Diseño de amplificadores

OBJETIVO
• Diseñar mediante BJT dos etapas amplificadoras con una ganancia de voltaje de 10 cada una y
acoplarlas en cascada con la intención de conseguir en global una ganancia de voltaje de 100.
Poniendo atención en obtener un punto de operación estable.
INTRODUCCIÓN
EMISOR COMÚN
RB RL RB RL
La conexión con emisor a tierra es una de las más empleadas en amplificadores a transistor. En un transistor
con emisor a tierra la fase de la señal de entrada se invierte. Esto se debe a que la señal de entrada va de la
base al emisor, lo contrario sucede en el transistor en base común.
La ganancia de corriente para este circuito es:
En esta configuración el transistor tiene una gran ganancia de corriente por lo que la Ic siempre es > Ib.
Debido a que las resistencias de entrada y salida presentan las mismas características que en la configuración
base común, la RB < RL, y la ganancia de corriente es por tanto mayor en la configuración emisor común que
en base común.
El primer paso consistirá en fijar ciertos parámetros para hacer más fácil el diseño, los valores que conocemos
son:
El análisis se realizará en CD y CA, el primero de ellos es en CD para fijar los valores de polarización para
garantizar que el transistor trabaje en la región activa, el diseño será mediante cuatro resistencias como se
muestra:
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Calculamos el equivalente de Thévenin para el circuito de polarización de la base,
de la malla de entrada calculamos la Ib
para la malla de entrada nuestra hipótesis es
por lo tanto en cada una de las resistencias de colector y emisor cae también
y como
entonces proponemos a
para que el punto de polarización sea más estable
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el Vb lo calculamos así
ahora solo resta saber los valores de R1 y R2
Resultados numéricos
Para el análisis en CA es necesario usar el modelo de señal pequeña, este análisis lo utilizaremos únicamente
para obtener un resultado estimado de la resistencia de colector para la ganancia de voltaje de 10 antes
mencionada
El valor arrojado por el análisis es RC = 270ð y rð ð 5.2k
Ya en la práctica para mejorar el desempeño del amplificador y obtener la ganancia deseada, la primera etapa
es como se muestra:
Simulación para una etapa
entrada
Salida
Como podemos notar en las simulaciones nuestra ganancia en voltaje es aproximadamente de 10, con un
desfasaje de 180°, que lo denota la señal de salida invertida con respecto a la entrada.
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La frecuencia de trabajo es de 10kHz para evitar que la vista de la salida no se encuentre en amplitud
máxima.
Ahora acoplamos las dos etapas:
Simulación
entrada
Salida
Como el diseño es para señales pequeñas, si la entrada es demasiado grande podemos provocar que la segunda
etapa entre en saturación, para evitar estos efectos indeseables disminuimos la señal de entrada hasta 2mVpp.
En la simulación se muestran ambas señales, la salida mostrada casi está en fase con la entrada pues la
primera etapa introduce un desfasamiento de 180° y la segunda también, así que teóricamente no existe
desfasamiento alguno.
MEDICIONES
Voltaje de entrada
Voltaje de salida
VS
1.1mVp
V0
108.3mVp
Q1
Q2
VB
VC
(mVP)
1.1
10.4
(mVP)
10.4
108.3
CONCLUSIONES
En el diseño propio del amplificador es importante hacer énfasis en verificar que este trabaje en la región
activa, para esto es importante auxiliarse de las curvas proporcionadas por el fabricante de tal manera que el
diseño fije los parámetros de polarización para que cuando manifestemos en el una señal de entrada esta no lo
haga llegar a la saturación o al corte, con ±30% de margen se puede conseguir este funcionamiento.
En términos de la ganancia cabe notar que se necesita hacer el análisis en CA para pequeña señal para obtener
un valor estimado de la RC, ya en la práctica, para estabilizar el amplificador en términos de la ganancia y
punto de operación, se decidió variar los valores de las resistencias de colector y emisor. Ya que la caída de
voltaje en la resistencia de emisor debe ser aprox. igual al VB también se tuvo que variar un poco a las
resistencias de polarización de la base.
Estos nuevos valores nos otorgan la operación deseada de nuestro amplificador con ganancia en voltaje de
100.
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