Electrónica Análoga I Prof. Gustavo Patiño. M.Sc, Ph.D. MJ 12- 14 25-11-2014.

Electrónica Análoga IProf. Gustavo Patiño. M.Sc, Ph.D.MJ 12- 1425-11-2014

El análisis de pequeña señal de amplificadores basados en transistores se centra en el análisis de circuitos equivalentes para cada configuración de amplificación (EC, CC, BC).

Se utiliza el método de circuitos equivalente basado en parámetros híbridos obtenidos del análisis circuital basado en redes de dos puertos.

Se pretende encontrar expresiones para la resistencia de entrada, ganancia de voltaje, ganancia de corriente y resistencia de salida de cada configuración de amplificación (EC, CC, BC).

Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2014-2

*

eneni

Loo

Riv

Riv

enen

Lo

i

o

Ri

Ri

v

v


en

Liv R

RAA

enen

Lo

i

o

Ri

Ri

v

v


Fórmula de Ganancia de Impedancia

i

ov v

vA

Ganancia de voltaje

en

oi i

iA

Ganancia de corriente

*

*

Existen muchas formas de caracterizar redes de cuatro terminales.

En un sistema de cuatro terminales hay cuatro variables de circuito: la tensión (o voltaje) y la corriente de entrada; y la tensión y la corriente de salida.

Estas cuatro variables se pueden relacionar por medio de algunas ecuaciones, dependiendo de cuáles variables se consideren independientes y cuáles dependientes.


El primer dígito del subíndice en h denota la variable dependiente, en tanto que el segundo digito denota la variable independiente asociada con el parámetro h en particular.

Por ejemplo, h12 relaciona v2 con v1. Se supone que los valores de h son constantes.


2221122

2121111

vhihi

vhihv

*


hi=h11= Resistencia de entrada del transistor.hr=h12= Ganancia de tensión inversa del transistor.hf=h21= Ganancia directa de corriente del transistor.ho=h22= Conductancia de salida del transistor.

2221122

2121111

vhihi

vhihv

212

211

vhihi

vhihv

of

ri

Para una red de transistores:

212

211

vhihi

vhihv

of

ri


Dos ecuaciones que representados circuitalmente corresponden al siguiente sistema:

Dos ecuaciones que representados circuitalmente corresponden al siguiente sistema:

*

*

02

2

02

1

01

2

01

1

1

1

2

2

i

osal

i

r

v

f

v

ien

v

ihY

v

vh

i

ih

i

vhR


Resistencia de entrada con v2 en cortocircuito.

Ganancia directa de corriente con v2 en cortocircuito.

Ganancia inversa de tensión con i1 en circuito abierto.

Conductancia de salida con i1 en circuito abierto.

Estos parámetros son idealmente constantes, aunque los valores numéricos dependen de la configuración del transistor. Esto es, si la configuración es EC, BC ó CC.

Es útil contar con alguna forma de distinguir entre las tres configuraciones. Para ello se añade un segundo subíndice a cada parámetro híbrido para proporcionar esta distinción.


icibibie hhhh )1(

constante

cevB

Cfe i

ih

Configuración EC

Configuración EC

Configuración BC

Configuración BC

constante

cevB

C

di

di


*

Aunque el modelo de parámetros h define el segundo subíndice en asociación con el tipo de configuración del amplificador, hib y hie son valores de resistencia que se basan en el punto de operación del amplificador y en la ubicación de estas resistencias en el circuito equivalente.

El valor real de β también es función del punto de operación (ICQ) del transistor. En la porción plana de la curva de iC contra vCE con iB constante, el cambio de β es pequeño. Conforme el transistor se aproxima a saturación, β

empieza a caer. A medida que el transistor se aproxima a corte, β

también se aproxima a cero.Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2014-2

A continuación se desarrollan las ecuaciones de hib y hie que muestran la dependencia de estos parámetros respecto a la ubicación del punto de operación Q:


01

1

2

v

ie i

vh

0

CEvB

BEie i

vh


1exp

T

BEOB V

vIi

T

BE

T

O

BE

B

V

v

V

I

dvid

exp

0

CEvB

BEie i

vh

T

BEOB V

vIi exp En región directa de

conducción del diodo.

En región directa de conducción del

diodo.


T

B

BE

B

V

i

dvid

T

B

T

BE

T

O

BE

B

V

i

V

v

V

I

dvid

exp


BQ

Tie

I

Vh

BQ

T

B

BE

vB

BE

I

V

id

dv

i

v

CE

0

0

CEvB

BEie i

vh

*


CQ

ibI

Vh

026.0 Para VT=26mVPara VT=26mV

CQ

T

BQ

Tib

I

V

I

Vh

BQ

Tie

I

Vh Con: ibibie hhh )1(y:

*

El circuito equivalente de la unión base-emisor polarizada directamente, para efectos solamente de la componente alterna de pequeña señal es una resistencia rπ: La cual es la resistencia dinámica

del diodo Base-emisor, siendo fuertemente dependiente del P.O., esto es, de la corriente de base DC.

Por otro lado: El circuito equivalente de la unión colector-emisor polarizada inversamente y para efectos de la componente variable de la corriente en el colector, es una fuente dependiente de la corriente variable en la base.


iehr

Es decir, siempre que se cumpla que la excursión de P.O., es lo suficientemente pequeña, como para considerar que rπ permanece constante, el modelo incremental de alterna para el transistor bipolar ideal,ya sea npn o pnp será:

Modelo ideal, sin considerar efectos secundarios. Dicho modelo considera que el transistor está previamente

polarizado en un P.O, dentro de la Región Activa.

CQ

T

BQ

T

I

V

I

Vr

QPuntoBE

B

tv

ti

r

)(

)(1


EieB

EieBEieB

en

ien RhR

RhRRhR

i

vR

//

EibB

EibBen RhR

RhRR

ibie hh

Forma largaForma larga

EibB

EibBen RhR

RhRR

Si RB es despreciable comparada con RE, entonces :Si RB es despreciable comparada con RE, entonces :


B

Eib

EibBen R

Rh

RhRR

EB RR

Forma cortaForma corta


i

LL

i

ov v

Ri

v

vA

CL

bCL RR

iRi

CL

C

i

bLv RR

R

v

iRA

Por definición:Por definición:

Y del circuito equivalente:Y del circuito equivalente:

EieB

enB

CL

C

i

Lv RhR

iR

RR

R

v

RA

EieB

enBb RhR

iRi


eneni Riv Y considerando que:Y considerando que:

EieB

enB

CL

C

enen

Lv RhR

iRRR

RRiR

A

EieB

EieB

EieB

B

CL

CLv RhR

RhR

RhR

R

RR

RRA

Eib

CL

Eie

CLv Rh

RR

Rh

RRA

////


E

CLv R

RRA

//

ib

CLv h

RRA

//

Si hib<< RE , la ecuación se reduce aún más:

Si se coloca un capacitor grande en paralelo con RE , de manera que la impedancia de ca sea pequeña, entonces:

Forma corta 1

Forma corta 1

Forma corta 2

Forma corta 2

026.0

// CQCLv

IRRA

Esto se puede combinar con la aproximación de hib en función de ICQ para obtener:

Que muestra que con RE en cortocircuito, la ganancia de voltaje del amplificador depende del punto de operación representado por ICQ.Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de

Antioquia. 2014-2

Forma corta 3

Forma corta 3

L

envi R

RAA

Eie

CL

LEieB

EieBi Rh

RR

RRhR

RhRA

//

LCEibB

CBi RRRhR

RRA

Por definición:Por definición:

Y de las ecuaciones de ganancia de voltaje y de resistencia equivalente de entrada:Y de las ecuaciones de ganancia de voltaje y de resistencia equivalente de entrada:


LCE

CBi RRR

RRA

LCEibB

CBi RRRhR

RRA

Si RB es despreciable comparada con RE y hib << RE entonces :Si RB es despreciable comparada con RE y hib << RE entonces :

EB RR

Forma cortaForma corta

Diseñe un amplificador EC con Av=-10, =200, y RL=1kΩ. Se utiliza un transistor pnp y se requiere máxima excursión simétrica en la salida. Considere una fuente DC de -12V para polarizar el transistor. Determine la máxima excursión en la salida

del amplificador. Determine el máximo voltaje pico que se

puede colocar a la entrada del amplificador para que sea amplificada.

Encuentre la potencia máxima que requiere disipar el transistor.


) V(vR

)I(i

RivV

CEQCEca

CQC

cdCCECC

1

Ecuaciones de diseño, y todas sus formas de escribirse y representarse, para el circuito de la figura!

Ecuaciones de diseño, y todas sus formas de escribirse y representarse, para el circuito de la figura!

CCBB

B

BBCC

CCB

VVR

VVVR

R

11

BB

CCB

VVR

R 2

EB RR 1.0

EB

BEBBB RR

VVI

ECLca

CEcd

R)//R(RR

RRR

CCBB

B

BBCC

CCB

VVR

VVVR

R

11

BB

CCB

VVR

R 2

EB RR 1.0

ECLca

CEcd

R)//R(RR

RRR

EB

BEBBB RR

VVI

cacd

CCCEQ RR

VV

1

cdca

CCCQ RR

VI

y

Ecuaciones de diseño,y todas sus formas de escribirse y representarse, para máxima excursión en el circuito de la figura!

Ecuaciones de diseño,y todas sus formas de escribirse y representarse, para máxima excursión en el circuito de la figura!

La salida de máxima excursión es 7,5V, esto es: 3,75Vpico.

O sea, la señal de entrada máxima permitida es de 0,75vPP , esto es, 375mVp. !


Para el estudiante: Qué preguntas te surgen de esta clase?▪ Qué respuestas le das a dichas preguntas?

A cuáles preguntas no lograste identificar una clara respuesta?

Busca más bibliografía e información adicional que complemente tus respuestas y el contenido de esta clase.▪ Ante las preguntas e inquietudes que no

encontraste respuesta en tu estudio y en la bibliografía consultada, busca asesoría oportuna con el profesor del curso.


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