Electrónica Análoga I Prof. Gustavo Patiño. M.Sc, Ph.D. MJ

 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 *

Fórmula de Ganancia de Impedancia Ganancia de voltaje 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. Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

 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, h 12 relaciona v 2 con v 1.  Se supone que los valores de h son constantes. Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia *

h i =h 11 = Resistencia de entrada del transistor. h r =h 12 = Ganancia de tensión inversa del transistor. h f =h 21 = Ganancia directa de corriente del transistor. h o =h 22 = Conductancia de salida del transistor. Para una red de transistores:

Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia Dos ecuaciones que representados circuitalmente corresponden al siguiente sistema: * *

Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia Resistencia de entrada con v 2 en cortocircuito. Ganancia directa de corriente con v 2 en cortocircuito. Ganancia inversa de tensión con i 1 en circuito abierto. Conductancia de salida con i 1 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. Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

Configuración EC Configuración BC Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia *

 Aunque el modelo de parámetros h define el segundo subíndice en asociación con el tipo de configuración del amplificador, h ib y h ie 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 (I CQ ) del transistor. En la porción plana de la curva de i C contra v CE con i B 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

 A continuación se desarrollan las ecuaciones de h ib y h ie que muestran la dependencia de estos parámetros respecto a la ubicación del punto de operación Q: Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

En región directa de conducción del diodo.

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*

Para V T =26mV Con:y: *

 El circuito equivalente de la unión base- emisor polarizada directamente, para efectos solamente de la componente alterna de pequeña señal es una resistencia r π :  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. Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

 Es decir, siempre que se cumpla que la excursión de P.O., es lo suficientemente pequeña, como para considerar que r π 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.

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Forma larga

Si R B es despreciable comparada con  R E, entonces : Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia Forma corta

Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia Por definición: Y del circuito equivalente:

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Y considerando que:

Forma larga

Si h ib << R E, la ecuación se reduce aún más: Si se coloca un capacitor grande en paralelo con R E, de manera que la impedancia de ca sea pequeña, entonces: Forma corta 1 Forma corta 2

Esto se puede combinar con la aproximación de h ib en función de I CQ para obtener: Que muestra que con R E en cortocircuito, la ganancia de voltaje del amplificador depende del punto de operación representado por I CQ. Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia Forma corta 3

Por definición: Y de las ecuaciones de ganancia de voltaje y de resistencia equivalente de entrada: Forma larga

Si R B es despreciable comparada con  R E y h ib << R E entonces : Forma corta

 Diseñe un amplificador EC con A v =-10,  =200, y R L =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. Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

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 máxima excursión en el circuito de la figura!

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 La salida de máxima excursión es 7,5V, esto es: 3,75V pico.  O sea, la señal de entrada máxima permitida es de 0,75v PP, esto es, 375mV p. ! Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia

 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. Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia