Amplificación de señal con BJT

Tecnología Electrónica Facultad de Ingeniería, Universidad de Deusto

Amplificación de Señal con BJT

Tecnología Electrónica

Bibliografía

Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino,

McGraw-Hill.

Capítulo 9: Modelos de Alterna

Capítulo 10: Amplificadores de Tensión


Objetivo de la Amplificación

Los componentes principales con los que se consigue la amplificación son los transistores y los amplificadores operacionales. Se dice que un transistor es un componente activo: es capaz

de entregar a la salida una potencia mayor que la que recoge con su entrada.

El objetivo es amplificar una señal débil para

convertirla en una más intensa.

IC

IB

Q

QH

QL

El punto de trabajo viene dado

por corrientes continuas


¿Cómo funciona un amplificador basado en un

transistor BJT?

Primero se responden a las siguientes cuestiones:

¿De qué señal se parte?

¿Qué señal de salida se quiere obtener?

Su funcionamiento se podría especificar en forma de

3 fases secuenciales:

1. Se añade una componente continua.

¿Por qué añadir la componente continua?

2. Se amplifica la señal alterna y la componente continua.

¿Por qué se amplifican las dos tensiones?

3. Se elimina la componente continua.

¿Para qué se elimina la componente continua?


Resistividad de los Condensadores

La impedancia de un condensador es inversamente

proporcional a la frecuencia, en base a la siguiente

función:

En continua la frecuencia es 0Hz; por lo que un

condensador se comporta como un circuito abierto.

En alterna cuando la frecuencia es suficientemente

alta, un condensador se comporta como un cortocircuito.

fCXc

2

1

Xcf 0

0 Xcf


Condensador de Acoplo

Los condensadores de acoplo se utilizan para

transmitir la componente alterna y bloquear la

continua entre dos puntos de un circuito.

¿Se transmite la corriente alterna?

¿Qué pasará si la fuente es de tensión continua?

Corriente continua

Corriente alterna


Condensador de Desacoplo

La misión del condensador de desacoplo es la de proporcionar un camino a tierra para la componente alterna.

La corriente alterna, ¿pasará por la RL o por el condensador?

Y si la fuente de tensión es continua, ¿por dónde pasará la corriente continua?

Corriente continua

Corriente alterna


Circuito Amplificador

El circuito típico es el de emisor común polarizado

por divisor de tensión y emisor.

Evita que RE afecte a la

amplificación de la señal alterna

Acopla la tensión alterna al

amplificadora; añadiendo la

componente continua

Acoplar la señal amplificada a la carga;

eliminando la componente continua


Teorema de Superposición

Para el caso de los amplificadores con transistores:

En cada rama del circuito se calcularán por separado las tensiones y corrientes de continua y de alterna.

Las tensiones y corrientes finales serán la suma de las calculadas en cada parte.

El Teorema de Superposición establece que, el

efecto que tienen dos o más fuentes sobre una

impedancia es igual a la suma de cada uno de

los efectos tomados por separado; anulando

todas las fuentes restantes

),0()0,(),( 2121 VfVfVVfVT


Análisis en Continua

Para simplificar el análisis; Se anulan los generadores o fuentes de alterna.

Se aplica la condición de que los condensadores se comportan como circuitos abiertos.

Los cálculos para DC son iguales que

los vistos anteriormente

Circuito equivalente en DC Circuito Amplificador de Tensión


Análisis en Alterna

Para simplificar el análisis;

Se anulan las fuentes de tensión continuas.

Se aplica la condición de que los condensadores se

comportan como cortocircuitos.

Circuito Equivalente en AC

Circuito Amplificador de Tensión

Se transforma en una tierra


Modelos de Transistores

Para analizar el funcionamiento en alterna de un amplificador basado en transistores, es necesario utilizar un circuito equivalente en alterna. Modelo en T o de Ebers-Moll: fue uno de los primeros modelos de

alterna. El diodo del emisor se comporta como una resistencia, mientras que el

diodo del colector como una fuente de corriente.

Modelo en π: trata de simplificar el uso del modelo en T independizando la entrada de la salida.

Modelo de parámetros híbridos: concepto de cuadripolo.

Modelo en T

Modelo en π


Cuadripolo

Es una caja negra con 4 polos o terminales, 2 de entrada

(puerta de entrada) y dos de salida (puerta de salida).

Por convenio, las 2 corrientes son de entrada.

Existen 4 conjuntos diferentes de parámetros o matrices:

Admitancias matriz Y

Impedancias matriz Z

Parámetros híbridos matriz H

Parámetros híbridos inversos matriz G

Cuadripolo

i1 i2

v1 v2

A frecuencias medias se trabajará con

el modelo de parámetros híbridos


Modelo de Parámetros Híbridos

Interpretación física de parámetros h o híbridos:

2221212

2121111

vhihi

vhihv

2

1

2

1

v

ih

i

viio en forma matricial:

021

111

vi

vh Impedancia de entrada con la salida en

cortocircuito. Dimensiones de resistencia (Ω).

012

112

iv

vh Ganancia inversa de tensión con la entrada en

circuito abierto.

021

221

vi

ih Ganancia de corriente con la salida en

cortocircuito.

012

222

iv

ih Admitancia de salida con la entrada en circuito

abierto. Dimensiones de conductancia (Ω-1)


Modelo de Parámetros Híbridos (continuación…)

Se recomienda usar los siguientes subíndices:

En el caso particular de los transistores, se añade

un segundo subíndice (e, b o c) indicativo del tipo de

configuración del circuito;

ya sea emisor, base o colector común, respectivamente.

i=11 impedancia de entrada r=12 ganancia inversa de tensión

f=21 ganancia de corriente o=22 admitancia de salida

hie impedancia de entrada en emisor común

hfe ganancia de corriente en emisor común

hfb ganancia de corriente en base común

hrc ganancia inversa de tensión en colector común

…


El circuito que cumple con las ecuaciones del

cuadripolo en parámetros híbridos es el siguiente:

Para la configuración en emisor común, el circuito

equivalente quedaría como:


ceoebfec

cerebiebe

vhihi

vhihv

1

212

211

1 vhihi

vhihv

of

ri

ib ic

vbe vce

ib ic

vbe vce


De forma análoga, para la configuración de base

común:

Y para colector común:


cbobefbc

cbrbeibeb

vhihi

vhihv

1

ecocbfce

ecrcbicbc

vhihi

vhihv

1

ib ie

vbc vec

ie ic

veb vcb


Modelo de Parámetros Híbridos Simplificado

Tanto el valor de hr como de ho son muy pequeños, por lo que es posible despreciarlos algunas veces;

Se simplifica el modelo de parámetros híbridos.

Para la configuración en emisor común, el circuito equivalente quedaría como:

bfec

biebe

ihi

ihv

12

11

ihi

ihv

f

i

ib ic

vbe vce

i1 i2

v1 v2


Análisis de un Circuito Amplificador

Para amplificar una señal, ésta se acopla a un

transistor debidamente polarizado; y la señal

resultante se aplica a una carga RL.

En algunas bibliografías se analiza en transistor

en sí, no el circuito amplificador en su conjunto.

iin iout

vin vout

iL

vg

Amplificador

Circuito

Amplificador


Parámetros del Análisis de Alterna

Ganancia o amplificación de corriente ∆i:

Ganancia o amplificación de tensión ∆v:

Ganancia o amplificación de tensión ∆vg:

in

outLi

i

i

i

i

i

i

1

2

1

in

outv

V

v

v

v

1

2

g

out

g

vg

v

v

v

v 2


Parámetros del Análisis de Alterna (continuación…)

Impedancia de entrada Zi:

Impedancia de salida Zo:

Por definición, la impedancia de salida (inverso de la

admitancia) se obtiene (1) cortocircuitando la fuente de

tensión vs, (2) haciendo la impedancia de la carga infinita

(circuito abierto) y (3) poniendo en los terminales de

salida un generador de tensión de valor v2.

in

inin

i

v

i

vZ

1

1

out

outout

i

v

i

vZ

2

2



Ejercicio 6:

Calcular los valores de ∆i, ∆v, ∆vg, Zi y Zo para el siguiente circuito, sabiendo que hie=4k5, hfe=330, hre=0 y hoe

-1=∞.



Ejercicio 7:

Calcular los valores de ∆i, ∆v, ∆vg, Zi y Zo para el siguiente circuito, sabiendo que hie=4k5, hfe=330, hre=0 y hoe

-1=∞.



Ejercicio 8:

Calcular los valores de ∆i, ∆v, ∆vg, Zi y Zo para el circuito del ejercicio 6, teniendo en cuenta que hoe

-1=100Ω.

Esta presentación está sujeta a la licencia de Reconocimiento

de Creative Commons mediante la cual se permite la copia, la

distribución, la comunicación pública y la generación de obras

derivadas sin ninguna limitación siempre que se cite al autor y

se mantenga el aviso de la licencia.

© 2014, Jonathan Ruiz de Garibay

Algunos derechos reservados

http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/es/

http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/es/

Engineering

Amplificación de señal con BJT