ANÁLISIS DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES • Polarización – Anular los generadores de señal, manteniendo los de continua. – Sustituir los condensadores de acoplo y desacoplo por un circuito abierto. – Sustituir cada transistor por su modelo de continua. – Determinar el punto de trabajo del BJT y en particular la corriente de colector IC. – Calcular los valores de los parámetros del modelo a pequeña señal: gm=(IC/VT), rπ=(β/gm) y re=(IB/VT)≅(1/gm)
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ANÁLISIS DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES • Pequeña señal – Sustituir cada fuente de voltaje de continua por un cortocircuito y cada fuente de corriente de continua por un circuito abierto. – Sustituir los condensadores de acoplo y desacoplo por un cortocircuito. – Sustituir cada transistor por su modelo de pequeña señal, cuyos parámetros se calculan a partir del punto de trabajo. – Analizar el circuito resultante.
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de emisor común vDD Rs
Rc Rs B
+-
vs
C E
Ri
vs
vo
B
+ -
i
ib + vπ -
rπ
Ro
gmvbe ie
CE
I
C
io r0
Rc
E
Ri
Ro
-vDD tecnun
ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de emisor común Rs
vs + -
i
ib
B
+ vπ -
rπ
gmvbe ie
Ri
tecnun
C
io
E
r0
Rc
Ro
Ri = vb/ib=(ib·rπ)/(ib)=rπ
Av = vo/vs=-β(RC//ro)/(Rs+rπ)
Ro = RC//ro
Ai = io/ib=-β(ro)/(RC+ro)
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de emisor común
• Propiedades – Puede diseñarse para obtener ganancias considerables de voltaje y corriente. – Presenta una resistencia de entrada de valor moderado y una elevada resistencia de salida. – Tiene una respuesta en alta frecuencia más bien deficiente, como se verá más adelante.
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de emisor común con una resistencia en el emisor vDD C Rc Rs B
+-
vs
C
Ri
i
vo
+-
vs B +
Re I
-vDD
vb
CE Ri
αie
ib
Rs
Ro
E
vo io
+ vπ -
r0
Ro
re
E Re
-
Rc
Al ser r0 de valor elevado, el incluirla en el análisis tiene poco efecto en la operación del amplificador. Por tanto podrá eliminarse.
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de emisor común con una resistencia en el emisor C io
i
+-
vs B + vb
Ri
αie
ib
Rs
+ vπ -
vo Rc Ro
Ri = vb/ib=(β+1)·(re+Re) Ro = RC
re
E Re
-
Av = vo/vs=-β(RC)/(Rs+(β+1)· (re+Re))
Ai = io/ib=-β
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de emisor común con una resistencia en el emisor
• Propiedades – La resistencia de entrada Ri aumenta en un factor (1+gmRe). – La ganancia de voltaje se reduce. – La ganancia de voltaje es menos dependiente del valor de β (especialmente cuando Rs es pequeña). – La respuesta a alta frecuencia mejora considerablemente como se verá más adelante. – La resistencia Re recibe el nombre de resistencia de degeneración de emisor. tecnun
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de base común vDD Rc C
B Rs +-
C
vs
CC Ri
io
vo
αie
Ro
E
vo
r0
B
I
Rs
-vDD
vs
+-
ii
re
ie
Ro
+ E Al ser r de valor elevado, el 0 ve incluirla en el análisis tiene poco efecto en la operación -
Ri
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Rc
del amplificador. Por tanto podrá eliminarse.
ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de base común
C
vo io
αie
B Rs +-
ii
re
ie
+E ve -
vs Ri
Rc Ro
Ri = re Ro = RC Av = vo/vs=β(RC)/((β+1)· (re+Rs))
Ai = io/ii=β/(β+1)
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de base común
• Propiedades – Presenta una resistencia de entrada Ri muy baja. – La ganancia de corriente es casi la unidad. – La ganancia de voltaje depende de manera crítica de la resistencia Rs. – La resistencia de salida Ro está determinada por Rc. – Presenta una respuesta excelente a alta frecuencia como se verá más adelante.
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de colector común o seguidor de emisor
C
vDD Rs B
+-
vs
C CC
E Ri
-vDD
vo RL
I Ro
αie
Rs B +-
vs
r0
ib re
Ri
ie
vo
E
io
RL
Ro tecnun
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de colector común o seguidor de emisor C
Ri = (β+1)[re+( ro//RL)] αie
Rs B +-
vs
re
Ri
Ro = ro//[re+(Rs/(β+1))]
r0
ib
ie
E
vo io
Ro
RL
Av =(RL//ro)/[Rs/(β+1)+re+(RL//ro)]
Ai = io/ib=β+1
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de colector común o seguidor de emisor
• Propiedades – Presenta una resistencia de entrada Ri elevada. – La ganancia de corriente es relativamente grande. – La ganancia de voltaje es menor a la unidad pero cercana a ésta. – Presenta una baja resistencia de salida Ro. – Presenta una buena respuesta a altas frecuencias como se verá más adelante.
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de fuente común vDD RD Rs G +-
vs Ri
vs
vo
D
Rs G
iio 0
+ vgs -
+ Ro
S
ic
ig
gmvgs is
Ri
S
r0
D RD
Ro
tecnun
ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de fuente común Rs G
vs
idc
ig
iio 0
+ vgs -
+ Ri
gmvgs is
S
r0
D RD
Ro
Ri = ∞ Av = vo/vs=-gm(RD//ro) tecnun
Ro = RD//ro
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de fuente común
• Propiedades – Puede diseñarse para obtener ganancias considerables de voltaje. – Presenta una resistencia de entrada muy elevada. – Tiene una respuesta en alta frecuencia más bien deficiente, como se verá más adelante.
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de fuente común con una resistencia en la fuente vDD RD Rs G +-
D
vs Ri
S RF
Rs G
vs
vo
i i0o
+ vgs -
+ Ro
idc
ig
Ri
gmvgs is
S RF
r0
D RD
Ro
tecnun
9
ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de fuente común con una resistencia en la fuente Rs G
vs
Ri
tecnun
D
i0o
+ vgs -
+ -
Ri = ∞
idc
ig
gmvgs is
S RF
r0
RD
Ro
Ro = RD[RF+ro(1+gmRF)]/(RD+[RF+ro(1+gmRF)]) Av = vo/vs=-RDgm/(1+gmRF) para r0 >>
ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de fuente común con una resistencia en la fuente
• Propiedades – La ganancia de voltaje se reduce respecto al amplificador de fuente común. – Presenta una resistencia de entrada muy elevada. – La respuesta a alta frecuencia mejora considerablemente como se verá más adelante.
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de puerta común vDD RD G Rs +-
vs
CC
+ vgs -
vo
D
+-
r0
gmvgs
Rs
Ro
S
id
ig
G
is
vs Ri
Ri
+ vs -
D io
vo RD Ro
S
tecnun
ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de puerta común id
ig
G
+ vgs -
Rs +-
gmvgs is
vs Ri
+ vs -
S
Ai = io/is= 1
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Av = RD(1+gmro)/(RD+ RS+ ro(1+gm RS))
r0
D io
vo RD Ro
Ri = (ro+RD)/(1+gmro) Ro = RD//[RS(1+gmro)+ro]
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de puerta común
• Propiedades – Presenta una resistencia de entrada Ri baja e inversamente proporcional a la transconductancia gm. – La ganancia de corriente es la unidad. – La ganancia de voltaje depende de manera crítica del producto RDgm. – La resistencia de salida Ro está determinada por RD. – Presenta una respuesta excelente a alta frecuencia como se verá más adelante. tecnun
ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de drenador común o seguidor de fuente
Rs G +-
vs
D
+-
S vo Ri
RL
Ro
id
Rs G ig
vDD
vs Ri
+ vgs -
io r0
gmvgs is
D
S v o RL
Ro
tecnun
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de drenador colector común comúno oseguidor seguidordedeemisor fuente id
Rs G ig +-
vs Ri
+ vgs -
io r0
gmvgs is
D
S v o RL
Ro
Av = vo/vs=(gmro)/(1+gmro+(ro/RL))
tecnun
Ro = 1/(gm+(1/ro)+(1/RL))
Ri = ∞
ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Amplificador de drenador colector común comúno oseguidor seguidordedeemisor fuente
• Propiedades – Presenta una resistencia de entrada Ri elevada. – La ganancia de voltaje es menor a la unidad pero cercana a ésta. – Presenta una baja resistencia de salida Ro. – Presenta una buena respuesta a altas frecuencias como se verá más adelante.
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ETAPAS AMPLIFICADORAS BÁSICAS CON UN SOLO TRANSISTOR Resumen
Av Ai Ri Emisor común Elevada Elevada Moderada RS Pequeña Base común ≈1 Elevada Elevada Colector común ≈1 ∞ ∞ Fuente común Elevada Pequeña RDgm Puerta común ≈1 ≈1 Drenador común ∞ ∞