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Amplificadores Multietapa

Dr. José Ernesto Rayas Sánchez

Algunas de las figuras de esta presentación fueron tomadas de la página de internet de los autores del texto:

A.S. Sedra and K.C. Smith, Microelectronic Circuits. New York, NY: Oxford University Press, 1998.

2Dr. J.E. Rayas Sánchez

Introducción

! La mayoría de los amplificadores prácticos consisten de varias etapas de amplificación

! Las etapas de entrada proveen de alta impedancia de entrada e inmunidad al ruido (CMRR)

! Las etapas intermedias producen la mayor parte de la ganancia

! Las etapas de salida proveen de una baja impedancia de salida y hacen el ajuste de niveles de C.D.


Amplificador Genérico de n Etapas

vorL

etapa1

etapa2

etapan

Zi1

vi

ii

Zi2 Zi2

Zon

vok = vik+1

io

iok = iik+1

1ii ZZ =

ono ZZ =

)())(( 21 vnvvi

ov AAA

vvA K== )())(( 21 inii

i

oi AAA

iiA K==

pi

o

ii

Lo

i

o

ii

Loiv A

pp

Zi

ri

ii

ZiriAA ====

2

2

2121

))((


Tipos de Acople entre Etapas

! Capacitivo! Inductivo! Directo! Óptico


Acople Capacitivo

! VentajasIndependiza las polarizacionesEn frecuencias medias y altas puede ignorarseAdecuado para implementaciones discretas

! DesventajasAfecta al amplificador en frecuencias bajasDificulta el acoplamiento de impedanciasDificulta la miniaturización (CIs)


Acople Capacitivo (ejemplo)

vo

vi

VCC


Acople Inductivo

! VentajasIndependiza las polarizacionesProduce aislamiento eléctricoFacilita el acoplamiento de impedanciasPermite la sintonización del acoplamiento

! DesventajasLos transformadores son voluminosos y pesadosIntroduce no-linealidades debidas al núcleo del transformadorAfecta tanto a bajas como a altas frecuencias


Acople Directo

! VentajasPermite amplificar señales de C.D.Bajo costoIdeales para implementaciones en CIs

! DesventajasLas polarizaciones de las etapas son mútuamente dependientes Su diseño puede ser complicado


Ejemplo de Acople Directo


Ejemplo de Acople Directo (cont.)

10021 == ββ

15054 == ββ

1507 =β

1808 =β

Polarización



mA25.021 == CC IIseñaletapa 1

RCRC

vd

Ri2Q1 Q2

1m10mV25mA25.0 −Ω==mg



señaletapa 1

RCRC

vd

Ri2Q1 Q2

mid g

rR βπ

22 ==

KΩ20mΩ10

)100(21 == −idR

2)2||( 2

1Cim

vRRgA =

rπgmvπ rπ

gmvπ

RCRC

Ri2vπvπ

vo ++vd/2 -vd/2

gmvd/2 gmvd/2



señaletapa 2 R3

vo1

Ri3Q4 Q5 vo2

Ω==== Kg

rRm

i 5.7mV25/mA1)150(2222

βπ

2)||( 33

2RRgA im

v−=



señaletapa 1 RCRC

vd

Ri2Q1 Q2

58.312

)K40||K5.7(mV25mA25.0

2)2||( 2

1 =ΩΩ

== Cimv

RRgA



señaletapa 3

R4

Q7

R5

vo2

Ri4 vo3

)||( 453 ibo RRiv β−=

)/( 42 Rrvi eoe +=

))(1( 4

2

Rrvi

e

ob ++

=β

Ω=+= K351)K3.225(1513iR

4

45

4

45

2

33

)||())(1(

)||(R

RRRr

RRvvA i

e

i

o

ov

−≈++

−==β

β

re

βibB C

E

ib

re = α /gm ≈ gm-1

))(1( 43 RrR ei ++= β



señaletapa 2 R3

vo1

Ri3Q4 Q5 vo2

49.592

)K3||K351)(mV25/mA1(2

)||( 332 −=ΩΩ−=−= RRgA im

v



señaletapa 4

6)1( Riv bo += β

)/( 63 Rrvi eoe +=

))(1( 6

3

Rrvi

e

ob ++

=β

Ω=+= K9.543)K3mA5mV25(1814iR

998.0K35

K3)( 6

6

34 =

Ω+Ω=

+==

RrR

vvA

eo

ov

re

βibB C

E

ib


))(1( 64 RrR ei ++= βQ8

R6

vo3

vo



R4

Q7

R5

vo2

Ri4 vo3

señaletapa 3

52.6)K3.225(151

)K9.543||K7.15(150))(1(

)||(4

45

2

33 −=

+−=

++−==

RrRR

vvA

e

i

o

ov β

β



Resistencia de salida de la etapa 4

Q8

R6

vo3

vo

re

βibB C

E

ib


Ω=Ω+Ω=+

+= 02.89)181

K7.15mA5mV25(||K3)

1(|| 5

6 βRrRR eo



Características globales

224,12)998.0)(52.6)(49.59)(58.31()()( 41 =−−== vvv AAA L

Ω= KRid 20

Ω= 02.89oR


Ejercicios de Tarea

Resolver problemas 6.51, 6.116, y 6.118 del libro de texto

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