El Transistor Bjt
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transistores...
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EL BJT TRANSISTOR DE UNIÓN BIPOLAR
TIPOS DE TRANSISTORES BJT
NPN
PNP
Construcción • Dispositivo semiconductor de tres capas: dos de material tipo n y una tipo p, llamado transistor npn; o dos de material material tipo p y una de tipo n, llamado transistor pnp. • Las capas exteriores se denominan colector y emisor , la capa intermedia se denomina base. • La capa del emisor está muy dopada, la base ligeramente dopada y el
colector está un poco dopado. • Los grosores de las capas son como se muestran en las figuras:
Construcción • La relación entre el grosor total y la capa central es de 0.150/0.001 =
150:1 • El dopado de la capa emparedada es considerablemente menor que el de las capas externas (10:1 o menor) • Esto reduce la conductividad al limitar el número de portadores libres. • El término bipolar refleja el hecho de que huecos y electrones participan en el proceso de inyección hacia el material opuestamente polarizado.
Operación del BJT. • Se analizará el funcionamiento de un transistor pnp. • La unión p-n de un transistor se polariza en inversa, mientras que la
otra se polariza en directa:
Unión polarizada de directa
Unión polarizada de inversa
Operación del BJT. • Como el material de la base es muy delgado y su conductividad baja,
unos pocos portadores se irán en esa dirección. I B normalmente es del orden de microamperes. • La mayoría de los portadores mayoritarios se difundirá a través de la unión polarizada en inversa hacia el material tipo p. • En polarización inversa, los portadores mayoritarios inyectados aparecerán como portadores minoritarios en el material tipo n. • Todos los portadores minoritarios de la región de empobrecimiento atravesarán la unión polarizada en inversa.
Operación del BJT.
• Aplicando la ley de corrientes de Kichhoff:
I E I C I B • Además, la corriente del colector consta de 2 componentes:
I C I Cmayoritar ios I CO min oritarios
CONFIGURACIÓN EN BASE COMÚN
Base Común • La base es común tanto para la entrada como para la salida de la
configuración. • La flecha en el símbolo gráfico define la dirección de la corriente del emisor (flujo convencional) a través del dispositivo.
Base Común • Para describir en su totalidad el comportamiento de un transistor
conectado en base común se necesitan dos conjuntos de características: los parámetros de entrada y los parámetros de salida. • En la figura se muestran los parámetros de entrada para el amplificador en base común, que relaciona la corriente de entrada IE con la tensión de entrada V BE para varios niveles de la tensión de salida VCB.
Base Común • El conjunto de parámetros de salida relacionan la corriente de salida
IC con la tensión de salida VCB para varios niveles de la corriente de entrada IE , tal y como se muestra en la figura.
Base Común • En la figura se muestran 3 regiones de operación: activa, de
corte y saturación. Región activa. • La unión base-emisor se polariza en directa y la unión colector-base se polariza en inversa. • A medida que la corriente del emisor se incrementa la corriente del colector aumenta en una magnitud igual. • La primera aproximación de la relación entre IE e IC en la región activa es:
I C I E
Base Común Región de corte. • Las uniones base-emisor y colector-base se polarizan en inversa. • La corriente del colector, así como la del emisor, es 0A. Región de saturación. • Es la región de las características a la izquierda de cuando V CB = 0. • Al incrementarse VCB hacia 0V hay un incremento exponencial en la corriente del colector. • Las uniones base-emisor y colector-base se polarizan en directa.
Base Común • En los parámetros de entrada, para valores fijos de voltaje en
el colector VCB, a medida que se incrementa el V BE la corriente del emisor incrementa de forma muy parecida a las características del diodo. • Como una aproximación, el cambio producido por V CB puede ser ignorado. • Por lo tanto podemos asumir que una vez que el transistor se “enciende” supondremos el voltaje base-emisor como 0.7V.
Base Común
Ejemplo • A partir de las gráficas de los parámetros de salida: a) Determine la corriente del colector si I E = 3mA y VCB = 10V. b) Determine la corriente del colector si I E permanece en 3mA y V CB se reduce a 2V. c) Con las caraterísticas de los parámetros de entrada y de salida determine VBE si IC = 4mA y VCB = 20V. d) Repita c) utilizando las características de los parámetros de salida y el modelo simplificado.
Alfa (α) • En modo de cd de operación los niveles de I C e IE originados por los
portadores mayoritarios están relacionados por una cantidad llamada alfa: I cd C I E
• De manera práctica alfa va de 0.9 a 0.998. • Como la definición de alfa es válida para los portadores mayoritarios,
podemos escribir la ecuación de I C como:
I C I E I CBO • El alfa de ca se define como factor de amplificación en cortocircuito en base común, y se define como sigue:
ca
I C I E V CB cons tan te
CONFIGURACIÓN EN EMISOR COMÚN
Emisor Común
Emisor Común • Los dos conjuntos de características (de entrada o de base-emisor y
de salida o de colector-emisor) para describir plenamente el comportamiento de la configuración de emisor común se muestran a continuación:
Emisor Común
Emisor Común • Aun cuando la configuración cambia, las relaciones previamente obtenidas
se conservan, es decir:
I E I B I C
I C I E I CBO
• Características de la configuración en emisor común:
está en micro-amperes en comparación con los mili-amperes de IC. 2. Las curvas de I B para la gráfica V CE -I C no son tan horizontales, lo que indica que V CE también influye en la magnitud de I C. 1. I B
3. En la región activa, la unión base-emisor se polariza en directa, en
tanto que la unión colector-base está en inversa. 4. I C no
es igual a cero cuando I B = 0. la razón de esta diferencia se muestra a continuación:
I C I E I CBO ( I C I B ) I CBO I C
I B
I CBO
1 1
Emisor Común • Para futuras referencias, a la I C definida por la condición I B = 0, se le asignará
la notación indicada por la siguiente ecuación:
I C I
A B 0
I CEO
I CBO 1
Por lo tanto, I C = I CEO define la región de corte para la configuración de emisor común.
El voltaje VBE al estar polarizado en directa, de la misma manera que para el transistor en base común, se deduce que su valor es aproximado VBE = 0.7V, para cualquier nivel de corriente de base.
Ejemplo • Empleando las características de la configuración de
emisor común Determine IC en IB = 30μA y VCE = 10V. b) Determine IC en VBE = 0.7V y VCE = 15V. a)
Beta ( β ) • En el modo de cd los niveles de corriente IC e IB están relacionados por una cantidad llamada beta( β ), definida por la siguiente ecuación:
cd
I C I B
• Donde ambas corrientes se determinan en un punto de operación particular
en las características. • Para dispositivos prácticos, el nivel de β por lo general varía entre 50 y 400,
aunque puede valer más. • En hojas de especificaciones casi siempre se incluye β cd como hFE .
Relación entre Beta ( β ) y Alfa (α) • Considerando las relaciones presentadas hasta ahora:
I C I B
I B
I C
I C I E
I C
I E
• Escribiendo la ecuación que relaciona las tres corrientes:
I E I B I C • Sustituyendo y dividiendo por I C :
I C • Multiplicando por αβ :
I C
I C
1
1
1
(1 )
(1 )
Relación entre Beta ( β ) y Alfa (α) • Llevando a cabo el despeje pero ahora para β :
(1 )
(1 )
• Otra relación de interés se puede obtener recordando que:
I CEO
I CBO 1
• Y, utilizando la siguiente equivalencia:
1 (1 )
1
( 1)
1
1 (1 )
Relación entre Beta ( β ) y Alfa (α) • Finalmente sustituyendo:
I CEO ( 1) I CBO • Como se observa, beta es un parámetro particularmente importante porque crea un vínculo directo entre los parámetros del circuito para una configuración de emisor común , es decir:
I C I B • Y como ya se ha definido:
I E I C I B I E I B I B I E I B ( 1)
CONFIGURACIÓN EN COLECTOR COMÚN
Colector Común • Se utiliza principalmente para acoplamiento de impedancias, ya que
tiene una alta impedancia de entrada y una baja de salida, lo contrario de las configuraciones anteriores.
Colector Común
• La figura muestra una configuración de circuito de colector común. • Se pueden diseñar utilizando las características de emisor común. • Para fines prácticos, las características de salida son las mismas que
para la configuración de emisor común. • Las características de salida se grafican como I E en función de V CE para un rango de valores de I B (la corriente de entrada por tanto será la misma). • El eje horizontal se obtiene cambiando el signo del voltaje del colector al emisor. • El cambio de la escala vertical al reemplazar I C por I E será casi imperceptible ya que α ≈ 1.
Límites de operación
Límites de operación • El nivel máximo de disipación se define como:
P C max V CE I C • En cualquier punto sobre la gráfica el producto de VCE por IC debe
ser 300mW. • Si se selecciona que IC tenga un valor máximo de 50mA y se sustituye en la relación anterior se obtiene que 300mW V CE 6V 50mA • Si ahora se selecciona que VCE tenga un valor máximo de 20V, el valor de IC queda como I C
300mW 20V
15mA
Límites de operación • Si ahora se elige un nivel de I C medio, tal como 25mA, resolviendo
para VCE resulta
V CE
300mW
12V
25mA • Si no se cuenta con las curvas características, sólo hay que asegurarse que I C, VCE y su producto caigan dentro del siguiente rango. I CEO I C I C max V CEsat V CE V CE max V CE I C P C max • Para las características de base común la curva de potencia máxima
se define por:
P C max V CB I C
Ejercicios configuración base común 1. Utilizando las características de los parámetros de entrada determine VBE
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
con IE = 5mA y V CB = 1, 10, 20V. ¿es razonable suponer que VCB tiene sólo un efecto leve en la relación entre V BE e IE? Con las características de los parámetros de salida determine la corriente en el colector si IE = 4.5mA y VCB = 4V. Repita el anterior pero con IE = 4.5mA y VCB = 16V. ¿Cómo han afectado los cambios en VCB el nivel resultante de IC? En base a los resultados anteriores, ¿cómo se relacionan IE e IC? Utilizando las características de entrada y salida, determine IC si VCB = 10V y VBE = 800mV. Determine VBE si IC = 5mA y V CB = 10V. Repita el inciso anterior utilizando las características de los modelos aproximados para la unión base-emisor. Compare las soluciones de los 2 incisos anteriores, ¿se puede ignorar la diferencia si se presentan niveles de voltaje de más de algunos volts?
Ejercicios configuración emisor común 10. 11. 12. 13.
Dada αcd de 0.998, determine I C si IE = 4mA. Determine αcd si IE = 28mA e IB = 20μA. Encuentre IE si IB = 40μA y αcd = 0.98. Defina ICBO e ICEO. ¿En qué son diferentes, cómo están relacionadas, son de magnitud parecida?
Utilizando las características de los parámetros de entrada y salida: 1. Determine el valor de IC correspondiente a VBE = 750mV y VCE = 5V. 2. Determine el valor de VCE y VBE correspondiente a IC = 3mA e I B = 30μA. 3. Determine la beta de cd en un punto de operación de V CE = 8V e IC = 2mA. 4. Determine el valor de α correspondiente a ese punto de operación. 5. En VCE = 8V determine el valor correspondiente de ICEO. 6. Calcule el valor aproximado de ICBO con el valor de β del punto anterior. 7. Utilizando las características de salida determine ICBO en VCE = 10V. 8. Determine β en IB = 10μA y VCE = 10V. Con este valor calcule I CBO.
Ejercicios configuración emisor común Con base en las características de los parámetros de salida: 9. Determine β con IB = 80μA y VCE = 5V. 10. Determine β con IB = 5μA y VCE = 15V. 11. Determine β con IB = 30μA y VCE = 10V. 12. ¿Cambia el valor de β de punto a punto sobre la curva de las características? ¿dónde se encontraron los valores más altos? ¿A qué conclusión se puede llegar? 13. Determine β en IB = 25μA y VCE = 10V. Luego calcule el nivel de α cd y el nivel resultante de IE. (Use el nivel de IC determinado por I C = βcd I B.)
POLARIZACIÓN DE CD
Conceptos básicos • Polarización. Comprende todo lo relacionado a la aplicación de
voltajes de cd para establecer un nivel fijo de corriente y voltaje. • Punto de operación. La corriente de dc y el voltaje resultantes establecen un punto de operación sobre las características que define la región que será empleada para la amplificación de la señal aplicada. Dado que este es un punto fijo, también se le llama punto de reposo o punto Q (quiescent point). • Región activa. Zona de operación donde el transistor se comporta como un amplificador. Unión base-emisor en polarización directa, unión base-colector en polarización inversa. • Región de corte. Definida por I B ≤ 0μA. Unión base-emisor en polarización inversa, unión base-colector en polarización inversa. • Región de saturación. Definida por V CE ≤ V CEsat . Unión base-emisor en polarización directa, unión base-colector en polarización directa. • PCmax. Máxima potencia que puede disipar el transistor.
Configuración de polarización fija • Esta es la polarización en cd más simple, válida para npn y pnp.
Unión base-emisor:
V CC I B R B V BE 0 I B
V CC V BE R B
Unión colector-emisor:
I C I B V CC I C RC V CE 0 V CE V CC I C RC
Ejemplo • Determine: IBQ e ICQ, VCEQ, VB, VC, VBC.
Configuración de polarización de emisor • Esta polarización contiene un resistor emisor para mejorar la estabilidad del
nivel en relación con la de la configuración de polarización fija. Unión base-emisor:
V CC I B R B V BE I E RE 0 I E ( 1) I B I B
V CC V BE R B ( 1) R E
Unión colector-emisor:
I C RC V CE I E R E V CC 0 I E I C V CE V CC I C ( RC R E )
Ejemplo • Determine IB, IC, VCE, VC, VE, VB, VBC.
Configuración de polarización por divisor de voltaje • Este circuito de polarización es independiente de la β del transistor, dado que
este valor puede ser alterado por la temperatura.
Unión base-emisor:
RTh R1 || R2 V Th
R2V CC R1 R2
Configuración de polarización por divisor de voltaje V Th I B RTh V BE I E RE 0 I E ( 1) I B I B
V Th V BE RTh ( 1) R E
Unión colector-emisor:
I C RC V CE I E R E V CC 0 I E I C V CE V CC I C ( RC R E )
Ejemplo • Determinar V CE e I C para la siguiente red:
Configuración de polarización con retroalimentación de voltaje • La sensibilidad del circuito ante cambios de la β del transistor o a variaciones
de temperatura es menor que la de los circuitos de polarización anteriores.
Unión base-emisor:
V CC I 'C RC I B R B V BE I E RE 0 I 'C I C I E I C I B I B
V CC V BE R B ( RC R E )
Unión colector-emisor:
I C RC V CE I E R E V CC 0 I E I C V CE V CC I C ( RC R E )
Ejemplo • Determinar V CE e I C para la siguiente red:
Configuración en emisor-seguidor • En esta configuración la salida se toma de la terminal del emisor como se
muestra en la figura siguiente.
Unión base-emisor:
I B R B V BE I E R E V EE 0 I E ( 1) I B I B
V EE V BE R B ( 1) R E
Unión colector-emisor:
V CE I E R E V EE 0 V CE V EE I E R E
Configuración en emisor-seguidor • Ejemplo: Determinar V CE e I E para la siguiente red:
Configuración en base común • En esta configuración se utilizan dos fuentes y la base es la terminal común
entre la terminal del emisor de entrada y la terminal de colector de salida.
Unión base-emisor:
I E R E V EE V BE 0 I E
Unión base-colector:
V CC I C RC V CB 0
V EE V BE
I C I E
R E
V CB V CC I E RC
Configuración en base común
Aplicando la ley de voltajes a todo el perímetro de la red se tiene:
V EE V CC I C RC V CE I E RE 0 V CE V EE V CC I C RC I E R E I C I E V CE V EE V CC I E ( RC R E )
Configuración en base común • Ejemplo: Determinar I B e I E y los voltajes V CE y V CB para la siguiente red:
Otras configuraciones • Ejemplo: Determinar I B e I C y los voltajes V CE , V B, V C, V E y V BC para la siguiente
red.
Otras configuraciones • Ejemplo: Determinar I B e I C y los voltajes V CE , V B, V C, V E y V BC para la siguiente
red.
Otras configuraciones • Ejemplo: Determinar I B e I C y los voltajes V CE , V B, V C, V E y V BC para la siguiente
red.
Resumen Emisor o colector común: • Obtener una expresión para la corriente de base (corriente de
entrada). • Obtener la corriente de colector o emisor (corriente de salida) a partir de la corriente de base. • Obtener voltaje de salida: colector-emisor. Base común: • Obtener una expresión para la corriente del emisor (corriente de
entrada). • Obtener la corriente del colector (corriente de salida). • Obtener voltaje de colector-emisor y el de base-colector.
Saturación en polarización fija • Saturación se aplica a cualquier sistema donde los niveles alcanzan los
valores máximos. • Para el transistor que opera en la región de saturación la corriente es el nivel máximo para el diseño particular (Si se cambia el diseño, el nivel de saturación puede cambiar también).
Según las gráficas la región de saturación se define para VCE=0V.
RCE
V CE I C
0 I Csat
I C I Csat
0
V CC RC
Análisis por recta de carga
V CE V CC I C RC V CE I
C 0
I C V
CE 0
V CC
V CC RC
I Csat
Análisis por recta de carga • Con la recta de carga y el punto Q definido en la gráfica,
determine los valores de VCC, RB y RC para la configuración dada.
Análisis por recta de carga a) b) c) d)
Trace la recta de carga para la red de la figura de la izquierda en las características del transistor que aparece en la gráfica de la derecha. Para un punto Q en la intersección de la recta de carga con una c orriente de base de 20μA, determine los valores de I C y VCE. Determine la beta de cd en este punto. Con este valor de beta, determine el valor de R B.
Resumen Emisor o colector común: • Obtener una expresión para la corriente c orriente de base (corriente de
entrada). • Obtener la corriente de colector o emisor (corriente de salida) a partir de la corriente de base. sali da: colector-emisor. • Obtener voltaje de salida: Base común:
c orriente del emisor (corriente de • Obtener una expresión para la corriente entrada). • Obtener la corriente del colector (corriente de salida). • Obtener voltaje de colector-emisor y el de base-colector. base-colector.
Resumen Emisor o colector común: • Obtener una expresión para la corriente c orriente de base (corriente de
entrada). • Obtener la corriente de colector o emisor (corriente de salida) a partir de la corriente de base. sali da: colector-emisor. • Obtener voltaje de salida: Base común:
c orriente del emisor (corriente de • Obtener una expresión para la corriente entrada). • Obtener la corriente del colector (corriente de salida). • Obtener voltaje de colector-emisor y el de base-colector. base-colector.
ANÁLIISI ANÁL SIS S EN EL DOMINIO DE CA
Introducción • El transistor es un dispositivo amplificador (la señal de salida es
mayor que la de entrada). • El factor que permite que la potencia de salida de ca sea mayor que la potencia de entrada de ca es la potencia de cd aplicada, la cual contribuye a la potencia de salida total aún cuando una parte de esta se disipe en el dispositivo y en las resistencias. • La eficiencia de conversión se define como:
P o ( ca ) P i ( cd )
• Donde • P o(ca) es la potencia de ca suministrada a la carga • P i(cd) es la potencia de cd suministrada.
Introducción • El teorema de superposición es aplicable al análisis y diseño de los
componentes de cd y ca de una red BJT, lo que permite separar el análisis de las respuestas de cd y ca. • Se puede realizar un análisis completo de cd y a partir de éste realizar el análisis completo de ca. • El análisis de cd determinará uno de los componentes del análisis de ca.
Modelo del BJT • Modelo: combinación de elementos de un circuito, apropiadamente
seleccionados, que simulan de forma aproximada el comportamiento real de un dispositivo semiconductor en condiciones específicas de operación. • Una vez determinado el circuito equivalente de ca, el símbolo esquemático del dispositivo puede ser reemplazado por este circuito equivalente y los métodos básicos de análisis de circuitos aplicados para determinar las cantidades deseadas de la red. • Como sólo interesa la respuesta de ca, las fuentes de cd pueden ser reemplazadas por un equivalente de 0V (los niveles de cd fueron importantes para determinar el punto Q de operación correcta). • Los capacitores de acoplamiento se eligieron con una baja reactancia por lo que pueden ser reemplazados por una ruta de baja resistencia o un cortocircuito.
Modelo del BJT
Circuito característico de un transistor
Circuito después de la eliminación de la fuente de cd y la inserción del equivalente de cortocircuito para los capacitores
Modelo del BJT • Es importante definir el equivalente ca para los parámetros de interés como Zi , Zo, Ii e Io. • Las cantidades encontradas en la red reducida deben ser las mismas
definidas por la red original. • En ambas redes la impedancia de entrada se define de base a tierra, la corriente de entrada como la corriente de base del transistor, el voltaje de salida como el voltaje del colector a tierra, y la corriente de salida como la corriente que fluye a través del resistor de carga R C .
Modelo del BJT Z i
V i I i
Z o
V o I o
Av
V o V i
Ai
I o I i V 0
-
Circuito vuelto a dibujar para el análisis de ca
Modelo r e del BJT Configuración de emisor común
Determinación del circuito equivalente de entrada de un transistor BJT.
Modelo r e del BJT Configuración de emisor común • V i = V be, I i = I b • La corriente a través de la unión polarizada en directa es I E
Circuito equivalente del lado de la entrada de un transistor BJT
Modelo r e del BJT Configuración de emisor común • Las características del colector para una β constante puede
reemplazarse por una fuente controlada.
Circuito equivalente de un transistor BJT
Modelo r e del BJT Configuración de emisor común • Se sustituye al diodo por su resistencia equivalente.
r D V T / I D 26mV / I D Z i
V i I b
r e 26mV / I E
V be I b
V be I e r e ( I c I b ) r e ( I b I b )r e ( 1) I b r e Z i
V be I b
( 1) I b r e I b
( 1)r e r e
Reemplazo del diodo por su resistencia equivalente determinada por el nivel de I E (Circuito equivalente mejorado)
Modelo r e del BJT Configuración de emisor común
r D V T / I D 26mV / I D
r e 26mV / I E
Reemplazo del diodo por su resistencia equivalente determinada por el nivel de I E (Circuito equivalente mejorado)
Modelo r e del BJT Configuración de emisor común • La pendiente de cada curva definirá una resistencia en ese punto
como sigue:
r o V CE / I C
Representación de la impedancia de salida del transistor BJT.
Modelo r e de la configuración de transistor en emisor común incluido el efecto de r o.
Modelo r e del BJT Configuración de emisor común • Los valores comunes de β van de 50 a 200. • Los valores de típicos de Z i definidos por βr e van de unos cientos de
ohms a un máximo de 6kΩ a 7kΩ.
• La resistencia de salida r o, que define a Z o, en general está en el
intervalo de 40kΩ a 50kΩ.
Modelo r e del BJT Configuración de base común
Circuito equivalente de un transistor BJT • Al diodo lo puede reemplazar su resistencia de ca equivalente,
determinada por:
r e 26mV / I E
Modelo r e del BJT Configuración de base común • Las líneas casi horizontales indican que la resistencia de salida r o
será bastante alta.
Representación de la impedancia de salida del transistor BJT.
r o V CE / I C
Modelo r e de la configuración de transistor en base común incluido el efecto de r o.
Modelo r e del BJT Configuración de base común • Los valores de la impedancia de entrada son bajos ya que son únicamente el valor de r e, que van de unos cuantos ohms hasta 50Ω. • La resistencia de salida r o en general está en el intervalo de los
megaohms.
POLARIZACIÓN FIJA EN CA
Polarización fija en ca
Polarización fija en ca
Z i R B || r e Z i r e R
B
10 r e
Z o se define para V i =0
Z o RC || r o Z o RC r 10 R o
C
I b
V i r e
V o ( I b )( RC || r o )
V V o i ( RC || r o ) r e
AV
V o V i
( RC || r o )
R AV C r e r 10 R o
r e
C
Polarización fija en ca • Relación de fase. El signo negativo de Av en la ecuación resultante
revela un desfasamiento de 180° entre las señales de entrada y salida. • Es el resultado de que βI b establezca una corriente a través de R C la cual producirá un voltaje a través de R C , lo opuesto al definido por V o.
Polarización fija en ca Para la sigu siguie ient nte e red, red, dete determ rmin inar ar:: • Para • Calcule Z o y Av para r o = 50ko 50kohm hms. s.
r e , Z i , Z o (r o ), AV (r o )
POLARIZACIÓN POR POLARIZACIÓN DIVISO DIV ISOR R DE VOL VOLT TAJ AJE E PARA CA
Polarización por divisor de voltaje para ca
Z i R '|| r e
I b
Z i r e R '10 r
e
Z o RC || r o Z o RC r 10 R o
V i r e
V o ( I b )( RC || r o )
V i ( RC || r o ) r e
V o C
AV
V o V i
( RC || r o )
R AV C r e r 10 R o
r e
C
Polarización por divisor de voltaje para ca • Para la siguiente red, determinar: • Calcule Z i , Z o y Av para r o = 50kohms.
r e , Z i , Z o ( r o ), AV (r o )
POLARIZACIÓN EN EMISOR COMÚN PARA CA
Polarización en emisor común para ca
• Se omite el efecto de r o.
Z i R B || Z b
V i r e I b ( 1) I b R E
Z b
V i I b
r e ( 1) R E
Z b (r e R E ) R E R
E r e
Z o RC
V o I o RC I b RC
V i RC Z b
V o
Polarización en emisor común para ca
AV
V o V i
AV
RC R E
RC Z b
RC r e R E • Desfasamiento de 180° entre las señales de
entrada y salida.
Polarización en emisor común para ca • Para la siguiente red, sin C E , determinar: • Repita el análisis con C E conectado.
r e , Z i , Z o , AV
POLARIZACIÓN EN EMISOR SEGUIDOR PARA CA
Polarización en emisor seguidor para ca • AV 1 • El voltaje del emisor está en fase con el voltaje de entrada V i (de ahí el nombre de
seguidor). • Como el colector se conecta a tierra para el análisis de ca, en realidad es una configuración de colector común. • Se utiliza para propósitos de igualación de frecuencia. • Alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida. • Efecto resultante similar al obtenido con un transformador (la carga se iguala a la impedancia de la fuente para una máxima transferencia de potencia a través del sistema).
Polarización en emisor seguidor para ca
• Se omite el efecto de r o.
V i r e I b ( 1) I b R E
Z b
V i I b
r e ( 1) R E
Z b ( r e R E ) R E R
E r e
Z i R B || Z b
Polarización en emisor seguidor para ca I e ( 1) I b ( 1)
I e I e
V i Z b
( 1)V i r e ( 1) R E V i r e R E
Z o R E || r e r e
V o AV
R E V i r e R E V o V i
R E r e R E
1
Polarización en emisor seguidor para ca • Para la siguiente red determinar:
r e , Z i , Z o , AV
POLARIZACIÓN EN BASE COMÚN PARA CA
Polarización en base común para ca •
Ai 1
• Impedancia de entrada baja e impedancia de salida y ganancia de
corriente menor a 1. • La ganancia de voltaje resultante puede ser bastante grande. • Se omite el efecto de r o.
Polarización en base común para ca
Z i R E || r e Z o RC I e
V i r e
V o I o RC I e RC V o AV
V i
V o V i
r e
I o I e I i
RC RC r e
I e I i
RC r e
Ai
I o I i
1
Polarización en base común para ca Para la sigu siguie ient nte e red red dete determ rmin inar ar:: • Para
r e , Z i , Z o , Av , Ai
OTRAS CONFIGURACIONES
Otras configuraciones
Otras configuraciones
GANANCIA DE CORRIENTE
Ganancia de corriente
I i I o
V i Z i V o R L
Ai
I o I i
V o
R L
V i Z i
V o Z i V i R L
Ai Av L
Z i RL
• Para cada configuración de transistor, la ganancia de corriente se
puede determinar directamente a partir de la ganancia de voltaje, la carga definida y la impedancia de entrada.
AMPLIFICADORES BJT SIN CARGA
AMPLIFICADORES BJT SIN CARGA
EFECTO DE RL Y RS
Efecto de RL y RS Ganancia sin carga Ganancia con carga
Ganancia del sistema
Efecto de RL y RS
R ' L r o || RC || R L RC || R L V o I b R' L I b ( RC || R L )
I b
AV L
V o V i
( RC || R L )
V i
Z i R B || r e
r e
Z o RC || r o
V i ( RC || R L ) r e
V o
r e
Efecto de RL y RS
V i V i V s
Z iV s
Av s
Z i R s Z i
Av s
Z i R s
AV L
V o V i
( RC || R L ) r e
V o V s
V o V i
V i V s
Z i Z i R s
Av L
Efecto de RL y RS • Si al circuito se le conecta una carga de 4.7kohms y se considera una
resistencia de la fuente de 0.3kohms determine Z i , Z o , AV , AV L
s
Efecto de RL y RS • Polarización por medio
del divisor de voltaje con Rs y RL
AV L
V o V i
( RC || R L ) r e
Z i R1 || R2 || r e Z o RC || r o
Efecto de RL y RS • Configuración en emisor
seguidor con Rs y RL
AV L
V o V i
R E || R L R E || R L r e
Z i R B || Z b Z b ( R E || R L ) Z o r e
Efecto de RL y RS • La ganancia de voltaje con carga de un amplificador siempre es • • • •
menor que la ganancia sin carga. La ganancia obtenida con una resistencia de la fuente siempre será menor que la obtenida con carga o sin carga. Para la misma configuración AvNL>AvL> Avs. Para un diseño particular, cuanto mayor sea el nivel de R L, mayor será el nivel de la ganancia de ca. Para un amplificador particular, cuanto menor sea la resistencia interna de la fuente de señal, mayor será la ganancia total.
AMPLIFICADORES BJT CON EL EFECTO DE RS Y RL
AMPLIFICADORES BJT CON EL EFECTO DE RS Y RL
AMPLIFICADORES BJT CON EL EFECTO DE RS Y RL
EFECTO DE LOS CAPACITORES
Capacitor de acoplo • A mayor frecuencia, menor reactancia.
X C
1 2 fC
• A frecuencias muy altas, la reactancia es aproximadamente 0 -> corto
circuito. • A frecuencias muy bajas la reactancia tiene valores muy grandes -> circuito abierto. • Un capacitor de acoplamiento busca no alterar la señal de alterna y no dejar pasar las componentes de corriente directa. • La capacitancia de acoplamiento para un circuito de ca depende de la resistencia de carga. X C 0.1R L
Capacitor de acoplo Ejemplo. • Calcular el valor del capacitor de acoplamiento para un amplificador de audio (frecuencias de 20Hz a 20KHz) con una resistencia de carga de 2kohms. X C 0.1(2000) 200 X C C
1 2 fC 1
2 fX C
1 2 ( 20 Hz )(200)
39.78 F
Capacitor de desacoplo • Elimina los efectos de una señal de alterna porque la aterriza a tierra. • Para calcular su valor se ocupa la misma relación:
X C 0.1R L
SISTEMAS EN CASCADA
Amplificadores BJT acoplados por RC Z i1 R1 || R2 || r e
Z i 2 R1 || R2 || r e R L1 Z o 2 RC
AV 1
( RC || R L )
AV 1
( RC || Z i 2 )
r e r e
AV 2 NL
RC r e
AV T NL Av1 Av 2 NL
AvT
V o V i
V o V i AvT
R L Z o R L
AvT NL
Amplificadores BJT acoplados por RC • Calcule la ganancia de voltaje sin carga y el voltaje de salida del
circuito de la figura. • Calcule la ganancia total y el voltaje de salida si se aplica una carga de 4.7kΩ a la segunda etapa, compare con los resultados anteriores. • Calcule la impedancia de entrada de la primera etapa y la impedancia de salida de la segunda etapa.
Configuración Cascode • Impedancia de entrada relativamente alta y baja ganancia de voltaje para la
primera etapa. • La etapa de emisor común proporciona una impedancia mayor que la de base común. • Con una ganancia de voltaje de 1 la capacitancia de entrada se mantiene bastante baja lo que asegura una buena respuesta en alta frecuencia. • La etapa de base común proporciona una gran ganancia de voltaje para dar un buen nivel de impedancia de entrada.
Configuración Cascode • La carga en el transistor Q1 es la
impedancia de entrada al transistor Q2 en configuración de base común.
AV 1 AV 2
RC r e
RC r e
AV T Av1 Av2
r e r e
1
Configuración Cascode • Calcule la ganancia de voltaje sin carga.
Configuración Darlington • El transistor compuesto actúa como una sola unidad con una
ganancia de corriente que es el producto de las ganancias de corriente de los transistores individuales. D 2 1
• Para un transistor Darlington encapsulado:
(2N999)
Darlington, polarización en CD • Las ecuaciones son las mismas que para un transistor regular, sólo que β D tiene un valor mucho más grande, igual que V BE .
Unión base-emisor:
V CC I B R B V BE I E RE 0 I E D I B I B
V CC V BE R B D R E
Unión colector-emisor:
V E I E R E V B V E V BE I E I C
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