivalente en pequeña señal a frecuencias medias h ie i e =(1+h fe )i b h fe i b EJERCICIO: obtener las expresiones de A i, R i, A v, R o, A vs.

34 29 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Circuito equivalente utilizado para hallar la impedancia de salida Z 0 h ie i e =(1+h fe )i b h fe i b

35 30 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II 3 BASE : EJERCICIO: obtener las expresiones de A i, R i, A v, R o, A vs.

36 31 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS CON TRANSISTORES EFECTO CAMPO EL EL TRANSISTOR TRANSISTOR EFECTO EFECTO CAMPO CAMPO COMO COMO AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR Amplificador NMOS sencillo: GS ( t) = vin ( t) VGG v + VDD = RD id + () t v ( t) DS I Dmax =16mA I DQ =9mA I Dmin =4mA Línea de carga sen Punto Q

37 32 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS 12V pp Aparentemente, GANANCIA EN TENSIÓN: -6 (el amplif. invierte la señal de entrada) Salida La forma de onda de salida no es senoidal simétrica como Salida mayor mayor que que la la de la entrada: V DSQ =11V, y V DSmax =16V, V DSmin =4V la entrada, entrada, pero pero DISTORSIONADA DISTORSIONADA DISTORSIÓN: DISTORSIÓN: debida debida a a que que las las curvas curvas características características del del FET FET no no son son equidistantes. equidistantes. Si Si se se aplicara aplicara una una AMPLITUD AMPLITUD ENTRADA ENTRADA MUCHO MUCHO MENOR, MENOR, tendríamos tendríamos una una AMPLIFICACIÓN AMPLIFICACIÓN CON CON DISTORSIÓN DISTORSIÓN INAPRECIABLE, INAPRECIABLE, pues pues las las curvas curvas están están distanciadas distanciadas de de una una manera manera más más uniforme uniforme si si se se considera considera una una región región más más restringida restringida de de las las curvas curvas características características PEQUEÑA PEQUEÑA A SEÑAL SEÑAL. AL.

38 33 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS CIRCUITOS CIRCUITOS EQUIVALENTES EQUIVALENTES PEQUEÑA PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL Transistor polarizado en zona saturación: Análisis gráfico: difícil para amplificadores reales. A continuación desarrollaremos un circuito equivalente lineal en pequeña señal para el FET, que nos permitirá utilizar técnicas de análisis matemático en lugar del análisis gráfico. Como: Y además estamos interesados en las condiciones de pequeña señal para las cuales v gs 2 (t) es muy pequeño y se puede despreciar. ( ) ( ) (Suponemos que vgs t << VGSQ Vto ) Si se define la transconductancia del transistor como: Como la corriente de puerta es despreciable:

39 34 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS Para Para Pequeña Pequeña Señal Señal los los Transistores Transistores Unipolares Unipolares pueden pueden modelarse modelarse como como una una Fuente Fuente de de Corriente Corriente Controlada Controlada por por Tensión Tensión entre entre D D y y S. S Dependencia de la Transconductancia respecto al Punto Q y los Parámetros del Dispositivo. Despejando en se obtiene: y sustituyendo los resultados en Se Se puede puede incrementar incrementar g g m m eligiendo eligiendo un un valor valor más más elevado de elevado I de I DQ. DQ.

40 35 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS Como W K = L KP 2 W = anchura del canal L = longitud del canal (valor mínimo limitado por el proceso de fabricación) KP = µ n C ox : parámetro dependiente del proceso de fabricación del transistor. (µ n = movilidad superficial de los electrones en el canal; C ox = capacidad de puerta por unidad de área, que depende a su vez de la anchura del óxido t ox ) Se Se puede puede obtener obtener valores valores mayores mayores de de g m incrementando m incrementando la la relación relación anchura-longitud anchura-longitud del del canal canal del del MOSFET. MOSFET. Se Se obtiene obtiene una una transconductancia transconductancia alta alta a costa costa del del área área del del CI. CI.

41 36 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS Circuito equivalente más complejo En el modelo anterior se supone que las características de drenador son horizontales en la región de saturación, pero eso no es del todo cierto: Las curvas características de drenador tienen una pendiente ligeramente ascendente respecto a v DS. Para tener en cuenta este efecto: AÑADIR UNA RESISTENCIA r D llamada RESISTENCIA DRENADOR entre D y S

42 37 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN FUENTE FUENTE EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN DRENADOR DRENADOR (SEGUIDOR (SEGUIDOR FUENTE) FUENTE) Circuito equivalente de pequeña señal Si Si R s =0 s =0 y y v v o =v o =v o1 : o1 : FUENTE FUENTE Si Si R d =0 d =0 y y v v o =v o =v o2 : o2 : DRENADOR DRENADOR

43 37 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN FUENTE FUENTE EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN DRENADOR DRENADOR (SEGUIDOR (SEGUIDOR FUENTE) FUENTE) Circuito equivalente de pequeña señal Si Si R s =0 s =0 y y v v o =v o =v o1 : o1 : FUENTE FUENTE Si Si R d =0 d =0 y y v v o =v o =v o2 : o2 : DRENADOR DRENADOR

44 37 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN FUENTE FUENTE EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN DRENADOR DRENADOR (SEGUIDOR (SEGUIDOR FUENTE) FUENTE) Circuito equivalente de pequeña señal Si Si R s =0 s =0 y y v v o =v o =v o1 : o1 : FUENTE FUENTE Si Si R d =0 d =0 y y v v o =v o =v o2 : o2 : DRENADOR DRENADOR FACTOR AMPLIFICACIÓN

45 38 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS (1) (1) FUENTE FUENTE (R( (R s =0 s =0 y y v v o =v o =v o1 ) o1 ) Circuito equivalente visto desde Drenador: Circuito equivalente de pequeña señal µ v i - + R d

46 39 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS (2) (2) DRENADOR DRENADOR (R( (R d =0 d =0 y y v v o =v o =v o2 ) o2 ) Circuito equivalente visto desde Fuente: Circuito equivalente de pequeña señal + - (Si µ >> 1) R s Por este motivo, se denomina SEGUIDOR FUENTE

47 40 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS

48 41 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR EN EN FUENTE FUENTE (con (con circuito circuito de de autopolarización) autopolarización) Circuito equivalente en pequeña señal para el amplificador en fuente común EJERCICIO: obtener las expresiones de A v, R i, R o, A i, A vs.

49 42 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Circuito utilizado para calcular R O CON FETS

50 43 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS SEGUIDOR SEGUIDOR FUENTE FUENTE (con (con circuito circuito de de autopolarización) autopolarización) EJERCICIO: obtener las expresiones de A v, R i, R o, A i, A vs.

51 44 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II CON FETS Circuito equivalente en pequeña señal alterna para el seguidor de fuente. Circuito equivalente utilizado para hallar la resistencia de salida del seguidor de fuente.

52 45 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II MULTIETAPA VARIAS ETAPAS En aplicaciones reales se hace necesario el acoplamiento de varias etapas: Para obtener una amplificación mayor. Para una correcta adaptación de impedancias si la impedancia de entrada o salida de una sola etapa no es la adecuada De forma general: AMPLIFICADOR MULTIETAPA UTILIZANDO MOLOS EQUIVALENTES TENSIÓN

53 46 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II MULTIETAPA AMPLIFICADOR MULTIETAPA UTILIZANDO MOLOS EQUIVALENTES CORRIENTE

54 47 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II MULTIETAPA OPTIMIZACIÓN OPTIMIZACIÓN LA LA COMBINACIÓN COMBINACIÓN CONFIGURACIONES CONFIGURACIONES Los montajes pueden ser en EC, BC, CC o combinación. En general, al acoplar varias etapas se busca un aumento en la ganancia de tensión. En una cadena amplificadora se distinguen: Etapa de entrada Etapas intermedias Etapa de salida (1) ETAPAS INTERMEDIAS No se utiliza una configuración en CC porque A v <1. No se utiliza una configuracíón en BC porque A v de varias etapas de este tipo acopladas es menor que la última: R R A 1 si R R ya que R = V L L = AI < i = i+ 1 Ri Ri Por el contrario, en una etapa en EC: RL AV = h fe > 1 porque h fe >> 1 R i En En un un amplificador amplificador de de varias varias etapas etapas las las intermedias intermedias utilizan utilizan configuraciones configuraciones en en EC EC L R C //R i

55 48 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II MULTIETAPA (2) ETAPA ENTRADA Su elección se realiza en función del generador conectado a la entrada: Si el generador es de tensión: (necesaria Zi alta) Entrada Entrada en en CC CC Montaje Montaje con con FET FET (DC, (DC, FC) FC) Si el generador es de corriente: (3) ETAPA SALIDA (necesaria Zi baja) Entrada Entrada en en BC BC Se selecciona en función de la impedancia de carga Si R L baja impedancia, e información codificada en forma de tensión: (necesaria Z o baja) Si R L alta impedancia, e información codificada en forma de corriente: (necesaria Z o alta) Salida Salida en en CC CC Salida Salida en en BC BC

56 49 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II OBSERVACIONES AL ANALISIS AC ANÁLISIS EN EN PEQUEÑA SEÑAL OBSERVACIONES 1 - DIBUJO L CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL 1. Sustituir fuentes de tensión continua por cortocircuitos. 2. Sustituir fuentes de corriente continua por circuitos abiertos. 3. Sustituir condensadores de acoplo y de desacoplo por cortocircuitos cuando se desee un análisis a frecuencias medias. Nota: Para hallar expresiones para la ganancia o la impedancia en función de la frecuencia, o hacer un análisis en régimen transitorio, deberían incluirse los condensadores en el circuito equivalente. 4. Sustituir transistor por circuito equivalente. 5. Si circuito tiene varios transistores, se utilizarán subíndices para distinguir las corrientes y los parámetros de los diferentes transistores.

57 50 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II OBSERVACIONES AL ANALISIS AC Vale Vale la la pena pena prestar prestar atención atención al al dibujar dibujar el el circuito circuito equivalente: equivalente: Analizar Analizar un un circuito circuito equivalente equivalente incorrecto incorrecto es es una una pérdida pérdida de de tiempo tiempo y y de de esfuerzo. esfuerzo. COMPROBAR COMPROBAR BIEN BIEN EL EL CIRCUITO CIRCUITO EQUIVALENTE EQUIVALENTE ANTES ANTES ESCRIBIR ESCRIBIR LAS LAS ECUACIONES ECUACIONES!! Puede Puede que que resulte resulte conveniente conveniente dividir dividir en en varios varios pasos pasos el el dibujo dibujo de de los los circuitos circuitos equivalentes equivalentes en en pequeña pequeña señal. señal. En En primer primer lugar, lugar, se se hacen hacen los los cambios cambios necesarios necesarios y y después, después, si si se se quiere, quiere, se se vuelve vuelve a a dibujar dibujar el el circuito circuito para para simplificar simplificar el el trazado. trazado.

58 51 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II OBSERVACIONES AL ANALISIS AC 2. INTIFICACIÓN LAS VARIABLES INTERÉS L CIRCUITO Una vez finalizado el circuito equivalente en pequeña señal, trataremos de hallar expresiones para las ganancias e impedancias que sean de interés. En primer lugar, identificaremos las corrientes y tensiones pertinentes y las señalaremos en el circuito equivalente. Ejemplo: Para hallar la ganancia de tensión, las variables pertinentes son la tensión de entrada v i y la tensión de salida v o. Para la impedancia de entrada, lo que nos interesa son v i y la corriente de entrada i i.

59 52 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II OBSERVACIONES AL ANALISIS AC 3. CALCULO LA RESISTENCIA SALIDA La resistencia de salida es la resistencia de Thevenin del amplificador. Para hallar la resistencia de salida: Quitamos la carga Ponemos a cero el valor de las fuentes de señal independientes (sustituir las fuentes de tensión por cortocircuitos, y las fuentes de corriente por circuitos abiertos). Las fuentes dependientes, como la fuente controlada de corriente del transistor equivalente, no se ponen a cero. Miramos desde los terminales de salida para hallar la resistencia. A menudo es conveniente agregar una fuente de tensión de prueba V x a los terminales de salida para hallar la resistencia de salida del seguidor de emisor. La resistencia de salida viene dada por la relación entre V x e i x.

60 53 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II OBSERVACIONES AL ANALISIS AC 4. ESCRITURA LAS ECUACIONES L CIRCUITO Tras dibujar el circuito equivalente en pequeña señal e identificar las variables de tensión o corriente pertinentes, utilizamos el análisis de circuitos para escribir las ecuaciones. A menudo es necesario incluir corrientes o tensiones adicionales en las ecuaciones. Ejemplo: Para hallar la resistencia de salida del seguidor de emisor, queríamos calcular la relación entre V x e i x pero al escribir las ecuaciones, incluimos una corriente adicional i b. Tras escribir el conjunto de ecuaciones de circuito adecuadas, despejaremos para eliminar las corrientes y tensiones no deseadas, hasta que tengamos una ecuación que relacione las dos variables de interés.

61 54 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II OBSERVACIONES AL ANALISIS AC Si el circuito es bastante complejo, es una buena idea asegurarse de que se ha escrito un conjunto de ecuaciones correcto antes de eliminar las variables que no se desean: - Supongamos que contamos las variables no deseadas, y llamamos a ese numero N. Como necesitamos una ecuación para eliminar cada una de las variables no deseadas, y como necesitamos dar con una ecuación que relacione las dos variables de interés, necesitaremos un total de N + 1 ecuaciones independientes. - Hay que asegurarse de que las ecuaciones no son dependientes: a veces puede que escribamos la misma ecuación de diferente manera sin darnos cuenta.

62 55 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II OBSERVACIONES AL ANALISIS AC 5. CALCULO Y COMPROBACIÓN LA EXPRESIÓN BUSCADA Una vez que hemos escrito un numero suficiente de ecuaciones independientes, se utilizan técnicas algebraicas simples para eliminar las variables de circuito no deseadas y hallar la expresión buscada. Si, en este proceso, la sustitución da lugar a la cancelación de todos los términos (con lo que nos quedaría 0 = 0), es que hemos escrito ecuaciones dependientes y hemos de volver a escribir ecuaciones adicionales. 6. COMPROBACIÓN LAS UNIDAS Tras haber hallado una expresión para la ganancia o la impedancia, es buena idea comprobar si las unidades de la expresión hallada son las correctas: Ganancia de tensión o corriente: no debería tener unidades. Impedancia de entrada o salida: debería estar en ohmios. En el caso de que las unidades no fueran las que esperábamos, deberíamos buscar algún error al escribir la ecuación original o algún error algebraico.

63 56 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II OBSERVACIONES AL ANALISIS AC EL EL ANÁLISIS ANÁLISIS L L CIRCUITO CIRCUITO EQUIVALENTE EQUIVALENTE PEQUEÑA PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL NO NO ES ES TAN TAN PROBLEMÁTICO PROBLEMÁTICO COMO COMO PARECE PARECE EN EN ESTA ESTA EXPLICACIÓN. EXPLICACIÓN. SE SE HAN HAN INTENTADO INTENTADO MENCIONAR MENCIONAR TODOS TODOS LOS LOS PROBLEMAS PROBLEMAS QUE QUE SE SE ENCUENTRAN ENCUENTRAN MENTE MENTE CON CON ESTA ESTA TÉCNICA, TÉCNICA, PARA PARA QUE QUE NO NO SPERDICIEIS SPERDICIEIS MUCHO MUCHO TIEMPO TIEMPO SI SI TROPEZAIS TROPEZAIS CON CON ELLOS. ELLOS.