amplificador_multietapa.pdf

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL CIRCUITOS ELECTRÓNICOS

ING. TARQUINO SÁNCHEZ

44

CAPÍTULO

2 ANÁLISIS Y DISEÑO DE AMPLIFICADORES

MULTIETAPA

2.1 INTRODUCCIÓN:

A menudo los amplificadores se conectan en serie (cascada), como se muestra en la

fig. 2.1.

La carga del primer amplificador es la impedancia de entrada del segundo amplificador.

Por lo general Av1≠Av2, Ai1≠Ai2, en la práctica las etapas iniciales pueden ser

amplificadores de voltaje y los últimos de corriente.

Fig. 2.1 Esquema de Amplificadores Multietapa.

GANANCIA DE VOLTAJE

GANANCIA DE CORRIENTE

GANANCIA DE POTENCIA



45

2.2 ACOPLAMIENTO DE ETAPAS AMPLIFICADORAS

Son 3 tipos de acoplamientos entre etapas de un sistema en cascada:

a) ACOPLAMIENTO RC(el más utilizado)

b) ACOPLAMIENTO DIRECTO

c) ACOPLAMIENTO POR TRANSFORMADOR

A continuación detallaremos cada uno de estos acoplamientos:

2.2.1 AMPLIFICADOR EN CASCADA CON ACOPLAMIENTO RC

La función principal de las etapas en cascada es conseguir la mayor ganancia total

puesto que la polarización y los cálculos de A.C. provienen de aquellas deducidas para

etapas individuales.

VENTAJA: La polarización de la primera etapa VBQDC debido a que el capacitor es circuito abierto

para DC.

DESVENTAJAS: En el amplificador un acoplamiento RC se tiene una RESPUESTA DE FRECUENCIA como

indica en la fig. 2.2, en la cual se aprecia que existe una caída en bajas frecuencias

debido a un aumento en las reactancias XCB, XCC, XCE y el límite superior se determina

por los capacitores para estos de la real y es dispositivo activo.

Fig. 2.2 Respuesta de Frecuencia.



46

Ejercicio

Determinar , , ,

Análisis para la Primera Etapa

a) =

= ||

=20K||4K = 3.33K

–

=

= 10.83Ω

)= (51)( 10.83Ω)= 552.33 Ω

Ω = 473.75 Ω

+

CE1

470uF

1kHz

Vin

+

CC10.5uF

+

CE2500uF

+ Vcc20V

+

CC20.5uF

Q22N3904

+

CB10.5uF

Q12N3904

RB42k

RB310k

RE11k

RE210.12K

RL1k

RC22k

RE22

0.88k

RB24k

RB120k

RC14k



47

b) = 2k||1K= 0.666K = 666 Ω

Fig. 2.3. Circuito Equivalente de la primera etapa.

= = 10k||2K = 1.6K

=

= 0.12k+0.88K = 1K

;

=

= 0.0498mA = 0.05mA= 50µA

= (50)(0.05mA) = 2.5mA =

= 10.4Ω

)= (51)( 10.4Ω+120 Ω)= 6.6K

= 1.287K

c) Ganancia de corriente,

Etapa 1

=

=

=

Ω = 0.86

=

= -

= -0.76



48

=-0.76 32.68 = 33

=

= - 33

Análisis para la Segunda Etapa

=

=

=

= 0.2

=

= -

= -0.66

=-0.66

=

= - 6.66

= – 219.78 220

d) Ganancia de Voltaje

Etapa 1

= || = 4k||1.287k = 0.974k

=

Ω = 89.95

= || = 2K||1K= 0.666K

=

Ω Ω = 5.12

= 460.5

e) Cuanto vale que puede ingresar sin que se produzca recortes.

+

- = 2.4 (2k||1K)

= 2.5mA (2k||1K) = 1.66V



49

=

= 3.6mV

Fig. 2.4. Análisis de Voltajes para condición de recorte.

2.2.2 AMPLIFICADORES JFET-TBJ EN CASCADA CON ACOPLAMIENTO RC

Fig. 2.5 Amplificador en cascada con acoplamiento RC

+ Vcc 20V

Vin

Cc 0.5uF

CE 27uF

Cs 100uF

0.5uF

CG 0.05uF

Q1

Q2

RE 1k

Rc 2.2k

RB2 4.7k

RB1 15k

RS 680

RD 2.4k

RG 3.3M



50

Calcular ZIN1, ZIN2, Av, Zo, Vo

Análisis Segunda Etapa

Análisis Primera Etapa



51

Ω

2.2.3 AMPLIFICADORES CON ACOPLAMIENTO DIRECTO

- El acoplamiento de este tipo es necesario en las aplicaciones de muy baja

frecuencia.

- Los niveles de DC de una etapa están relacionados con los niveles de DC de las

otras etapas.

- Uno de los problemas asociados con las redes de acoplamiento directo es la

estabilidad.

Ejercicio

Fig. 2.6 Amplificador con acoplamiento directo.

2

22

1

2211

//

//

E

LC

E

EC

R

RRAv

R

RRAv

RC2 0.8k

RE2 1.1k

RL 10k

RB2 300K

RB1 300k

RE1 1.2k

RC1 3k

+ Cc

Q2

β2=100 + Vcc 12V Q1

β1=40 +

CG

Vin +

Vo



52

Fig. 2.7 Ancho de banda con acoplamiento directo.

POLARIZACIÓN:

vvv

mVre

vmAKmAK

v

vvvv

vvv

vmAK

v

mAK

mVre

mAA

A

K

KK

v

K

v

R

R

BB

BB

BE

1.686.512V

5.37.33mA

26

86.533.78.0VI33.71.1

1.8I

1.87.08.8V8.8V

8.82.312V

2.3064.13V

27.1V

064.12.1IRV

4.241.064mA

26

064.16.2640I II

9.10

150

2.1411

150

7.0

Ω300

12

R11

V

R

V

I

C2

2

RC2C2E2

E2B2

C1

RC1

E1

E1E1E1

1

B11C1E1

1

E11

1B1

cc

B1

ANÁLISIS AC:

KKRreZ

KKKRreRZ

E

EBB

45.111)1.15.3)(101())(1(

6.372.14.2441//150))(1//(

222in2

1111in1



53

44.124

))()((

04.788.0

6.3766.1

67.0

1.15.3

8.0//10

//

38.2

2.14.24

45.111//3

//

21

2

22

22

1

11

in211

PT

iiPT

i

E

LC

E

C

A

AAvAvAAvA

K

KA

Av

K

KK

Rre

RRAv

Av

K

KK

Rre

ZRAv

2.2.4 AMPLIFICADORES EN CASCADA CON ACOPLAMIENTO POR

TRANSFORMADOR

- Se utiliza el transformador para lograr condición de máxima transferencia de

potencia.

Fig. 2.8 Acoplamiento con Transformador.

VENTAJAS:

- La operación es un poco más eficiente que la de los transistores con

acoplamiento RC debido a la baja resistencia CD de colector. La resistencia en

el primario está en el orden de unos pocos ohmios, lo que produce una menor

pérdida de potencia CD en operación.

DESVENTAJAS:

- Mayor tamaño del sistema debido a los transformadores.



54

- Respuesta de frecuencia más pobre debido a los elementos reactivos (L, C

entre vueltas).

- Mayor costo.

Fig. 2.8 Ancho de banda de acoplamiento con transformador.

2.3 TIPOS DE CONFIGURACIÓN MULTIETAPA

Dependiendo del tipo de configuración (EC, BC, CC) que se coloque en cascada se

puede obtener:

a)

1.- EC-EC:

- Mayor ganancia de voltaje y corriente: A potencia alto.

- Vo en fase con V.

- Alta impedancia de entrada.

2.- EC-BC: CONFIGURACIÓN CASCODE

- Muy usado en frecuencias muy altas.

- Alta impedancia de entrada con baja ganancia de voltaje de tal manera que

proporcione una buena operación en alta frecuencia.

3.- EC-CC

- Acoplar impedancias de alta a baja.

b)

1.- BC-EC, BC- BC, BC - CC:

No es usado por cuanto la configuración BC no proporciona Ai. Únicamente tiene

sentido en acoplamiento de impedancias.



55

1. BC-EC: Acoplar, impedancia baja, impedancia alta.

2. BC-BC: No es usado.

3. BC – CC: Acoplador de impedancias bajas.

c)

1. CC-EC: Acoplador de impedancias altas.

2. CC-BC: Amplificador diferencial. La base.

3. CC-CC: Da una buena ganancia de corriente y constituye la configuración

DARLINGTON.

CC: Zin alto

Zo bajo

2.3.1 DISEÑO DE AMPLIFICADOR EN CASCADA

Diseñar un amplificador que cumpla con los siguientes requisitos:

Vin=0.01V

Vp=10mV

Av=120

RL=4.7KΩ

Zin>1.5KΩ

Β=100

Fig. 2.9 Amplificador en cascada

Se debe tomar en cuenta que A1<A2

Diseño de la Segunda etapa

Si Escogemos



56

SEA

Recalculando:



57

Diseño de la Primera etapa



58

=

Recalculando:

Cálculo de Capacitores

Para



59

Tomo un valor de capacitancia estandarizado mayor, para un voltaje determinado.

Para


Para


Para

Para



60


Ejercicio resuelto

Diseñar un amplificador con JFET-BJT en configuración Fuente Común -

Emisor Común que cumpla con las siguientes condiciones:

Vi=10mV

Av=200

RL=4.7kΩ

Zin>100kΩ

Β=120

Fig. 2.10 Diagrama de etapas del circuito a diseñar

La frecuencia mínima de trabajo es 1KHz.

Desarrollo

Diseño de la Segunda etapa



61

Escogemos RC < RL.

SEA

Recalculando:



62


Para


Para

CC=1uF

Diseño de la PRIMERA etapa

La frecuencia mínima de trabajo es 1KHz.



63

Datos del J fet

Escogemos RD < RL

Por polarización

Por condición de diseño



64

Y

Estandarizado

Compruebo la ganancia



65


Para

Para

Para


Como cambie el voltaje Vcc debo re calcular la segunda etapa las resistencia

1 de la base:

(Redefino segunda etapa)

Tomo un valor de resistencia estandarizado menor, para tener un I1 mayor.

=25.03*8 = 200.2



66

Fig. 2.11. Amplificador Multietapa Resultante.

amplificador_multietapa.pdf

Documents