frecuencia en transistores

8/16/2019 Frecuencia en transistores

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Electrón

icaAnalogi

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Respuesta

en

frecuenciade

transistore

s BJT y FET

Daniel

Apolinario

Pozo

Grupo

3!"

#ngenieria

electrica



Introducción.

Hasta el momento no se analizado el comportamiento de circuitos con transistores ante señales

con diferentes rangos de frecuencias. Elementos como capacitancias que sabemos presentan

una reactancia dependiente de la frecuencia de trabajo solo se han analizado en dos estados,

como circuito abierto en análisis DC y como cortocircuito en análisis C. En los circuitos

electr!nicos podemos encontrar no solo elementos pasi"os discretos, sino tambi#n

capacitancias e inductancias propios de los componentes electr!nicos, y capacitancias e

inductancias parasitas debido a los caminos de conductores que interconectan dichos

componentes.

El análisis de la respuesta en frecuencia de los transistores se hace primordial en cuanto a

amplificadores de pequeña señal se refiere, ya que las reactancias de los elementos pasi"os

influencian directamente a la ganancia del amplificador, y en este tipo de amplificadores la

ganancia se requiere sea la má$ima posible.

En la figura podemos obser"ar "arias capacitancias, que se describirán a continuaci!n%

Ci & Capacitancia de entrada para acople de señal alterna al circuito.

Co & Capacitancia de salida para acople de señal alterna a la carga.

Ce & Capacitancia de emisor para aumento de ganancia.

C'i & Capacitancia parasita por camino de conductores antes del transistor.

C'o & Capacitancia parasita por camino de conductores despu#s del transistor.

Cbc & Capacitancia interna del transistor entre base y colector.

Cce & Capacitancia interna del transistor entre emisor y colector.

Cbe & Capacitancia interna del transistor entre base y emisor.

(as capacitancias internas del transistor son generalmente dadas por el fabricante, sus "alores

junto con las capacitancias parasitas por caminos de conductores son del orden de los

picofaradios, mientras que las capacitancias discretas son del orden de los microfaradios

generalmente.



(as inductancias parasitas que puedan e$istir no influyen en gran manera los resultados del

circuito.

Análisis AC con respuesta en frecuencia

(a reactancia de los capacitores es in"ersamente proporcional al "alor de la frecuencia de

trabajo, mientras más baja la frecuencia más alta la reactancia, es por eso que en el análisisDC no se toman en cuenta dichas capacitancias. )ientras mayor sea el "alor de la frecuencia

de trabajo menor será la reactancia, llegando a comportarse el capacitor como un cortocircuito.

El cálculo de la reactancia capaciti"a en "alor de frecuencia se e$presa en la siguiente

ecuaci!n%

X c= 1

SC

Depende de la configuraci!n el resultado obtenido, las configuraciones pueden ser de filtro

pasa bajo, filtro paso alto, y filtro pasa banda *combinaci!n de filtro pasa alto y pasa bajo+.

continuaci!n se muestra la configuraci!n básica de un filtro pasa bajo.

Dicho de una forma sencilla, a bajas frecuencias la reactancia del capacitor es muy alta y la

señal de entrada logra pasar con pocas perdidas, a altas frecuencias la reactancia capaciti"aes muy baja y a la señal de entrada se le dificulta el paso con grandes p#rdidas. Esto quedará

demostrado con las siguientes ecuaciones.

V out =

X c

R+ X c

V ¿

V out =

1

SC

R+ 1

SC

V ¿

V out =

1

1+SRC V ¿

es la frecuencia del sistema, si -C es un "alor muy por debajo de uno, la señal de salida

será muy apro$imada a la señal de entrada, si -C es un "alor muy por encima de uno, la

señal de salida será muy apro$imada a cero. El "alor de /0-C se conoce como el l1mite

entre los e$tremos de alta y baja frecuencia.

continuaci!n se detalla la configuraci!n más básica del filtro pasa alto.



El análisis del filtro pasa alto queda e$puesto mediante las siguientes ecuaciones.

V out =

R

R+ X c

V ¿

V out = R

R+ 1

SC

V ¿

V out =

SRC

1+SRC V ¿

i -C es un "alor muy por encima de uno, la señal de salida será muy apro$imada a la señal

de entrada, si -C es un "alor muy por debajo de uno, la señal de salida será muy apro$imada

a la señal de entrada. El "alor de /0-C se conoce como el l1mite entre los e$tremos de alta y

baja frecuencia.

2ara empezar con el análisis C se necesita primero haber establecido los puntos de operaci!n

del transistor mediante el análisis DC del circuito, luego establecer el modelo equi"alente en

C. El análisis de respuesta en frecuencia se lo realiza de la misma manera en transistores345 y 6E5, siendo lo 7nico que cambia sus circuitos equi"alentes.

Ri

RB1llRB2

R4

Rc

hoe

hie

Ci

CWi Cce

C4

Cbe

CcCBE2

hfeIb

I = 1 !

RlC"o

#i

(uego de haber establecido el circuito equi"alente, el siguiente paso ser1a obtener las

frecuencias de corte para cada capacitor, aunque e$iste un incon"eniente para el capacitor

interno entre los terminales de entrada y salida del transistor *en este caso base y colector+.

2ara resol"er este problema, se utilizará el teorema de )iller, descomponiendo dicha

reactancia interna en dos, una reactancia ubicada a la entrada y otra ubicada a la salida del

transistor, tal como se indica en la siguiente figura.



De donde los "alores de 8/ y 89 que no causan "ariaci!n en los "alores de "oltaje y corriente

del sistema corresponden a%

Z 1= Z

1− Av

Z 2=

Z

1− 1

A v

2ara hallar la frecuencia de corte de cada capacitor, se necesita establecer la resistencia

equi"alente que e$iste entre sus terminales, esto es cortocircuitando las fuentes de "oltaje, y

tomando en cuenta solo una capacitancia a la "ez. continuaci!n se muestra un ejemplo de

esto.

2ara la capacitancia Ci%

(a resistencia equi"alente entre los terminales de Ci es%

R

(¿¿b1/¿ Rb2) /¿ (hie+(h fe+1) R4)

Req= Ri+¿

: su frecuencia de corte estar1a dada por%

S=1/ ReqC i



iendo su comportamiento de un filtro pasa alto.

2ara obtener los l1mites de frecuencia en los cuales "a a operar el circuito, se necesita

determinar las frecuencias de corte para cada capacitor, y seg7n su comportamiento *pasa bajo

o pasa alto+ relacionarlas entre s1, para el l1mite inferior se escoge la frecuencia de corte más

alta entre los filtro pasa bajo, y para el l1mite superior se escoge la frecuencia de corte más baja

entre los filtro pasa alto e$istentes en el circuito. (a diferencia entre estos "alores se conoce

como ancho de banda.

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