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Sesión 19 Respuesta en Frecuencia de Amplificadores con Transistores Componentes y Circuitos Electrónicos Pablo Acedo www.uc3m.es/portal/page/portal/dpto_tecnologia_electronica/Personal/PabloAcedo Respuesta en Frecuencia de Amplificadores con Transistores CONTENIDOS • • • • Fundamentos y las herramientas utilizadas en el análisis en frecuencia de circuitos amplificadores con transistores. Modelo en pequeña señal en alta frecuencias para BJT y FET. Análisis en alta frecuencia de circuitos amplificadores. Método de las constantes de tiempo en Circuito Abierto. Ejemplos. Análisis en baja frecuencia de circuitos amplificadores. Método de las constantes de tiempo en Cortocircuito. Ejemplo. UC3M 2009 CCE - Sesión 19 2 Fundamentos Circuito RC Paso Bajo 20log|Vo(jω)/Vg(jω) | (dB) 0dB -20dB V 1 T (s) = o = Vg 1 + ( s / ω0 ) T ( jω ) = 1 1 + (ω / ω0 )2 −1 φ (ω ) = − tan (ω / ω0 ) UC3M 2009 φ (ω) 0º ωo/10 ωo 10ωo ωo/10 ωo 10ωo ω=2πf ω=2πf -45º -90º CCE - Sesión 19 3 Fundamentos Circuito RC Paso Alto 20log|Vo(jω)/Vg(jω) | (dB) 0dB -20dB Vo s T ( s) = = Vg s + ω0 ωo/10 90º 1 + (ω0 / ω ) 2 45º φ (ω ) = tan −1 (ω0 / ω ) 0º UC3M 2009 10ωo ωo/10 ωo 10ωo ω=2πf φ (ω) 1 T ( jω ) = ωo CCE - Sesión 19 ω=2πf 4 Fundamentos Diagrama de Bode (Amplitud y Fase) 20log|Vo(jω)/Vg(jω) | (dB) 20log(Ao) dB 20dB ω1/10 90º 45º 0º -45º -90º UC3M 2009 φ (ω) ω1 10ω1 ω2/10 ω2 10ω2 10s T ( s) = 1 + s / 102 * 1 + s / 105 ( )( ω=2πf ) ω2/10 ω2 10ω2 ω1/10 ω1 10ω1 CCE - Sesión 19 ω=2πf 5 Funadamentos: Tres Bandas de Frecuencia 20log|Av (jω)| (dB) Frecuencias medias Baja frecuencia Ci, Co, Ce 20log(Ao) dB fci UC3M 2009 Alta frecuencia Cπ, Cµ Ancho de banda CCE - Sesión 19 fcs f (Hz) 6 Modelo en Pequeña Señal en Alta Frecuencia BJT Frecuencia de Transición UC3M 2009 gm fT = 2π (Cπ + Cµ ) CCE - Sesión 19 7 Modelo en Pequeña Señal en Alta Frecuencia FET Frecuencia de Transición UC3M 2009 gm fT = 2π (C gs + C gd ) CCE - Sesión 19 8 Análisis en alta frecuencia de circuitos amplificadores. • • • La Respuesta en alta frecuencia de circuitos con transistores está fijada por los condensadores internos y las constantes de tiempo asociadas. En general, se hará la suposición de que la respuesta en frecuencia viene fijada por un POLO DOMINANTE. De esta manera, el análisis en alta frecuencia se reduce al cálculo de la frecuencia de corte superior asociada a este polo dominante. El cálculo del polo dominante se realizará aplicando el MÉTODO DE LAS CONSTANTES DE TIEMPO EN CIRCUITO ABIERTO. UC3M 2009 CCE - Sesión 19 9 Método de las Constantes de Tiempo en Circuito Abierto. 1 f cs (3dB) = 2π 1 0 ∑ Ri Ci i Donde: Ci son cada uno de los condensadores que actúan en alta frecuencia: Condensadores intrínsecos a los dispositivos (circuito equivalente), o condensadores pequeños de característica paso-bajo introducidos para controlar la respuesta en frecuencia del circuito. R0i es la impedancia que ve cada uno de los condensadores con el resto EN CIRCUITO ABIERTO UC3M 2009 CCE - Sesión 19 10 Método de las Constantes de Tiempo en Circuito Abierto. EJEMPLO (I) UC3M 2009 CCE - Sesión 19 11 Método de las Constantes de Tiempo en Circuito Abierto. EJEMPLO (II) Rµ0 = RB // rπ // Rg (1 + g m RC // RL ) + RC // RL Rπ0 = RB // rπ // Rg 1 1 fcs = 2π Cπ (rπ // RB // Rg ) + Cµ (RB // rπ // Rg (1+ gmRC // RL ) + (RC // RL )) UC3M 2009 CCE - Sesión 19 12 Teorema de Miller. Ejemplo (I) Cmu (1-K) K = − gm RC // RL UC3M 2009 CCE - Sesión 19 13 Teorema de Miller. Ejemplo (II) Comparación con Polo Dominante 1 1 fcsM = 2π (rπ // RB // Rg ) [Cπ + Cµ (1+ gmRC // RL )] 1 1 fcs = 2π Cπ (rπ // RB // Rg ) + Cµ (RB // rπ // Rg (1+ gmRC // RL ) + RC // RL ) UC3M 2009 CCE - Sesión 19 14 Análisis en baja frecuencia de circuitos amplificadores. • • • La Respuesta en baja frecuencia de circuitos con transistores está fijada por los condensadores de acoplo y las constantes de tiempo asociadas. En general, se hará la suposición de que la respuesta en frecuencia viene fijada por un POLO DOMINANTE. De esta manera, el análisis en baja frecuencia se reduce al cálculo de la frecuencia de corte inferior asociada a este polo dominante. El cálculo del polo dominante se realizará aplicando el MÉTODO DE LAS CONSTANTES DE TIEMPO EN CORTOCIRCUITO. UC3M 2009 CCE - Sesión 19 15 Método de las Constantes de Tiempo en Cortocircuito. 1 f ci (3dB) = 2π 1 ∑ R ∞C i i i Donde: Ci son cada uno de los condensadores DE ACOPLO presentes en el circuito. R∞i es la impedancia que ve cada uno de los condensadores con el resto EN CORTOCIRCUITO UC3M 2009 CCE - Sesión 19 16 Método de las Constantes de Tiempo en Cortocircuito. EJEMPLO (I) UC3M 2009 CCE - Sesión 19 17 Método de las Constantes de Tiempo en Cortocircuito. EJEMPLO (II) ∞ RCi UC3M 2009 = Rg + RB // rπ CCE - Sesión 19 18 Método de las Constantes de Tiempo en Cortocircuito. EJEMPLO (III) ∞ RE UC3M 2009 = RE // rπ + ( Rg // RB ) 1 + β0 CCE - Sesión 19 19 Método de las Constantes de Tiempo en Cortocircuito. EJEMPLO (IV) ∞ Co R = RC + RL UC3M 2009 CCE - Sesión 19 20 Método de las Constantes de Tiempo en Cortocircuito. EJEMPLO (V) 1 1 1 1 fci = + + rπ + (Rg // RB ) Co (RC + RL ) 2π Ci (Rg + RB // rπ ) CE RE // 1+ β0 UC3M 2009 CCE - Sesión 19 21 Ejercicio Propuesto +Vdd = 15 V RS = 560Ω RG = 1 MΩ Rg = 50 Ω RD = 5,6 KΩ RL=10 KΩ Ci = 10 µF C0=10 µF Transistor: IDSS= 10 mA VP = -2 V Cgd=0.36 pF Cgs=1 pF ID = IDSS · (1-VGS/VP)2 UC3M 2009 CCE - Sesión 19 22
