AMPLIFICADOR_CASCODE
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Amplificadores en Conexin Cascode
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Limitaciones de un solo amplificador
Muchas veces la amplificacin deseada no puede ser suplida por una sola etapa de amplificacin, o bien los requerimientos en ciertas frecuencias no se logran de manera correcta con slo una etapa.
Al utilizar varias etapas, stas generalmente difieren unas de otras, ya que cada una de ellas llena un propsito especfico.
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Amplificador de Tres Etapas
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Ancho de Banda del Amplificador
La magnitud de la respuesta del amplificador se mantiene en su mximo constante en un ancho de banda especfico (entre 1 y 2) y fuera de este rango se presenta una disminucin en la ganancia, y por ende una distorsin en la seal de salida con respecto a la seal de entrada
-
Respuesta Tpica del Amplificador en Cuanto Magnitud en Funcin de la Frecuencia
-
Respuesta en Alta Frecuencia y Efecto de Miller
La respuesta en alta frecuencia de un transistor amplificador discreto est determinado por la capacitancia interna de s mismo
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Modelo de alta frecuencia para un BJT
3105221
== xf
Ihf
CT
CQ
ibTgs
-
))1()((21
vgdgsiinHigh ACCRR
f+
=
iLEBgdHigh RRRRC
f) (2
1
=
)(21
iEibgsHigh RRhC
f
=
Amplificador de Emisor Comn
Amplificador de Colector Comn
Amplificador de Base Comn
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Configuracin de Amplificacin Cascode (cascaded cathode)
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Concepto General
Combinar la alta impedancia de entrada y la gran transconductancia mediante configuracin de emisor comn, con la respuesta a altas frecuencias y la propiedad de ser un buffer de corriente de la configuracin base comn.
Con la configuracin cascode se puede
obtener una ancho de banda mayor (comparado con la configuracin E.C.), pero con la misma ganancia en DC, o bien, se puede alterar la ganancia y mantener el ancho de banda.
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Configuracin Cascode Complementaria
-
Circuito Equivalente de C.D 21 CE ii
21 EC ii
11 CE ii
21 CE ii
EC
ECCCC RR
VVi
+
121
CCB VRRRRV
321
11 ++
E
BEBE R
VVI 11
-
Anlisis en CA del Circuito Amplificador en Configuracin Cascode
-
Anlisis en Pequea Seal del Circuito Amplificador en Configuracin Cascode
s
be
be
ce
ce
eb
eb
cb
cb
L
s
LV V
VVV
VV
VV
VV
VVA 1
1
1
1
2
2
2
2
==
-
Ejemplo 12.4. (Solucin mediante modelo hbrido equivalente para pequea seal)
-
A partir del anlisis C.D. se obtiene:
Con la intencin de facilitar el anlisis, se desprecia las corrientes de base de cada transistor. Es as como del circuito equivalente anterior se obtiene una expresin vlida para IE1, realizando las consideraciones necesarias (IE1 IC2):
CCBBB
BB VRRR
RV ++
321
31
Vxxx
xVB 95.4 18107.4106.5108.6107.4
333
3
1 ++
E
BEBE R
VVI = 11
mAx
I E 864.3 101.17.095.4
31
=
-
Luego partir del anlisis C.A. se obtiene el siguiente equivalente:
As pues, el modelo hbrido equivalente para pequea seal es el siguiente:
-
hieRRZ BBi 32=
Co RZ =
rehie =
729.6 864.32626
1 mAmV
ImVreE
khie 346.1 729.6 200
= 5.881 346.1 7.4 6.5 kkkZi
= kZo 8.1
A partir del cual el clculo de Zi y Zo se obtiene directamente, basndose en los resultados de la polarizacin C.D. calculados anteriormente.
-
SBB
BBLCv RhieRR
hieRRhie
hibhfehib
RRhfbA
+=
32
32) () (
hiehieRRhieRR
hfehfbRR
RABB
BB
LC
Ci
)()( 32
32
+
+=
Para calcular Av y Ai se utilizan las expresiones que se presentan a continuacin:
-
hiehfeRhfbA Cv
) ( =
hiehieRRhieRR
hfehfbABB
BBi
)( 32
32
+=
995.0 201200
1 =
+=hfb
200 = hfe
12.266 10346.1 200)108.1 (995.0 3
3 x
xAv
75.78 10346.1 5.881
5.881)200(995.0 3 +=
xAi
Sin embargo, puesto que no se encuentran presentes RS y RL, las expresiones se reducen a lo siguiente:
Donde:
De ah que:
-
Segundo ejemplo, modelo
Considere un amplificador bipolar cascode
polarizado con una corriente de 1mA. Los transistores usados tienen = 100, = 100 K, = 14 pF, = 2 pF, = 0, y = 50 .
El amplificador es alimentado con una fuente que con una = 4 K. La resistencia de carga = 2,4 K. Encuentre la ganancia de baja frecuencia , y estime el valor de la frecuencia para -3 dB.
orC C CsC Xr
sigRLR
MA
Hf
-
Circuito para ejemplo 2
-
Ecuaciones en el circuito
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Resultados
( )Lomsealx
M RrgRrrrA //
++
=
( )++
= kk
VAm
kkkkAM 4,2//1001004041005,2
5,2
VVAM 6,36=
===== kmAmVr
VIgr e
TEm
5,21
25100/
-
Resultados
== kRR seal 55,1' 1
( )
++
+=
1/// 211 Lo
LoeoC Rr
RrrrR
( ) 1111 1' CCmseal RRgRR ++=
( ) ( )+=+= kkRrrR sealxseal 450//5,2//'
( ) =
+
+= k
kkkkkkRC 1101/4,2100
4,2100101
100//1001
+
+= kk
VAmkR 1140155,11
= kR 55,641
-
Resultados
( ) ( )( )salLcsLCcsH RRCCCRCCRCRC //221211111 ++++++=
nsf
HH 6,1692
12
1
=
=== MkrR osal 10100100
nsH 6,169=
( )( )( )+++
+++=MkpFpFpF
kpFpFkpFkpFH10//4,2200
114055,64255,114
kHzfH 939=
Amplificadores en Conexin CascodeLimitaciones de un solo amplificador Nmero de diapositiva 3Ancho de Banda del AmplificadorRespuesta Tpica del Amplificador en Cuanto Magnitud en Funcin de la Frecuencia Respuesta en Alta Frecuencia y Efecto de MillerModelo de alta frecuencia para un BJT Nmero de diapositiva 8Configuracin de Amplificacin Cascode (cascaded cathode)Concepto General Configuracin Cascode ComplementariaCircuito Equivalente de C.DNmero de diapositiva 13Anlisis en Pequea Seal del Circuito Amplificador en Configuracin CascodeNmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Ejemplo 12.4. (Solucin mediante modelo hbrido equivalente para pequea seal)Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22Segundo ejemplo, modelo Circuito para ejemplo 2Ecuaciones en el circuitoResultadosResultadosResultados