Sesin 13El transistor como dispositivo amplificador: polarizacin y parmetros de pequea seal.Componentes y Circuitos ElectrnicosJos A. Garcia Soutowww.uc3m.es/portal/page/portal/dpto_tecnologia_electronica/Personal/JoseAntonioGarcia

Transistor como Dispositivo AmplificadorOBJETIVOS Entender el principio de amplificacin mediante un BJT y la necesidad de la polarizacin. Analizar circuitos de polarizacin para BJT. Recta de carga y punto de trabajo. Conocer y utilizar los circuitos equivalentes de Pequea Seal de transistores BJT. Conocer los parmetros bsicos asociados al funcionamiento en pequea seal de transistores BJT: hfe, 0, gm, r, r0. Y calcularlos a partir del punto de trabajo.CCE - Sesin 13 2

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Concepto de amplificacin con BJTIC (mA) 60 50 40 30 20 10

SATURA Vo 0 V

AMPLIFICACION Vo = GVi CORTE Vo = Vcc0 0,2 0,4 0,6 0,8 VBE (V)

Pequeas variaciones de Vi se traducen en mayor variacin de Vo aportando ganancia Vo/Vi Es preciso situarse alrededor de un punto de trabajo VBE-Q, VCE-QUC3M 2009 CCE - Sesin 13 3

El transistor como amplificadorICVBB es una fuente de continua que con RB proporciona un punto de trabajo (polarizacin) : vg = 0IB (A) 60 50

IBVCEVBE

40 IB 30

IE

20 10 VBB VBE (V)

VBE

Introducimos una seal variable sumada a VBB

VBB + vg

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Recta de carga dinmicaIB (A) 60 50 IBQ IB 40 30 20 10 VBE 0 0,2 0,4 VBEQ 0,6 0,8 VBE (V) Q

Las variaciones de la tensin de entrada se traducen en desplazamientos de la recta de carga:

(VBB + vi ) vBE iB = RB

Se producen pequeas variaciones de la tensin base-emisor y de la corriente de base del dispositivo alrededor del punto de trabajo.UC3M 2009 CCE - Sesin 13 5

Recta de Carga (II)Recta de carga esttica (Punto de trabajo)IC (mA) 6 5 60 A 50 A IB =40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 0 2 4 6 8 10 12 14 16 V CE (V)

Recta de carga dinmica (Variaciones en la salida)IC (mA) 6 5 ICQ 4 3 2 VCE 1 0 2 4 6 8 VCEQ 10 12 14 IC Q IB 60A 50A IBQ=40A 30ARECTA DE CARGA ALT.

IC 43 2 1

20A 10A 0A 16 18

VCE

VCC

VCE (V)

VCC vCE iC = RCUC3M 2009

La corriente de colector vara proporcional a la corriente de base (y a la tensin base-emisor). Se producen variaciones de la tensin colector-emisor (salida) amplificadas con respecto a la tensin de entrada.CCE - Sesin 13 6

Ejemplo: amplificador en emisor comnIB (A) 60 50 IBQ IB 40 30 20 10 VBE 0 0,2 0,4 VBEQ 0,6 0,8 VBE (V) Q

Vi 200mVVBEQ 0,6V

I BQ 40 AVBE 50mVI B 10A

EJEMPLO RC = 3 k RB = 15 k VCC = 18 V VBB = 1,2 V = 100 vi = 0,2 V (pico)UC3M 2009

IC (mA) 6 5 ICQ 4 3 2 VCE 1 0 2 4 6 8 VCEQ 10 12 14 IC Q IB

60A 50A IBQ=40A 30ARECTA DE CARGA ALT.

I CQ 4mAVCEQ 6V

I C 1mA

VCE 3V

20A 10A 0A 16 18

VCE (V)

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Variaciones de pequea sealIC (mA)60 50 ICQ 40 30 20 10 Q

Relacin entre las variaciones de la corriente de colector y las variaciones de la tensin baseemisor (curva de transferencia).

ICVBE

Si se producen pequeas variaciones alrededor del punto de trabajo (pequea seal), puede establecerse una aproximacin lineal de transconductancia gm. Ser generalizable a otros dispositivos transistores

VBEQ

VBE (V)CCE - Sesin 13 8

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Transistor como Dispositivo AmplificadorOBJETIVOS Entender el principio de amplificacin mediante un BJT y la necesidad de la polarizacin. Analizar circuitos de polarizacin para BJT. Recta de carga y punto de trabajo. Conocer y utilizar los circuitos equivalentes de Pequea Seal de transistores BJT. Conocer los parmetros bsicos asociados al funcionamiento en pequea seal de transistores BJT: hfe, 0, gm, r, r0. Y calcularlos a partir del punto de trabajo.CCE - Sesin 13 9

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Circuitos de polarizacin

Fijar un punto de trabajo estable insensibilizado frente a los parmetros del transistor. Optimizar el circuito amplificador de seal. Separar el circuito de polarizacin si es necesario (acoplo de seal).UC3M 2009 CCE - Sesin 13 10

Ejemplo: AutopolarizadoCircuito prctico

Se insensibiliza frente a la ganancia de corriente del transistor. Estabiliza el punto de trabajo frente a VBE, hFE, etc.UC3M 2009 CCE - Sesin 13 11

Ejemplo: Espejos de corriente

I O 2 = I refUC3M 2009

R2 = 10 I ref R3CCE - Sesin 13

I O1 I ref12

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Circuito equivalente de pequea seal GENRICO: BJT, FET, MOSFET, Otros.

rinIB (A)60 50 IBQ Q 4030 20 10

gmIC (mA)60 50 ICQ 40 30 20 Q

ro

IC (mA) 65

IB =40 A

30 A

20 A

IB

ICVBE

IC

4 3 2 1 0 A 10 A

VBE0,2 0,4 VBEQ 0,6

10

0

VBE (V)

VBEQ

VBE (V)

-V A

0

2

4

6

8

10 12 14

V CE (V)

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Modelo de transconductancia del BJT: Modelo hbrido en C B E C Cs n+ rb rc n n+ p SUSTRATO n+ p C

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BJT Completo: Capacidades parsitas y resistencias parsitas incluidas (E-C)

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BJT Simplificado: Sin elementos parsitos despreciables y a frecuencias bajas(E-C)

re, rc 0, ZCs Frecuencias bajas: Real(ZC), Real(ZC ) An es simplificable: rb 0 , ro

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MODELO HIBRIDO EN (Ecuaciones de Ebers-Moll) vVBE iC = I S e T 1 VT = KT q

Ecuaciones:

v = ib r vbe = ib(r+rb) ic = gmv = gm r ibi gm = c vbe

ic o = ibUC3M 2009

vce =0,VCEQ

vce = 0 ,VCEQ

vce r0 = ic

ib = 0 , I BQ19

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Parmetros Pequea Seal gm 0 r r0gm = I CQ VT ( 1 )

VT

Tamb = 300 K

25.6mV 25mV

r =

ogm

( )

o = gm r

VA r0 = ( ) I CQ

Catlogo hfe, hie Cob, CibUC3M 2009

BC547

BD335

2N222

Buscar BC547, BD335, 2N222 en http://www.fairchildsemi.com/

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Circuitos prcticos de polarizacin y sealEJEMPLO Vcc = 12 V IC 1 mA VE 0 V (DC) R1,R2,RE=? RL 1K Rg = 50 Cin = 10F Co = 100F Q1 = BC547B (F o 300) (VBE-ON = 0,7 V) (VCE-sat = 0,2 V)

Dibujar el circuito equivalente en continua. Obtener el punto de trabajo. Dibujar el equivalente de pequea seal. Calcular los parmetros de pequea seal.UC3M 2009 CCE - Sesin 13

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