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AMPLIFICADORES DE PEQUEÑA SEÑAL Fuentes y Amplificadores 710199M Ing. Jorge Tenorio Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Programa Académico Tecnología en Electrónica
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AMPLIFICADORES DE
PEQUEÑA SEÑAL
Fuentes y Amplificadores 710199M Ing. Jorge TenorioEscuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Programa Académico Tecnología en Electrónica
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INTRODUCCION
• El amplificador es uno de los bloques funcionales más importantes de lossistemas electrónicos.• Se diferencia entre gran señal y pequeña señal, en que esta última tienevalores de tensión de pocos volts a milivolts.• Estos amplificadores necesitan la polarización en continua del transistor,definiendo así un punto de trabajo Q, entorno al cual se moverá dependiendode la señal de entrada.• En el estudio de la relación de tensiones y corrientes para pequeñoscambios en torno al punto Q, se hace uso de los circuitos equivalentes enpequeña señal.• Sin entrar en el estudio en frecuencia, las características más importantesen un amplificador son su ganancia, impedancia de entrada e impedancia desalida.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
El transistor como red de dos puertas
Desde el punto de vista de los terminales el transistor se modela como una red de dos puertas o cuadripolo.
El comportamiento de un circuito lineal bi-puerta, tal como se muestra en la figura, puede ser especificado a través de dos corrientes (I1, I2) y dos tensiones (V1, V2). En función de las dos posibles variables seleccionadas como independientes, ese circuito lineal puede ser caracterizado mediante cuatro tipo de parámetros ({Z}, {Y},{H}, {G}), que en notación matricial, se expresan de la siguiente manera:
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
El transistor como red de dos puertas
Los parámetros {H} o h o híbridos son los que mejor caracterizan el comportamiento lineal de pequeña señal de un transistor bipolar. Estos parámetros relacionan la V1 e I2 con la I1 y V2 mediante la siguiente ecuación matricial, se expresan de la siguiente manera
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
El transistor como red de dos puertas
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Modelo híbrido {H} de un transistor bipolar
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Modelo del amplificador de tensión– Resistencia de entrada: Ri = Vi / Ii– Resistencia de salida: Ro = Vo / Io– Ganancia de tensión en circuito abierto: Avo = Vo / Vi (si Io = 0 A)
• Ganancia de Potencia, de tensión y corriente
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Fuentes de alimentación y rendimiento
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Fuentes de alimentación y rendimiento
La fuente de alimentación debe proporcionar las siguientes potencias:– La potencia de salida menos la potencia de entrada desde la fuente de señal, y las pérdidas de potencia.
• Rendimiento, eficiencia = (Po / Pi)
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Medidas en decibelios
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Modelo del amplificador de corriente
Amplificador de corriente: la propiedad de ganancia se representa por una fuente decorriente controlada por corriente. En este caso la resistencia de salida está en paralelo. La ganancia de la fuente se llama de corriente en cortocircuito. Aisc = Iosc / Ii
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Modelo del amplificador de transconductancia
Amplificador de transconductancia: se modela con una fuente de corriente controladapor tensión. La ganancia de transconductancia en cortocircuito es Gmsc = Iosc / Vi
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Modelo del amplificador de transresistencia
Amplificador de transresistencia: Se modela con fuente de tensión controlada por corriente. La ganancia de transresistencia en circuito abierto es Rmoc = Vooc / Ii
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Configuraciones básicas de los transistores bipolares.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Modelo de Ebers-Moll
Modelo Ebers-Moll para transistores PNP Modelo Ebers-Moll para transistores NPN
( ) ( )[ 1] [ 1]
CBEB qVqV
KT KTE ES R CSI I e I e
( ) ( )[ 1] [ 1]
CBEB qVqV
KT KTC F ES CSI I e I e
DCDEFC iii
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Modelo de Ebers-Moll
La ley de reciprocidad establece que:
Donde F es la alfa directa y R es la alfa inversa.
Sustituyendo en las ecs. anteriores
SCSRESF III
11 TBCTBE Vv
R
SVvSC e
IeIi
11 TBCTBE VvS
Vv
F
SE eIe
Ii
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Modelo de Ebers-Moll (Estado activo )
En el amplificador de emisor común la fuente en el circuito de base polariza directamente a la unión base-emisor y una fuente de mayor tensión polariza inversamente la unión base-colector. El voltaje vBE deberá ser mayor que la tensión de codo y los términos que llevan vBE son mucho mayores que 1. La tensión vBC es mucho menor que la tensión de codo, las exponenciales que incluyen vBC son mucho menores que 1. Las ecuaciones de Ebers-Moll quedan como:
R
SVvSC
IeIi TBE
S
Vv
F
SE Ie
Ii TBE
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Modelo de Ebers-Moll (Estado activo )
De la ley de Kirchhoff de corrientes se llega a: BF
FC ii
1
Definimos la beta directa del transistor como:F
FF
1
Entonces: BFC ii β y BFE ii 1β
Es fácil mostrar que la ecuación de entrada en emisor común es:
TBE Vv
FF
SB e
Ii
1
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL PARA BJT (R Pi)
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL PARA BJT
Donde k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura absoluta de la unión pn, y q es la magnitud de la carga de un electrón (la carga elemental).
El Voltaje térmico VT :Es aproximadamente 25.85mV a 300K
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL PARA BJT
Donde k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura absoluta de la unión pn, y q es la magnitud de la carga de un electrón (la carga elemental).
El Voltaje térmico VT :Es aproximadamente 25.85mV a 300K
Ejercicio:
A temperatura ambiente, un transistor tiene un valor de =100. Calcular los valores de gm y de rp para ICQ=10 mA.Repetir el ejercicio para ICQ=1 mA.
Respuesta Para ICQ=10 mA, tenemos un valor de gm=385 mS, y rp=260Ω.L. Para ICQ=1 mA, tenemos un valor de gm=3,85 mS, y rp=2.600Ω.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL PARA BJT
Donde k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura absoluta de la unión pn, y q es la magnitud de la carga de un electrón (la carga elemental).
El Voltaje térmico VT :Es aproximadamente 25.85mV a 300K
Ejercicio:
A temperatura ambiente, un transistor tiene un valor de =100. Calcular los valores de gm y de rp para ICQ=10 mA.Repetir el ejercicio para ICQ=1 mA.
Respuesta Para ICQ=10 mA, tenemos un valor de gm=385 mS, y rp=260Ω.Para ICQ=1 mA, tenemos un valor de gm=3,85 mS, y rp=2.600Ω.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Características comunes a todos los transistores
Entrada
Ve
ie
+
-
Salida
Vs
is
+
-
Cuadripolo
•La potencia consumida en la entrada es menor que la controlada en la salida.
•La tensión entre los terminales de entrada determina el comportamientoeléctrico de la salida.
•La salida se comporta como:
•Fuente de corriente controlada (zona lineal o activa).•Corto circuito (saturación).•Circuito abierto (corte).
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Características comunes a todos los transistores
Vsis
+
-
Vs=0
is
is=0+
-Vs
Vs
is+
-=
Zona Activa
Zona de Saturación Vs
is+
-=
Zona de Corte Vs
is+
-=
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
IC 0, IE 0 y IB 0
VCB < 0 (VCE 0)
IC V1/R
VCB > 0IC ·(-IE)IC ·IB
NPN, z. activa
-IE
IB
IC
-
+VCB
N
N P
VBE
R
V1
NPN, corte
-IE
IB
IC
-
+VCB
N
N P
VEB
R
V1
NPN, saturación
-IE
IB
IC
-
+VCB
N
N P
VBE
R
V1
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Circuito de polarización de base fija
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
La recta de carga del transistor BJT.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
La recta de carga del transistor BJT.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
La recta de carga del transistor BJT.
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La recta de carga del transistor BJT.
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La recta de carga del transistor BJT.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
La recta de carga del transistor BJT.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Circuito de Polarización de Cuatro Resistencias.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Circuito de Polarización de Cuatro Resistencias.
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Circuito de Polarización de Cuatro Resistencias.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Ejemplo:
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Ejemplo:
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Ejemplo:
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Ejemplo:
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Ejemplo:
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Ejemplo:
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Ejemplo:
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Ejercicio:
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
Ejercicio:
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
RECTA DE CARGA DINAMICA
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
La recta de carga del transistor NMOS en fuente común.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN
Para determinar el circuito equivalente en pequeña señal, se realizan los siguientes pasos:
1. – Determinar el punto Q con la polarización en continua (se abren todos los condensadores).
2. – Cortocircuitar las fuentes de tensión de continua.3. – Cortocircuitar los condensadores.4. – Sustituir el BJT por sus equivalente.5. – El valor de rp se obtiene a partir del punto Q.6. – Se aplican las leyes de circuitos.
• El condensador CE se denomina condensador de desacoplo, proporcionando un camino de baja impedancia para la corriente alterna que va desde el emisor a masa.
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN, CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN, CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN, CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN, CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN, CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN, CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL
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CONCEPTOS BASICOS SOBRE AMPLIFICADORES
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN, CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL
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AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN, CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL
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AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN, CIRCUITO EQUIVALENTE EN PEQUEÑA SEÑAL
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