Unidad 1 Respuesta en Alta y Baja Frecuencia Con Amp. BJT y FET

INTEGRANTES:

AQUINO MÁRQUEZ SAGRARIO SINAI DE JESÚSBARRIENTOS MARTÍNEZ ARACELYJIMÉNEZ MARTÍNEZ FABIOLA ELIZABETHRAMÍREZ ARMENTA LUISRUÍZ RAMÍREZ JOELVALTIERRA DURÁN ORIÓN

Analógica II Unidad 1: Amplificadores de baja, media y alta frecuencia con BJT y FET

V. M.C.D.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MINATITLÁN

La amplificación es el proceso de aumentar el nivel o fuerza de una señal. Ésta puede quedar definida como la relación entre la señal de entrada y la señal de salida expresada en tensión, corriente o potencia.

El amplificador es un dispositivo o circuito diseñado para amplificar una determinada señal de entrada hasta que alcance un nivel de salida predeterminado.

Es oportuno en este momento la necesidad estudiar linealidad en los amplificadores. Cuando se amplifica una señal, debe tenerse cuidado para que la información contenida en la señal no sea cambiada y no se introduzca ninguna información nueva.


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Un amplificador que conserva los detalles de la onda de señal esta caracterizado

por la relación:

Los amplificadores de voltaje son aquellos cuyo propósito es hacer más grande la

magnitud de la señal. Por otro lado existe otro tipo de amplificador, esto es, el

amplificador de potencia. Éstos pueden dar sólo una pequeña cantidad de ganancia

de voltaje pero una considerable ganancia en corriente.

[1.0.1]


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Es obvio que el amplificador de señales es una red de dos puertos; su función está representada por el símbolo de la figura 1.0.2 (a), una situación más común se ilustra en la figura 1.0.2 (b).

Figura 1.0.2 (a) Símbolo de circuito para amplificador. (b) Un amplificador con terminal común(tierra) entre los puertos de entrada y salida.


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La expresión de la ganancia o atenuación de un amplificador por medio de

magnitudes de entrada y de salida resulta a veces inconveniente. Los cálculos

referidos a circuitos se vuelven muy engorrosos cuando se utilizan factores de

amplificación y el uso de decibelios simplifica muchas de estas operaciones.

El logaritmo, en una base dada, es el exponente al cual se debe elevar la base para

obtener el número. Es la función matemática inversa de la función exponencial:

Siendo a la base, x el número e y el logaritmo.

[1.1.1]


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Fundamentalmente los decibelios expresan una relación de variación de potencia en

términos logarítmicos. La expresión en decibelios aplicada a un dispositivo electrónico,

como un amplificador o una antena, indica la ganancia desde la entrada a la salida de

señal. Esta relación viene expresada por la fórmula:

(si lo que se comparan son potencias)

(si lo que se comparan son voltajes)

GdB es la ganancia en decibelios potencia de la señal de salida en vatios potencia de la señal de entrada en vatios voltaje de la señal de salida en volts voltaje de la señal de entrada en volts

[1.1.2]

[1.1.3]

La potencia de entrada de un dispositivo es de 10000 W para un voltaje de 1000 V. La potencia de salida es de 500 W, mientras la impedancia de salida es de 20 Ω.

•Encuentre la ganancia de potencia en decibeles.•Encuentre la ganancia de voltaje en decibeles.


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EJERCICIO

Solución:

a)

b)

La respuesta en baja frecuencia de los circuitos amplificadores depende de los capacitores o condensadores externos utilizados para acoplar y desacoplar. La respuesta en alta frecuencia depende de las capacitancias internas del transistor, y de las capacitancias del alambrado y demás.

En la figura se observa el comportamiento para una red RC en alta frecuencia y en baja frecuencia, donde en baja dicha frecuencia se considera como nula.

Figura 1.0.3 a) Red RC , b) Circuito equivalente a altas frecuencias, c) Circuito equivalente del circuito anterior a bajas frecuencias (f=0)


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Para el análisis de respuesta a baja frecuencia se empleará la configuración del BJT a divisor de voltaje, pero los resultados pueden aplicarse a cualquier configuración BJT: solo será necesario encontrar la resistencia equivalente adecuada para la combinación R-C. Para el circuito de la figura 1.1.1 los capacitores , y determinaran la respuesta a baja frecuencia.

Figura 1.1.1 Amplificador BJT con capacitores que afectan la respuesta a baja frecuencia.

,

Vcc: Voltaje de alimentaciónVs: Voltaje de fuente de señal a baja frecuenciaCs: Capacitor de la fuenteRs: Resistencia de la fuenteZi: Impedancia de entradaR1 y R2: Resistencias del divisor de voltajeRc: Resistencia de colectorCc: Capacitor de colectorRe: Resistencia de emisorCe: Capacitor de emisorRL: Resistencia de cargaVo: Voltaje de salida


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Capacitor de la fuente Cs

Debido a que Cs esta conectado casi siempre entre la fuente Aplicada y el dispositivo activo, la forma general de la configuración R-C se establece por el circuito de la figura 1.1.2.

Figura 1.1.2 Determinación del efecto de Cs en la respuesta en baja frecuencia.

La resistencia total es ahora Rs+Ri y la frecuencia de corte es:

Donde Ri es la impedancia de entrada y es la frecuencia de corte de la fuente

[1.1.4]


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A frecuencias medias o altas, la reactancia del capacitor será lo suficientemente pequeña para permitir una aproximación de corto circuito para el elemento. El voltaje Vi estará relacionado a Vs por:

A el voltaje Vi será el 70.7% del valor determinado por la ecuación anterior, suponiendo que Cs es el único elemento capacitivo que controla la respuesta a baja frecuencia.

Para el circuito de la figura 1.1.1, cuando analizamos los efectos de Cs debemos suponer que y están realizando su función de diseño o el análisis será muy difícil de controlar; es decir, que la magnitud de las reactancias de y permite emplear un equivalente de corto circuito, para la señal, en comparación con la magnitud de las otras impedancias en serie.

[1.1.5]


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Usando esta hipótesis, el circuito equivalente de AC para la sección de entrada de la figura 1.1.1 aparecerá como se muestra en la figura 1.1.3.

Figura 1.1.3. Equivalente en AC para Cs.

El valor de Ri para la ecuación 1.5 se determina mediante:

El voltaje Vi aplicado a la entrada del dispositivo activo puede calcularse si se usa la regla de divisor de voltaje:

[1.1.6]

[1.1.7]


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Ya que el capacitor de acoplamiento esta conectado con frecuencia entre la salida del dispositivo activo y la carga aplicada, la configuración R-C que determina la frecuencia de corte debida a Cc aparece en la figura 1.1.4. A partir de la figura 1.1.4 la resistencia en serie total es ahora Ro + RL, y la frecuencia de corte debida a Cc se determina por:

Figura 1.1.4.Determinación del efecto de Cc en la respuesta en baja frecuencia.

Donde Ro es la resistencia o impedancia de salida

Si se ignora los efectos de Cs y CE, el voltaje de salida Vo será el 70.7% de su valor de banda media a . Para el circuito de la figura 1.1.1, el circuito equivalente de AC para la sección de salida con Vi=0 V aparece en la figura 1.1.5. El valor resultante para Ro en la ecuación 5 es simplemente:

[1.1.8]

[1.1.9]

Capacitor de colector Cc


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Figura 1.1.5. Equivalente en AC para Cc con Vi=0 V.

Para determinar debe obtenerse el circuito “visto” por CE como se muestra en la figura 1.1.6. Una vez que se establece el nivel de Re, la frecuencia de corte debida a CE puede determinarse con la siguiente ecuación:

Figura 1.1.6. Determinación del efecto de CE en la respuesta en baja frecuencia.

[1.1.10]

Capacitor de emisor CE


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Para el circuito de la figura 1.1.1 el equivalente de AC que se “observa” CE aparece en la figura 1.1.7. El valor Re se determina por tanto.

donde

Figura 1.1.7. Equivalente en AC para CE.

β: Gananciare: resistencia de la red equivalente de entrada

[1.1.11]

[1.1.12]


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Determine la frecuencia de corte para el circuito de la figura A, usando los siguientes parámetros:

EJERCICIO 1.A:

Figura A. Amplificador BJT


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Solución:Determinar para las condiciones de dc:

El resultado es:

Con

Por tanto,

Y


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La frecuencia de corte es:

Cs:


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En el extremo de alta frecuencia, se encuentran dos factores que definirán el punto de -3dB: la capacitancia de circuito(parásita e introducida) y la dependencia en frecuencia de .

Parámetros de la redEn la región de alta frecuencia el circuito RC tiene la configuración que aparece en la figura 1.1.8. Si las frecuencias son cada vez más altas, la reactancia disminuirá en magnitud, y dará como resultado un efecto de corto a la salida; por lo mismo, disminuirán la ganancia. La derivación que lleva a la frecuencia de esquina para esta configuración RC sigue líneas similares a las que se localizan en la región de baja frecuencia. La diferencia más significativa está en la forma general de , que aparece a continuación:

Figura 1.1.8. Combinación R-C que definirá una alta frecuencia de corte.

[1.1.13]


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Que resultará una gráfica de magnitud como lo muestra en la figura 1.1.9 y que tiene una caída de 6 dB/octava con la frecuencia en aumento. Obsérvese que está en el denominador de la relación de frecuencia, en lugar que en el numerador como sucede con en la siguiente ecuación:

Figura 1.1.9 Gráfica asintótica, como lo define de la ecuación primera.

[1.1.14]


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En la figura 1.1.10 las diversas capacitancias parásitas ( del transistor se incluyeron con las capacitancias del alambrado introducidas durante la construcción. En la figura 1.1.10 aparece el modelo equivalente de alta frecuencia para el circuito de la figura 1.1.1. Nótese la ausencia de los capacitores que se suponen, que están en estado de corto circuito en estas frecuencias.

Figura 1.1.10. Red de la figura 1.1.1 con los capacitores que afectan la respuesta en alta frecuencia..


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Figura 1.1.11. Modelo equivalente de AC para alta frecuencia para la red de la figura 1.1.10

La capacitancia incluye la capacitancia del alambrado de entrada, la capacitancia de transición y la capacitancia Miller . La capacitancia incluye la capacitancia del alambrado de salida , la capacitancia parásita y la capacitancia Miller de salida

[1.1.15]

La determinación del circuito equivalente Thévenin para los circuitos de entrada y salida de la figura 1.1.11 resultaran las configuraciones de la figura 1.1.12. Para el circuito de entrada de la frecuencia de -3dB se define por:


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Figura 1.1.12. Circuitos de Thévenin para las redes de entrada y salida de la red de la figura 1.1.11.

Con:

Y:

A muy altas frecuencias, el efecto de reduce la impedancia total de la combinación en paralelo de en la figura 1.1.11. el resultado es un nivel reducido de voltaje a través de , una reducción en y una ganancia para el sistema.

Para la red de salida,

[1.1.16]

[1.1.17]

[1.1.18]


V. M.C.D.


Con:

Y:

A muy altas frecuencias, la reactancia capacitiva de disminuirá y, por consecuencia, se reducirá la impedancia total de las ramas en paralelo de salida de la figura 1.1.10. El resultado neto es de también declinará hacia cero conforme la reactancia sea cada vez más pequeña. Cada una de las frecuencias definen una asíntota de -6dB/octava, como se muestra en la figura 1.1.9. Si los capacitores parásitos fueran los únicos elementos que determinara la alta frecuencia de corte, la frecuencia más baja podría ser el factor determinante. Sin embargo, la disminución de con la frecuencia también debe considerarse para ver si su frecuencia de corte es menor que la de .

[1.1.19]

[1.1.20]


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Figura 1.1.13. Circuito equivalente de AC Giacoletto (o híbrido) de transistor en alta frecuencia y pequeña señal.

Las resistencias son las que se encuentras entre las terminales indicadas cuando el dispositivo está en la región activa. Lo mismo se aplica para las capacitancias aunque la primera es una capacitancia de transición y la última es de difusión. Una explicación más detallada de la dependencia de la frecuencia sobre cada uno puede encontrarse en varios textos fácilmente disponible.

En términos de estos parámetros

(que aparece a veces como ) =[1.1.21]


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Para la red de la figura B mediante el uso de los siguientes parámetros:

Figura B Amplificador BJT

EJERCICIO 1.B


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a) Determine y b) Encuentre y .

Considere que:

a) Entonces

Solución


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=

b)


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Figura 1.1.13 Elementos capacitivos que afectan a baja frecuencia de un amplificador JFET


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Figura 1.1.14 Determinación del efecto de CG sobre la respuesta a baja frecuencia.

[1.1.22]

[1.1.23]


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Figura 1.1.15 Determinación del efecto de CC en la respuesta a baja frecuencia.


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EJERCICIO 1.C

Determine la frecuencia de corte inferior para el circuito de la figura C con los siguientes parámetros:

Figura C. Amplificador FET

Solución


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Figura 1.1.17. Elementos capacitivos que afectan la alta frecuencia de un amplificador FET.


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Figura 1.1.18. Circuito equivalente de ac en alta frecuencia de la figura 1.1.17


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Las frecuencias de corte definidas por lo circuitos de entrada y salida pueden obtenerse encontrando primero los circuitos Thévenin equivalentes para cada sección, como se muestra en la figura 1.1.19.

Figura 1.1.19. Los circuitos Thévenin equivalentes para a) el circuito de entrada, b) el circuito de salida.


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EJERCICIO 1.D

Determine las frecuencias superiores de corte para cada red de la figura D mediante el empleo de los mismos parámetros que en el ejemplo 1.C:

Figura D. Amplificador FET


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El transistor bipolar o BJT es un dispositivo semiconductor amplificador de corriente, si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor) , una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP.

El FET es un dispositivo semiconductor que controla un flujo de corriente por un canal semiconductor.

El transistor es un dispositivo de 3 terminales con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.

Los terminales de este tipo de transistor se llaman drenaje (drain), fuente (source) y el tercer terminal es la compuerta (gate). La región que existe entre el drenaje y la fuente y que es el camino obligado de los electrones se llama canal. La corriente circula de Drenaje (D) a Fuente (S). La tensión -Vgg para la que el canal queda cerrado se llama "punch-off" y es diferente para cada FET.


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Frecuencia de corte.- frecuencia a la cual el transistor aporta una ganancia de

0.707 ó 70% de la ganancia obtenida a la frecuencia base de cálculo. En otras

palabras, es la máxima frecuencia que puede trabajar con eficacia una etapa

transistorizada.

Capacitancia parásita. Capacitancia que se monta en la señal, provocada por

dispositivos externos a la señal de entrada.

Capacitancia interelectródica. Capacitancia que se forma entre alambres de un

dispositivo(s).


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Una de las mejores etapas con acoplamiento directo de que se dispone es el amplificador diferencial.

El amplificador diferencial es muy utilizado como etapa de entrada de los denominados amplificadores operacionales.

El amplificador diferencial esta compuesto de dos amplificadores de CD de EC acoplados por el emisor, con dos entradas, V1 y V2 , y tres salidas, Vo1 ,Vo2 y Vo . La tercera salida Vo , es la diferencia entre Vo1 y Vo2 .

El amplificador diferencial no opera de manera lineal con señales de entrada grandes.


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Una polarización estable en un amplificador de un solo transistor requiere que se inserte un resistor de retroalimentación o un elemento de alta impedancia entre el nodo común del dispositivo activo y el canal (bus) de alimentación o tierra.

el nodo común de un dispositivo se define como la terminal compartida por los lazos de entrada y de salida en el modelo del circuito en pequeña señal.

Estos esquemas de polarización también actúan para reducir la ganancia del inversor.

Figura 1.3.1 inversor en configuración de polarización por retroalimentación.


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El compromiso entre una polarización estable y una ganancia grande de voltaje del

inversor se puede lidiar poniendo en paralelo el nodo común con tierra mediante un

capacitor de desvío.

En esencia un capacitor de derivación grande, cargado a algún voltaje de polarización

de CD actúa como una “batería” momentánea, cuyo voltaje solamente puede ser

modificado lentamente a lo largo del tiempo.

sin embargo, no es una solución optima, porque al reducirse la frecuencia aumenta la

impedancia de la derivación y llega a ser infinita de CD.


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Otra forma de derivación involucra la adición de un segundo dispositivo activo a la configuración del inversor. El segundo dispositivo comparte el nodo común del dispositivo inversor, y esta polarizado en paralelo, mediante una fuente de corriente compartida de CD. El segundo dispositivo activo proporcionará una trayectoria de derivación de baja impedancia a tierra, requerida para una gran ganancia del inversor.

El dispositivo uno, junto con su elemento en serie, o “cambio de carga de nivel” lleva a cabo la función inversora, en tanto que el dispositivo segunda ejecuta la función de derivación.

Figura 1.3.2 Topología básica del amplificador diferencial, elaborado a partir de dispositivo de tres terminales.


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Un amplificador operacional se puede fabricar a partir de cualquier par de

dispositivos de tres terminales, que exhiban un comportamiento de corriente

controlada o de voltaje controlado, incluyendo BJT, MOSFET, JFET, entre otros.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Mosfet_n.JPG


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Con una relocalización sencilla de las terminales de entrada y de salida se puede hacer que el dispositivo 2 funcione como el inversor y el dispositivo 1 como el dispositivo de derivación.

Figura 1.3.2 Topología básica del amplificador diferencial, elaborado a partir de dispositivo de tres terminales.


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la respuesta del amplificador depende en una forma muy especial de la relación entre las dos señales de entrada.

un amplificador diferencial correctamente diseñado amplificará la diferencia entre sus señales de entrada en un factor de ganancia y el componente promedio de sus señales de entrada por un factor de ganancia mucho mas pequeño.

Figura 1.3.3 amplificador diferencial excitado por dos señales de entrada simultaneas.


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La diferencia entre las señales de entrada V1 y V2 , llamado de modo diferencial de la entrada, se define como

De manera similar el valor promedio, o modo común, de las señales de entrada queda definido como

Esto permite expresar las señales de entrada reales V1 y V2 como combinaciones lineales de sus modos diferenciales y común

Estas definiciones de modo diferencial y de modo común se pueden aplicar a cualesquier dos señales del amplificador.


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Si el voltaje Vo2 se designa como segunda salida, las componentes de modo diferencial y modo común de las señales de salida se convierten en

donde

Si el amplificador no es lineal, las definiciones de modo diferencial y modo común proporcionarán, a pesar de todo, una forma útil de ilustrar el comportamiento del amplificador.


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Este circuito esta formado por dos BJT pareados y dos cargas de cambio de nivel resistivas Rc pareadas.

Para que este amplificador diferencial trabaje correctamente, sus dispositivos activos deberán estar polarizados en la región activa.

En este circuito, se establece una polarización mediante una fuente de corriente constante de cd Ia’ en la practica, Ia es obtenida a partir de uno o mas transistores.

Figura 1.3.4 amplificador diferencial simple elaborado a partir de transistores de unión bipolar.


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Los conceptos de la amplificación diferencial también pueden ser aplicados a un circuito elaborado a partir de JFET.

el amplificador del JFET se fabrica fácilmente a partir de componentes discretos.

En este circuito se incorpora un par diferencial JFET de canal n pareado Q1 y Q2, cargas de cambio de nivel resistiva RD1 y RD2, y un tercer JFET Q3 que funciona como una fuente de corriente de polarización.

A diferencia con los diseños BJT y MOSFET el amplificador tiene propiedades que dependen de las características del JFET.

Figura 1..3.5 Amplificador diferencial a JFET con una fuente de corriente JFET y cargas resistivas.


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La corriente de polarización del emisor es

Suponiendo que los transistores están bien pareados

Dado como resultado un voltaje de colector de


V. M.C.D.


Calcule los voltajes y corrientes del circuito

Datos:

V= 9VRe= 3.3KΩR1 = 3.9KΩR2 = 3.9KΩ

EJEMPLO 1.E


V. M.C.D.


Calculando la corriente del emisor

Con el dato anterior podemos calcular la corriente de colector como

Ocupando el valor de la R1 o R2 y la corriente Ic obtenemos el voltaje de colector


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Este tipo de circuito amplifica señales dentro de una banda relativamente estrecha de frecuencia, centrada en la frecuencia, ωo.Se diseñan para rechazar todas las frecuencias que están por debajo de una

frecuencia de codo inferior fl y por encima de una frecuencia de codo superior fh .

Figura 1.4.1 Respuesta en Frecuencia


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Factor de Calidad (Q) del circuito: en términos generales, el factor de calidad, Q, de un circuito (o elemento de circuito), es una medida de la capacidad que tiene el circuito para almacenar energía durante un ciclo, por oposición a la energía disipada en el mismo. La ecuación 1.4.1 lo define como:

[1.4.1]


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Amplificadores sintonizados

Con circuitos resonantes en serie

Con circuitos resonantes en paralelo

Figura 1.4.3 Circuito Resonante en paralelo.

Figura 1.4.2 Circuito Resonante en serie.


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El circuito de la figura 1.4.4 muestra un circuito resonante serie, en donde la resistencia, Rs representa las pérdidas asociadas de los elementos reactivos a la frecuencia de interés, y de esta forma la inductancia y la capacitancia se pueden considerar, para fines analíticos como ideal o sin pérdidas. La fuente de voltaje también se considera ideal.

El valor de Q del circuito resonante en serie se obtiene mediante la ecuación

Figura 1.4.4 Circuito Resonante en Serie.

[1.4.2]


V. M.C.D.


La figura 1.4.5 muestra un circuito RLC resonante simple en paralelo. En donde al igual que en el circuito resonante en serie, Rp representa las pérdidas que son ocasionadas por los elementos reactivos, se puede deducir una expresión para la Q del circuito en la resonancia en función de, Rp igualando la impedancia terminal Z( jw) en la resonancia para las dos redes de la figura 1.4.5.

Dando como resultado la ecuación 1.4.3:

Figura 1.4.5 Circuito Resonante en paralelo.

[1.4.3]


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Una de las características más importantes de los amplificadores sintonizados, es el ajuste del ancho de banda, y dado que este depende de la Q del circuito sintonizado, es importante comprender mejor la respuesta en frecuencia, y la relación entre la Q del circuito sintonizado, y el ancho de banda del amplificador. Como se indica en la figura 1.4.5, la respuesta esta caracterizada por la frecuencia central ω0, el ancho de banda B de 3 dB, y la selectividad de falda, que suele medirse como la razón entre el ancho de banda de 30 dB y el ancho de banda de 3dB. En muchas aplicaciones, el ancho de banda de 3dB es menor al 5% de Wo. Esta propiedad de banda angosta hace posibles ciertas aproximaciones que pueden simplificar el proceso de diseño.

Figura 1.4.6 Respuesta en frecuencia del amplificador sintonizado.


V. M.C.D.


Cuanto más elevado sea el valor de Q, tanto mas estrecho será el ancho debanda, es decir, el amplificador tendrá mayor selectividad .

Considérese la representación del amplificador sintonizado de la figura 1.4.7. En donde la carga del amplificador es un circuito resonante en paralelo. La gráfica de la figura 1.4.7b representa la respuesta en frecuencia del mismo.La ganancia de voltaje de un amplificador es proporcional a la magnitud de la impedancia de la carga, produciéndose la máxima ganancia a la frecuencia resonante del circuito sintonizado tal como se muestra en la figura 1.4.7b.

Figura 1.4.7 Amplificador resonante en paralelo y curva de respuesta en frecuencia.


V. M.C.D.


El principio básico que sirve de fundamento al diseño de amplificadores sintonizados es el uso de un circuito paralelo LCR como la carga, o a la entrada, de un amplificador de BJT o un FET. Esto se ilustra en la figura 1.4.8 con un amplificador FET que tiene una carga de circuito sintonizado. Para mayor sencillez, no se incluyen los detalles de polarización. Como este circuito utiliza un circuito sintonizado individual, se conoce como amplificador con resonancia a frecuencia única.

Figura 1.4.8 Amplificador resonante en paralelo con FET.


V. M.C.D.


En la figura 1.4.9 se ilustra el circuito equivalente de amplificador. Aquí, R denota el equivalente paralelo de RL y la resistencia de salida ro del FET, y C es el equivalente paralelo de CL y la capacitancia de salida del FET (por lo general muy pequeña).

Figura 1.4.9 Circuito equivalente del Amplificador sintonizado en paralelo con FET.


V. M.C.D.


Del circuito equivalente podemos escribir:

Entonces la ganancia de voltaje se puede expresar como:

Que es una función de banda pasante de segundo orden. Así, el amplificador sintonizado tiene una frecuencia central de :

[1.4.6]

[1.4.5]

[1.4.4]


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Un ancho de banda de 3 dB de:

Un factor Q de

Y una ganancia de frecuencia central de:

Nótese que la expresión para la ganancia de frecuencia central podría haberse escrito por inspección; la resonancia, las reactancias de L y C se cancelan y la impedancia del circuito paralelo LCR se reduce a R.

[1.4.9]

[1.4.8]

[1.4.7]


V. M.C.D.


EJEMPLO 1.FSe requiere diseñar un amplificador sintonizado del tipo que se muestra en la figura 11.39, con fo= 1Mhz, ancho de banda de 3 dB= 10 KHz, y ganancia de frecuencia central= -10 V/V. el FET disponible tiene en el punto de polarización, gm= 5mA/V y ro= 10KΩ. La capacitancia de salida es despreciablemente pequeña. Determine los valores de RL, CL y L.

Figura 1.4.9 Amplificador sintonizado en paralelo con FET y circuito equivalente.


V. M.C.D.


SOLUCION:Ganancia de frecuencia central= -10= -5R. Entonces, R=2KΩ. Como R=RL//ro, entonces RL=2.5KΩ.

y


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Una de las aplicaciones más común de estos amplificadores de banda estrecha es en los sistemas de comunicación, en los cuales la información se encuentra contenida en las frecuencias de bandas laterales, a uno o a los dos lados de una frecuencia central o portadora. Para no perder o distorsionar información y para evitar las interferencias de canales adyacentes de comunicaciones, se imponen requisitos precisos sobre las características de respuesta en frecuencia de los amplificadores del sistema.

Figura 1.4.10 Amplificador sintonizado (Radio)


V. M.C.D.


El ruido generado por los componentes pasivos y activos de un amplificador serán en definitiva los limitadores de la capacidad de amplificar un nivel mínimo de señal

El problema del ruido se puede caracterizar por el fenómeno físico al cual está ligado, por lo tanto se lo puede tipificar de la manera siguiente:

Ruido Térmico

Ruido de Impacto (Shot Noise)

Ruido de Llameo (Flicker Noise)

Ruido Pulsante (Popcorn Noise)

Ruido de Avalancha o de Plasma


V. M.C.D.


Figura1.5.1. Distribución Gaussiana de ruido


V. M.C.D.



V. M.C.D.


Figura 1.5.3. Ancho de banda equivalente


V. M.C.D.



V. M.C.D.


Este ruido pulsante está originado en imperfecciones del material semiconductor y a los implantes de iones pesados en el dopaje y también se lo conoce como ruido de fritura y sus ruidos tienen una presencia aleatoria con frecuencias muy bajas. En transistores de buena factura este ruido es mucho menor porque depende de cuan limpio es el proceso de construcción de los dispositivos.


V. M.C.D.


En las características de un amplificador, es conveniente estudiar cada uno de los elementos que producen ruido como fuentes de ruido estadísticamente independientes, o sea no correlacionadas entre ellas.Primero consideraremos a un amplificador simple de transistor bipolar con un polo simple cuyo modelo de ruido está esquematizado en la figura 1.5.7.

Figura 1.5.7 Circuito equivalente de ruidos en un amplificador simple


V. M.C.D.



V. M.C.D.


y que junto con la fuente de ruido de la juntura base a emisor nos da el modelo del amplificador sin ruido con las fuentes de ruido equivalente a su entrada como se observa en la figura 1.5.8.

Figura 1.5.8: Modelo equivalente de ruido de amplificador simple

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