“Configuraciones especiales con TBJ”

Presentación del tema: "“Configuraciones especiales con TBJ”"— Transcripción de la presentación:

1 “Configuraciones especiales con TBJ”
Tema 8: “Configuraciones especiales con TBJ” ELECTRONICA I- FACET- UNT

2 Par darlington tema 8 En los temas anteriores se ha estudiado el funcionamiento del TBJ en configuraciones clásicas. A continuación se verán configuraciones especiales que logran características distintivas del amplificador. Par Darlington Consiste en dos transistores conectados juntos de tal forma que la corriente amplificada por el primero es amplificada de nuevo por el segundo transistor. El par Darlington tiene una ganancia de corriente muy alta, tanto como ELECTRONICA I- FACET- UNT Los pares Darlington se venden en un encapsulado completo que contiene los dos transistores. Tienen tres terminales (B, C y E) los cuales son equivalentes a los terminales de un transistor individual estándar.

3 Par darlington tema 8 Para activar en que debe haber 0,7 V a través de ambas las uniones base-emisor que están conectados en serie en el interior del par de Darlington, por lo tanto, requiere de 1.4V para encender. Se puede construir el par Darlington a partir de dos transistores; Q1 puede ser de baja potencia, mientras que Q2 tendrá que ser de alta potencia. La máxima colector de corriente Ic (max) para el par es el mismo que Ic (máx) para Q2. Para determinadas aplicaciones, es necesario emplear un amplificador con elevada impedancia de entrada. El seguidor emisivo tiene como máximo Zin≤ 500 K. Si se desea tener impedancia mayores a 500K, hay que recurrir a otros circuito como el denominado Par Darlington ELECTRONICA I- FACET- UNT Observar que los dos transistores componen una pareja en que la resistencia de entrada del segundo es la carga de emisor del primero. Esta conexión logra la multiplicación de hfe

4 Par darlington tema 8 Aplicación: Detector de contacto táctil
Un par Darlington tiene la suficientemente sensibilidad como para responder a la pequeña corriente que pasa por la piel y que puede ser utilizado para hacer un interruptor táctil como se muestra en el diagrama. Cuando se tocan los contactos la pequeñísima corriente de base provoca la corriente necesaria como para encender un LED. Los dos transistores pueden ser cualquier transistores de bajo consumo de propósito general. La resistencia de 100K protege los transistores contra el cortocircuito de los contactos (si los contactos se unen con un pedazo de alambre). ELECTRONICA I- FACET- UNT

5 Par darlington tema 8 Modelo Incremental ELECTRONICA I -FACET - UNT

6 Par darlington tema 8 Modelo Incremental para calculo de hfe*
Cálculo de hfe: ELECTRONICA I- FACET- UNT *Considerando vce=0 ELECTRONICA I -FACET - UNT

7 Par darlington tema 8 Cálculo de hfe:
Considerando que por roe no circula corriente: Reemplazando: ELECTRONICA I- FACET- UNT Entonces: Si hfe1 >100, entonces Si hfe2 >100, entonces

8 Par darlington tema 8 Modelo Incremental para calculo de hie*
Cálculo de hie: *Considerando vce=0 ELECTRONICA I- FACET- UNT

9 Par darlington tema 8 Cálculo de hoe:
Modelo Incremental para calculo de hoe* Cálculo de hoe: *Considerando ib=0 ELECTRONICA I- FACET- UNT

10 Par darlington tema 8 Cálculo de hoe: Observaciones:
Considerando roe>>hie y roe1=roe2, entonces: Observaciones: Los parámetros h de Q1 y Q2, normalmente no son idénticos aún en el caso que ambos TBJ sean idénticos por que los valores de los parámetros h dependen del punto de trabajo de Q1 y de Q2. De las ecuaciones anteriores se puede concluir que el seguidor de emisor Darlington tiene una impedancia de entrada mucho mayor y una ganancia de tensión cercana a la unidad que un seguidor de emisor de una sola etapa. La impedancia de salida del circuito Darlington puede ser el doble de la Zout de un solo TBJ. El mayor inconveniente de la pareja de transistores Darlington es que la corriente de fuga del primer transistor es amplificada por el segundo. Debido a esto, en la práctica no se puede emplear un montaje Darlington con tres o más transistores. . La ventaja de este par consiste en el valor total muy grande de hfe,. En la práctica pueden encontrarse pares Darlington integrados con una hfe de hasta ELECTRONICA I- FACET- UNT

11 Par darlington- Resumen tema 8
En la resolución de circuitos se puede reemplazar el par por un único transistor con los valores de los parámetros equivalentes Es equivalente a  ELECTRONICA I- FACET- UNT

12 Par darlington: ejemplo tema 8
Considerando hfe1=100, hfe2=5 Vcc = 15V y Vbe = 0,6V: a) a) Ganancia de tensión b) Impedancia de entrada c) Impedancia de salida Existen dos formas de resolver el problema: Reemplazar el par Darlington por su equivalente. Trabajar como dos TBJ. Reemplazando al par por sus parámetros equivalentes: ELECTRONICA I- FACET- UNT

13 Par darlington: ejemplo tema 8
Cálculo de la Ganancia de Tensión Considerando: Cálculo de la impedancia de entrada ELECTRONICA I- FACET- UNT

14 Par darlington: ejemplo tema 8
Cálculo de la Impedancia de Salida Considerando: ELECTRONICA I- FACET- UNT Verificar los resultados obtenidos aplicando el método 2.

15 Par darlington tema 8 Par Szikla
También llamado Darlington complementario. Se puede demostrar que la ganancia de corriente es aproximadamente igual a la del par Darlington. Una ventaja de este par es que necesita menos tensión para conducir ELECTRONICA I- FACET- UNT

16 Par darlington tema 8 Un amplificador con RC=1K debe excitar un parlante de 8. Salvo que Q1 sea un TBJ de potencia, es probable que la corriente colector de Q1, sea chica para mover el parlante RL. También ocurre que al ponerse en paralelo RL con Rc, prácticamente pone a masa el colector de Q1. Como esto no es aceptable, se pone un circuito adaptador o “Buffer” Aplicación: ELECTRONICA I- FACET- UNT

17 Par darlington tema 8 El problema de la polarización del par Darlington Al estudiar la pareja de transistores Darlington se resaltó el elevado valor de la impedancia de entrada. En cambio, se simplificó el problema al no tener en cuenta el circuito de polarización utilizado. En la fig. se muestra una red de polarización típica formada por las resistencias RA, RB Y RE ELECTRONICA I- FACET- UNT La Zin de esta etapa se ve disminuida debido a la red de polarización!!. Para solucionar el problema ocasionado por la disminución de la resistencia de entrada, debida a la red de polarización se modifica el circuito de entrada agregando un condensador C'

18 Circuito Boostrap tema 8
El condensador C´ se coloca entre el emisor y la unión de las resistencias RA y RB. El valor de C´ debe ser lo suficientemente grande con el fin de que sea un cortocircuito para las bajas frecuencias que se consideren. Para la alterna, RD está conectado entre la entrada y la salida. Aplicando Miller se puede calcular la corriente que atraviesa RD ELECTRONICA I- FACET- UNT Entonces, la red de polarización formada por RA, RB y RD representa una resistencia efectiva de entrada es:

19 Circutito Boostrap tema 8
Para el seguidor emisivo la AV1, entonces Ref in es muy grande. Por ejemplo, si Av = 0,995 y RD = 100K, entonces Ref in = 20 M Observar: La corriente de reposo de base atraviesa RD, y por ende es probable que el límite superior de RD sea de unos pocos cientos de kilo ohms. El efecto, descrito cuando AV→+1, se denomina "Bootstraping”, debido a que si un extremo de la resistencia RD cambia de tensión, el otro extremo varía también en la misma cantidad, como si "aumentara su propio valor tirando de sí misma". Se puede demostrar que, la resistencia de entrada del amplificador en AC dada por: Esta expresión muestra que sobre hie también está el mismo efecto. ELECTRONICA I- FACET- UNT

20 Circuito Cascode tema 8 La configuración cascode consiste en una etapa emisor común que tiene como carga una etapa base común. Esta circuito se comporta como una etapa emisor común realimentada, con hre despreciable y con un conductancia de salida muy pequeña. La reducción de la “realimentación inversa interna” (hre), hace que el circuito cascode sea ideal para aplicaciones en circuitos sintonizados de alta frecuencia, ya que al mejorar la estabilidad del amplificador elimina posibles oscilaciones ELECTRONICA I- FACET- UNT Modelo incremental

21 Circuito Cascode tema 8 Cálculo de hie: Modelo incremental Redibujado
ELECTRONICA I- FACET- UNT Modelo incremental para el calculo de hie

22 Circuito Cascode tema 8 ELECTRONICA I- FACET- UNT

23 Circuito Cascode tema 8 Cálculo de hfe:
Modelo incremental para el calculo de hfe Cálculo de hfe: ELECTRONICA I- FACET- UNT

24 Espejo de Corriente tema 8
ELECTRONICA I- FACET- UNT Circuito que actúa como una fuente de corriente cuyo valor es un reflejo de la corriente que pasa por una resistencia de polarización y un diodo. Proporciona una corriente constante y se utiliza principalmente en la polarización de circuitos integrados. Se necesitan transistores con idénticas caídas de tensión base-emisor e igual valor de . Las bases de ambos transistores están conectadas a un mismo punto

25 Espejo de Corriente tema 8
Las corrientes de los dos colectores son iguales Dado que VBE1=VBE2  . IB1 = IB2 = IB  IC1 = IC2 = IB Por Kirchhoff ELECTRONICA I- FACET- UNT Debido a que Ic1=Ic2 el circuito se llama espejo de corriente. La corriente de referencia es igual a:

26 Amplificador diferencial tema 8
Circuito pensado para amplificar la diferencia de dos señales. Tiene dos entradas separadas, dos salidas separadas y emisores conectados juntos. La salida es proporcional a la diferencia entre sus dos entradas (VS1 y VS2)‏ La salida puede ser diferencial o no pero, en ambos casos, referida a masa Conformado por dos transistores bipolares en configuración emisor común que se hallan acoplados por el emisor ELECTRONICA I- FACET- UNT Etapa de entrada típica de la mayoría de los Amp Op y comparadores La simetría le confiere características muy especiales de análisis y diseño. Por ello, los transistores Q1 y Q2 deben ser idénticos, aspecto que únicamente se logra cuando el circuito está fabricado en un chip.

27 Amplificador diferencial tema 8
La salida es proporcional a la diferencia entre sus dos entradas (VS1 y VS2)‏ La salida puede ser diferencial o no pero, en ambos casos, referida a masa Suele construirse con dos transistores que comparten la misma conexión de emisor Las entradas son por las bases de los transistores mientras que las salidas se toman por los colectores Se puede duplicar la ganancia del par con un espejo de corriente entre los dos colectores ELECTRONICA I- FACET- UNT

28 Amplificador diferencial: Polarización tema 8
Análisis en continua suponiendo que hFE>>1, entonces: La simetría del circuito y el hecho de que Q1 y Q2 son transistores idénticos hace que IE1=IE2=IE de forma que En este caso, la máxima amplitud de salida se consigue cuando VCEQ=VCC/2. ELECTRONICA I- FACET- UNT

29 Amplificador diferencial: Modos de operación tema 8
Entrada y salida simétricas: Es la forma más típica de un amplificador diferencial; tiene dos entrada vS1 y vS2. La tensión de salida se obtiene de la diferencia entre las salidas de los colectores, Vod. Entrada asimétrica y salida simétrica: La señal ingresa por uno de los terminales de entrada con la otra conectada a tierra, mientras que la salida se obtiene entre los colectores de los dos transistores del circuito Vod ELECTRONICA I- FACET- UNT Entrada simétrica y salida asimétrica: Esta es la forma más practica y utilizada porque puede excitar cargas asimétricas o de un solo terminal como lo hacen los amplificadores EC, emisor seguidor y otros Esta etapa es la que se usa como etapa de entrada de la mayor parte de los Amp. Op comerciales. Presenta dos entradas de señal para las bases de cada transistor mientras que la salida se obtiene únicamente de uno de los colectores respecto a masa

30 Amp.Diferencial: Modos de operación tema 8
Modo Diferencial: Para VS1=VS2 y suponiendo f>>1, las corrientes de colector y emisor de cada etapa son iguales. Todas estas corrientes tienen magnitudes iguales (aproximadamente) a IEE/2 debido a la simetría del circuito y a la despreciable corriente que circula por RE. Si se incrementa VS1 en v/2 y simultáneamente disminuimos VS2 en v/2, la señal de salida aumenta en v. Advertir que el circuito funciona en modo lineal mientras v<4VT. Modo Común: Consideremos que las dos tensiones VS1 y VS2 aumentan en v/2. La tensión diferencial Vd permanece nula mientras que Ic1 e Ic2 son iguales. No obstante la tensión VE aumenta. Por lo tanto dependiendo de la señal de entrada, el amplificador diferencial actúa o bien como etapa en emisor común o bien como etapa en emisor común con resistencia de emisor. Por lo tanto la ganancia de esta etapa es notablemente mayor en el funcionamiento como modo diferencial que como modo común. Normalmente los amplificadores diferenciales se diseñan de forma que a efectos prácticos sólo resulten amplificadas las señales diferenciales. ELECTRONICA I- FACET- UNT

31 Amplificador diferencial tema 8
Calculo de Av, Zin Para el análisis se aplica Superposición: Se anula VS2: La segunda etapa (Q2) es un base común que carga a la primera etapa. Se puede reemplazar el base a masa por su Zin. ELECTRONICA I- FACET- UNT

32 Amplificador diferencial tema 8
ELECTRONICA I- FACET- UNT

33 Amplificador diferencial tema 8
Por simetría: Por lo tanto. Si llamamos vd a la tensión diferencia: Se define la ganancia diferencial como: ELECTRONICA I- FACET- UNT

34 Polarización por espejo de corriente tema 8
La polarización por espejo de corriente se basa en que la corriente de base es mucho más pequeña que la corriente que circula por la resistencia R y por el diodo. Entonces, la corriente por la resistencia y por el diodo son prácticamente iguales. Si IB<<IR entonces IR=ID Si la curva del diodo fuese idéntica a la curva de VBE del transistor, entonces: Id=IE la corriente del diodo sería igual a la corriente de emisor ELECTRONICA I- FACET- UNT Como IE=IC , entonces la corriente del colector es aproximadamente igual a la corriente que circula a través de la resistencia de polarización R, o sea IC=IR Este circuito es muy importante, ya que significa que se pude fijar la corriente de colector al controlar la corriente de la resistencia R. El circuito se comporta entonces como un espejo, la corriente de la resistencia R se refleja en el colector del transistor.