Post on 26-Jul-2015
Tecnología Electrónica
Bibliografía
Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino,
McGraw-Hill.
Capítulo 9: Modelos de Alterna
Capítulo 10: Amplificadores de Tensión
Tecnología Electrónica
Objetivo de la Amplificación
Los componentes principales con los que se consigue la amplificación son los transistores y los amplificadores operacionales. Se dice que un transistor es un componente activo: es capaz
de entregar a la salida una potencia mayor que la que recoge con su entrada.
El objetivo es amplificar una señal débil para
convertirla en una más intensa.
IC
IB
Q
QH
QL
El punto de trabajo viene dado
por corrientes continuas
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¿Cómo funciona un amplificador basado en un
transistor BJT?
Primero se responden a las siguientes cuestiones:
¿De qué señal se parte?
¿Qué señal de salida se quiere obtener?
Su funcionamiento se podría especificar en forma de
3 fases secuenciales:
1. Se añade una componente continua.
¿Por qué añadir la componente continua?
2. Se amplifica la señal alterna y la componente continua.
¿Por qué se amplifican las dos tensiones?
3. Se elimina la componente continua.
¿Para qué se elimina la componente continua?
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Resistividad de los Condensadores
La impedancia de un condensador es inversamente
proporcional a la frecuencia, en base a la siguiente
función:
En continua la frecuencia es 0Hz; por lo que un
condensador se comporta como un circuito abierto.
En alterna cuando la frecuencia es suficientemente
alta, un condensador se comporta como un cortocircuito.
fCXc
2
1
Xcf 0
0 Xcf
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Condensador de Acoplo
Los condensadores de acoplo se utilizan para
transmitir la componente alterna y bloquear la
continua entre dos puntos de un circuito.
¿Se transmite la corriente alterna?
¿Qué pasará si la fuente es de tensión continua?
Corriente continua
Corriente alterna
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Condensador de Desacoplo
La misión del condensador de desacoplo es la de proporcionar un camino a tierra para la componente alterna.
La corriente alterna, ¿pasará por la RL o por el condensador?
Y si la fuente de tensión es continua, ¿por dónde pasará la corriente continua?
Corriente continua
Corriente alterna
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Circuito Amplificador
El circuito típico es el de emisor común polarizado
por divisor de tensión y emisor.
Evita que RE afecte a la
amplificación de la señal alterna
Acopla la tensión alterna al
amplificadora; añadiendo la
componente continua
Acoplar la señal amplificada a la carga;
eliminando la componente continua
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Teorema de Superposición
Para el caso de los amplificadores con transistores:
En cada rama del circuito se calcularán por separado las tensiones y corrientes de continua y de alterna.
Las tensiones y corrientes finales serán la suma de las calculadas en cada parte.
El Teorema de Superposición establece que, el
efecto que tienen dos o más fuentes sobre una
impedancia es igual a la suma de cada uno de
los efectos tomados por separado; anulando
todas las fuentes restantes
),0()0,(),( 2121 VfVfVVfVT
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Análisis en Continua
Para simplificar el análisis; Se anulan los generadores o fuentes de alterna.
Se aplica la condición de que los condensadores se comportan como circuitos abiertos.
Los cálculos para DC son iguales que
los vistos anteriormente
Circuito equivalente en DC Circuito Amplificador de Tensión
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Análisis en Alterna
Para simplificar el análisis;
Se anulan las fuentes de tensión continuas.
Se aplica la condición de que los condensadores se
comportan como cortocircuitos.
Circuito Equivalente en AC
Circuito Amplificador de Tensión
Se transforma en una tierra
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Modelos de Transistores
Para analizar el funcionamiento en alterna de un amplificador basado en transistores, es necesario utilizar un circuito equivalente en alterna. Modelo en T o de Ebers-Moll: fue uno de los primeros modelos de
alterna. El diodo del emisor se comporta como una resistencia, mientras que el
diodo del colector como una fuente de corriente.
Modelo en π: trata de simplificar el uso del modelo en T independizando la entrada de la salida.
Modelo de parámetros híbridos: concepto de cuadripolo.
Modelo en T
Modelo en π
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Cuadripolo
Es una caja negra con 4 polos o terminales, 2 de entrada
(puerta de entrada) y dos de salida (puerta de salida).
Por convenio, las 2 corrientes son de entrada.
Existen 4 conjuntos diferentes de parámetros o matrices:
Admitancias matriz Y
Impedancias matriz Z
Parámetros híbridos matriz H
Parámetros híbridos inversos matriz G
Cuadripolo
i1 i2
v1 v2
A frecuencias medias se trabajará con
el modelo de parámetros híbridos
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Modelo de Parámetros Híbridos
Interpretación física de parámetros h o híbridos:
2221212
2121111
vhihi
vhihv
2
1
2
1
v
ih
i
viio en forma matricial:
021
111
vi
vh Impedancia de entrada con la salida en
cortocircuito. Dimensiones de resistencia (Ω).
012
112
iv
vh Ganancia inversa de tensión con la entrada en
circuito abierto.
021
221
vi
ih Ganancia de corriente con la salida en
cortocircuito.
012
222
iv
ih Admitancia de salida con la entrada en circuito
abierto. Dimensiones de conductancia (Ω-1)
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Modelo de Parámetros Híbridos (continuación…)
Se recomienda usar los siguientes subíndices:
En el caso particular de los transistores, se añade
un segundo subíndice (e, b o c) indicativo del tipo de
configuración del circuito;
ya sea emisor, base o colector común, respectivamente.
i=11 impedancia de entrada r=12 ganancia inversa de tensión
f=21 ganancia de corriente o=22 admitancia de salida
hie impedancia de entrada en emisor común
hfe ganancia de corriente en emisor común
hfb ganancia de corriente en base común
hrc ganancia inversa de tensión en colector común
…
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El circuito que cumple con las ecuaciones del
cuadripolo en parámetros híbridos es el siguiente:
Para la configuración en emisor común, el circuito
equivalente quedaría como:
Modelo de Parámetros Híbridos (continuación…)
ceoebfec
cerebiebe
vhihi
vhihv
1
212
211
1 vhihi
vhihv
of
ri
ib ic
vbe vce
ib ic
vbe vce
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De forma análoga, para la configuración de base
común:
Y para colector común:
Modelo de Parámetros Híbridos (continuación…)
cbobefbc
cbrbeibeb
vhihi
vhihv
1
ecocbfce
ecrcbicbc
vhihi
vhihv
1
ib ie
vbc vec
ie ic
veb vcb
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Modelo de Parámetros Híbridos Simplificado
Tanto el valor de hr como de ho son muy pequeños, por lo que es posible despreciarlos algunas veces;
Se simplifica el modelo de parámetros híbridos.
Para la configuración en emisor común, el circuito equivalente quedaría como:
bfec
biebe
ihi
ihv
12
11
ihi
ihv
f
i
ib ic
vbe vce
i1 i2
v1 v2
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Análisis de un Circuito Amplificador
Para amplificar una señal, ésta se acopla a un
transistor debidamente polarizado; y la señal
resultante se aplica a una carga RL.
En algunas bibliografías se analiza en transistor
en sí, no el circuito amplificador en su conjunto.
iin iout
vin vout
iL
vg
Amplificador
Circuito
Amplificador
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Parámetros del Análisis de Alterna
Ganancia o amplificación de corriente ∆i:
Ganancia o amplificación de tensión ∆v:
Ganancia o amplificación de tensión ∆vg:
in
outLi
i
i
i
i
i
i
1
2
1
in
outv
V
v
v
v
1
2
g
out
g
vg
v
v
v
v 2
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Parámetros del Análisis de Alterna (continuación…)
Impedancia de entrada Zi:
Impedancia de salida Zo:
Por definición, la impedancia de salida (inverso de la
admitancia) se obtiene (1) cortocircuitando la fuente de
tensión vs, (2) haciendo la impedancia de la carga infinita
(circuito abierto) y (3) poniendo en los terminales de
salida un generador de tensión de valor v2.
in
inin
i
v
i
vZ
1
1
out
outout
i
v
i
vZ
2
2
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Análisis de un Circuito Amplificador
Ejercicio 6:
Calcular los valores de ∆i, ∆v, ∆vg, Zi y Zo para el siguiente circuito, sabiendo que hie=4k5, hfe=330, hre=0 y hoe
-1=∞.
Tecnología Electrónica
Análisis de un Circuito Amplificador
Ejercicio 7:
Calcular los valores de ∆i, ∆v, ∆vg, Zi y Zo para el siguiente circuito, sabiendo que hie=4k5, hfe=330, hre=0 y hoe
-1=∞.
Tecnología Electrónica
Análisis de un Circuito Amplificador
Ejercicio 8:
Calcular los valores de ∆i, ∆v, ∆vg, Zi y Zo para el circuito del ejercicio 6, teniendo en cuenta que hoe
-1=100Ω.
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© 2014, Jonathan Ruiz de Garibay
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