REPASO ECAES ÁREA ELECTRÓNICA
(AMPLIFICACIÓN)
Por: Adrián Montoya Lince
Universidad de AntioquiaFacultad de Ingeniería
Departamento de Electrónica
CONTENIDO
• AMPLIFICACIÓN– Conceptos fundamentales– Polarización– Modelo de pequeña señal– Configuraciones Básicas EC, BC, CC– Clases tipo A, B, C, D– Amplificadores Diferenciales– Respuesta frecuencial– Amplificador Operacional
Polarización
• Región adecuada para el Punto de Polarización.• Región Activa de las curvas del dispositivo.
Polarización• Amplificadores Discretos:
Uso de resistencias, fuentes DC, Capacitores de acople.• Amplificadores C.I:
Uso mínimo de Resistencias y capacitores de acople.Las resistencias y capacitores ocupan área valiosa en CHIP. Proceso de fabricación demorado y valores de capacitores de pocos pF
• Tipos de Polarización – Polarización Fija– Autopolarización
• Divisor de tensión• Realimentación• Fuente de corriente
Polarizaciones Básicas en Amplificadores Discretos
Fija:
Voltaje DC aplicado
Divisor:
RG’s Altas
-Realimentación
-Sin Realim
Realim:
RG alto
Rs estabiliza Corriente
Fuente Corriente:
Estabilidad
Realim:
VG=VD
Saturación
Modelado en pequeña señal
iD=12k ' n WL vGS−V t
2
Para una señal con contenido DC y AC:
iD=12k ' nWL V GSv gs−V t
2
iD=12k ' nWL V GS−V t
2k ' n WL VGS−V t vgs12k ' nWL vgs2
Mosfet y BJT:
iE=iEO ev INnVT
t−1
vOUT=V CC−RC iC=V CC−RC β F i B=V CC−RCR B
β F v IN−V F
vOUT=V CC−RCR B
β F V INvin t −V F
Tipos de amplificadores monoetapa
• Fuente Común – Emisor Común
• Compuerta Común – Base Común
• Drenador Común – Colector Común
Amplificador Fuente Común• Es uno de los mas usados
debido a sus ganancias altas en voltaje y corriente.
La ganancia depende de la transconductancia (gm) y la resistencia de carga (RD, RL).Desfasa la señal 180°.
• Posee impedancia de entrada y salidas medias.Zin depende de las RG’s y Zo de las RD y RL
Amplificador Compuerta Común
• Conocido también como “seguidor de corriente”, debido a que Ai~1. Av es de orden medio.
No hay desfase de señal.• Posee un impedancia de
entrada baja (depende de gm y RS). Zo es de orden medio y depende de las RD.
Amplificador Drenador Común
• Se le denomina: “seguidor de Voltaje” debido a que Av~1. La ganancia en corriente es alta. No hay desfase de señal
• La impedancia de entrada es alta. La Zo es baja y depende de RS y gm.
Tabla ResumenTipos de amplificadores Monoetapa
Alta ~ 1Baja
RS,1/gm
Alta
RG
Drenador
Común
~ 1Alta
gmRD
Media
RD
Baja
RS,1/gm
Compuerta
Común
AltaAlta
-gmRD
Media
RD
Alta
RG
Fuente
Común
AiAvZoZinTIPO
Ecuaciones Amplificador Clase Afuente dual +Vcc, -Vcc
Voltaje en la carga: v L t=V o sin t
Corriente en la carga: i L t =V o
R L
sin t
Potencia rms en la carga: P L=V o
2
2RL
=> Pmax=V CC
2
2R L
Potencia promedio en las fuentes: P i=2VCC
2
RL=4Pmax
Potencia max disipada en el transistor: PQ=2Pmax cuandoV o=V CC
Eficiencia: =PLP i
=14V o
V CC
Ecuaciones Amplificador Clase B
Voltaje en la carga: v L t =V o sin t
Corriente en la carga: i L t =V o
R L
sin t
Potencia rms en la carga: P L=V o
2
2RL
=> Pmax=V CC
2
2R L
Potencia promedio en las fuentes: P i=2VCC
V o
RL
Potencia disipada en los transistores: 2PQ=P i−PL=2VCC
V o
RL−V o
2
2RL
Maxima disipacion: PQmax=V CC
2
2 RL cuandoV o=
2VCC
Eficiencia: =PLP i
=4V o
V CC
Amplificador Clase D
• Ecuaciones:
vI t =0 . 5VPV I cos ωt
Pcarg a=[KV I RL / RLrON ]
2
2R L
P I=KV I
2
2 R LrON
η=Pc arga
Pi=
11rON /RL
Amplificadores Diferenciales
• Señal en modo común y diferencial: v1 = vic + vid/2, v2 = vic - vid/2
Respuesta en frecuencia
• Método analítico aproximado de constantes de tiempo de circuito abierto (alta frec) y corto (baja frec)
b1=1wP1
1wP2
.. .− 1wPnH
b1=∑i=1
nH
C i R io
FH s =1a1 sa2 s
2.. .an H snH
1b1 sb2 s2. ..bnH s
nH
Determinación aproximada de wL y wH
De acuerdo con Gray and Searle (1969) se puede determinar el valor b1 considerando separadamente las diferentes capacitancias en el circuito equivalente de alta frecuencia, reduciendo las demás capacitancias a circuitos abiertos, desactivando la fuente de señal de entrada y determinando la Req vista desde las terminales de cada capacitor. El valor de b1 es calculado, sumando las constantes de tiempo individuales llamadas constantes de tiempo de circuito abierto.
wH≃1
∑i
C i Rio
b1≃1wP1
Entonces si los ceros son no dominantes y un polo wP1 es dominante la aproximación llega con:
Y la frecuencia superior de los 3 dB será aproximadamente igual a wP1:
e1=w P1wP2. . .wPn L
e1=∑i=1
n L1
C i R is
F L s =snLd 1 s
nL−1. . .
snLe1 s
nL−1. ..
Para determinar wL sin conocer los polos y ceros del circuito equivalente del amplificador en baja frecuencia, se realiza un analisis similar al anterior y también propuesto por Gray and Searle en 1969 :
Considerando separadamente las diferentes capacitancias en el circuito equivalente de baja frecuencia y dejando en operación sólo una Ci a la vez, se reducen las demás capacitancias a corto circuito (C=∞) y se desactiva la fuente de señal de entrada, para determinar la Req vista desde las terminales de Ci. El valor de e1 queda expresado por:
Entonces si los ceros son no dominantes y un polo wP1 es dominante, la aproximación llega con:
Y la frecuencia inferior para los 3 dB será aproximadamente igual a wP1:
e1≃w P1
wL≃∑i=1
nL1
C i Ris
Amplificador Operacional
• Características ideales :– Zin alta, Zo baja, Ganancia infinita
– “Tierra virtual”: v- = v+
• Características no ideales– Voltajes y Corrientes de desvío– Limitación de Rapidez de Respuesta (Slew Rate)
– Producto Ganancia-Ancho de banda– CMRR (Razón de Rechazo en modo común)
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