t - Departamento de Ingeniería Electrónica

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
TECNOLOGÍA Y COMPONENTES ELECTRÓNICOS Y FOTÓNICOS
Problemas de circuitos con BJTs
AMPLIFICADORES CON BJTs
1) La figura 1 representa un amplificador al que se le ha conectado una señal vi en la
entrada y una carga RL en la salida. Hallar:
a. El punto de polarización del transistor.
b. Los parámetros de pequeña señal hie, hfe y hoe.
c. Dibujar el modelo de pequeña señal del conjunto señal-amplificador-carga a
frecuencias intermedias, suponiendo que los condensadores se han diseñado
para que se comporten como cortocircuitos a dichas frecuencias.
v
d. La ganancia del amplificador Av = o
vi
e. Los parámetros del modelo equivalente del amplificador AvO =
vo ⎞
⎟ , Ri, Ro.
vi ⎟⎠CA
vo
usando el modelo del amplificador con los
vi
parámetros calculados anteriormente.
g. Representar gráficamente las tensiones instantáneas vO(t) y vCE(t) en función
⎛ 2π ⎞
t⎟
del tiempo, si vi (t ) = 0,0423 ⋅ sen⎜
⎝ T ⎠
⎛ 2π ⎞
t⎟
h. Idem que el punto anterior si vi (t ) = 0,063 ⋅ sen⎜
⎝ T ⎠
f. Calcular la ganancia Av =
Datos: VBEact = VBEsat = 0.7 V, VCEsat = 0.2 V, β = 100, Va=50 V, KT/q (300K)=0,025 V
R1 = 100 KΩ, R2 = 16,3 KΩ, RC = 1 KΩ, RL = 1 KΩ, Vcc = 10 V
Vcc
R1
Rc
C
C
Q1
Vo
Vi
R2
Amplificador
figura 1
RL
2) Para el circuito de la figura 2, determinar:
a. El punto de polarización del transistor.
b. Los parámetros de pequeña señal hie, hfe y hoe.
c. Dibujar el modelo de pequeña señal del conjunto señal-amplificador-carga a
frecuencias intermedias, suponiendo que los condensadores se han diseñado
para que se comporten como cortocircuitos a dichas frecuencias.
v
d. La ganancia del amplificador Av = o
vi
Datos: VBEγ = -0.5V, VBEact =-0.7V, VBEsat = -0.8 V, VCEsat = -0.2 V, β = 100,
Rb = 100 KΩ, RC = 1 KΩ, RL = 1 KΩ
-5 V
-10 V
Rb
Rc
C
C
Q1
Vo
RL
Vi
figura 2
3) El circuito de la figura 3 representa a un amplificador compuesto por dos transistores
bjt, más una fuente de pequeña señal con una resistencia interna Rs. Se pide:
a. Calcular el valor de la resistencia Rc1 para que Q1 esté polarizado en activa y
Q2 justo en medio de la zona activa.
b. Calcular el valor de la resistencia Rc1 para que Q1 esté polarizado en activa y
Q2 justo en el límite entre el corte y la zona activa.
c. Dibujar el modelo de pequeña señal del amplificador.
v ⎞
d. Obtener los parámetros AvO = o ⎟⎟ , Ri, Ro.
vi ⎠CA
e. Suponiendo que la señal de entrada, vs(t), es la representada en la figura,
dibujar la tensión instantánea de salida, vO(t), en los casos de polarización a
y b.
Datos: VBEact = VBEsat = 0.7 V, VCEsat = 0.2 V, β = 100, hie = 1KΩ
Rb1 = 100 KΩ, Rb2 = 7,6 KΩ, RC2 = 1 KΩ, RS = 1 KΩ, Vcc = 10 V
Vcc
C
Rc2
Rb1
1
Q2
C
Rs
Vs(mV)
Rc1
1
Q1
Vs
Vi
Vo
2
3
4
(t)
-1
Rb2
-2
figura 3
4) Suponiendo que los condensadores se han diseñado para que se comporten como
cortocircuitos a las frecuencias de trabajo, hallar:
a. El valor de la resistencia Rb2, sabiendo que la tensión de colector de
polarización es VC = 5 V.
b. Dibujar el modelo de pequeña señal del amplificador.
v ⎞
c. Obtener los parámetros AvO = o ⎟⎟ , Ri, Ro.
vi ⎠CA
d. Modificar el circuito para conseguir duplicar la ganancia sin variar el punto
de polarización del transistor.
e. Modificar el circuito para conseguir elevar la tensión de polarización VO sin
variar la ganancia del amplificador.
Datos: VBEact = VBEsat = 0.7 V, VCEsat = 0.2 V, β = 100, hie = 1KΩ,
Rb1 = 10 KΩ, RC = 3 KΩ, Re1 = 100Ω, Re2 = 50Ω, Vcc = 10 V
Vcc
Rc
Rb2
C
C
Q1
Re2
Vi
C
Vo
Rb1
Re1
figura 4
5) La figura 5 se corresponde con un montaje amplificador realizado con un transistor bjt.
a. Teniendo en cuenta que para que funcione correctamente como amplificador
se señal, el transistor debe encontrarse en activa, y suponiendo que Ib es
despreciable frente a Ir, hallar los valores de polarización VB, VE y VC.
b. Dar un orden de magnitud para R, de forma que se cumpla que Ib << Ir.
(Considere por ejemplo, que Ib = 0.01·Ir).
c. Dibujar el modelo de pequeña señal del amplificador, sabiendo que los
condensadores se han diseñado para que se comporten como cortocircuitos a
las frecuencias de trabajo.
v
d. Obtener la amplificación del sistema Av = o
vi
e. Si Vi = 5 + K ⋅ sen(ωt ) es la señal instantánea que se aplica en la entrada del
amplificador (K << 5), cuales serán las tensiones instantáneas vB(t), vE(t),
vC(t) y vO(t).
Datos: VBEact = VBEsat = 0.7 V, VCEsat = 0.2 V, β = 100, hie = 1KΩ,
Rc = 1 KΩ, Re = 100Ω, Vcc = 10 V
Vcc
Rc
9R
C
C
Ir
Q1
Vo
Vi
Re
R
C
figura 5
6) Se tiene un amplificador de dos etapas construido con transistores npn. La carga RL se
puede conectar a la salida del amplificador, bien en el punto A, o bien B, obteniéndose así
dos configuraciones diferentes. Se pide:
a. Calcular los valores de las tensiones VB, VE, VC y corrientes de polarización
IB, IE, IC de las dos etapas amplificadoras.
b. Hallar los parámetros de pequeña señal hie y hfe de los amplificadores.
c. Dibujar el modelo de pequeña señal de la primera etapa amplificadora.
v ⎞
d. Hallar los parámetros AvO = o ⎟⎟ , Ri, Ro de la primera etapa.
vi ⎠CA
e. Dibujar el modelo de pequeña señal de la segunda etapa amplificadora en el
caso de tener una configuración tal que una carga RL = 10 K esté conectada
al punto A (configuración A).
v ⎞
f. Hallar los parámetros AvO = o ⎟⎟ , Ri, Ro de la segunda etapa en
vi ⎠CA
configuración A.
g. Hallar los parámetros AvO =
vo ⎞
⎟ , Ri, Ro de la segunda etapa cuando la
vi ⎟⎠CA
carga RL se conecta al punto B (configuración B).
vo
cuando se conecta la carga RL
vi
en configuración A, a partir de los modelos equivalentes de los
amplificadores.
v
i. Hallar la ganancia del amplificador Av = o cuando se conecta la carga RL
vi
en configuración B, a partir de los modelos equivalentes de los
amplificadores.
h. Hallar la ganancia del amplificador Av =
Datos: VBEact = VBEsat = 0.7 V, VCEsat = 0.2 V, β = 200
20 V
2.2K
2.2K
15K
C
15K
C
A
C
Q1
Q2
C
B
Vi
4.7K
1K
C 4.7K
figura 6
Vo
1K
RL
Resultados:
1)
a) VBE = 0.7 V, VCE = 5 V, IB = 50 μA, IC = 5 mA
b) hfe = 100, hie = 0,5 KΩ, (hoe)-1 = 10 KΩ
Vi
R1//2
hie hfe·ib
-1
vo
RC
hoe
RL
c)
d) Av =
vo
= −95,3
vi
e) AvO =
f)
Av =
vo ⎞
⎟ = −182 , Ri =0,483 KΩ, Ro =0,91 KΩ
vi ⎟⎠CA
vo
= −95,3
vi
10
9
vCE(t)
5
4
vCE(t)
5
vO(t)
vO(t)
1
0,25T
-4
0,75T
T
Apd. f
(t)
0,25T
0,75T
Apd. g
-5
g)
2)
a) VEB = 0.7 V, VEC = 5.7 V, IB = 43 μA, IC = 4.3 mA
b) hfe = 100, hie = 0,58 KΩ
Vi
Rb
c)
d) Av =
3)
vo
= −86.2
vi
a) RC1 = 63 KΩ
b) RC1 = 104 KΩ
hie hfe·ib
RC
vo
RL
T
(t)
ib1
B1
vi
ib2
C1=B2
hie hfe·ib1
Rb1//2
RC1
E1
C2
hie hfe·ib2
E2
E1=E2
c)
d) AvO =
vo ⎞
⎟ = −10000 , Ri =1 KΩ, Ro =0,88 KΩ
vi ⎟⎠CA
9.36
9.36
vO(t)
vO(t)
4.68
4.68
1
2
3
(t)
4
1
Apd. a
e)
4)
2
ib
hie hfe·ib
RC
R1//2
vi
vo
RE1
b)
c) AvO =
vo ⎞
⎟ = −30 , Ri =5 KΩ, Ro =3 KΩ
vi ⎟⎠CA
Cambiando el condensador de Re2 a Re1.
Opciones:
Aumentar Rb2 => ib baja => ic baja => Vo sube
Disminuir Rb1 => ib baja => ic baja => Vo sube
Aumentar Re2 => ic baja => Vo sube
5)
a) VB = 1 V, VE = 0.3 V, VC = 7 V
b) R = 330 Ω
ib
vi
0.9 R
hie hfe·ib
c)
d) Av =
vo
= −100
vi
3
Apd. b
a) Rb2 = 81 KΩ
d)
e)
•
•
•
vo
RC2
RC
vo
4
(t)
e) V = pequeña señal + componente continua
• Vi = 5 + K ⋅ sen(ωt )
VB = 1 + K ⋅ sen(ωt )
VE = 0.3 + 0
VC = 7 − 100 K ⋅ sen(ωt )
•
•
•
6)
a) VB = 4.7 V, VE = 4 V, VC = 11.2 V, IB = 0.02 mA, IE = 4 mA, IC = 4 mA
b) hie = 1.3 KΩ, hfe = 200
ib
vi
c)
d) AvO =
4.7K
15K
hie hfe·ib
vo
2.2K
vo ⎞
⎟ = −338.5 , Ri =0.95 KΩ, Ro =2.2 KΩ
vi ⎟⎠CA
ib
hie hfe·ib
vi
4.7K
2.2K
15K
vo
RL
1K
e)
f)
AvO =
vo ⎞
⎟ = −2.2 , Ri =3.5 KΩ, Ro =2.2 KΩ
vi ⎟⎠CA
ib
hie hfe·ib
vi
4.7K
2.2K
15K
1K
g)
h) AvO =
vo
RL
vo ⎞
⎟ = 1 , Ri =3.5 KΩ, Ro =6.5 Ω
vi ⎟⎠CA
i)
AvO =
vo ⎞
⎟ = 374.8
vi ⎟⎠CA
j)
AvO =
vo ⎞
⎟ = 207.8
vi ⎟⎠CA
k) La configuración A resulta ser más ventajosa. Por debajo de RL = 1.83 KΩ empieza a
ser más ventajosa la configuración B.