Ejemplo de un amplificador en cascada utilizando FET

Diseñe un amplificador utilizando FET que cumpla con las siguientes condiciones: o ∣AV∣ ≈ 200

o Ri ≥ 200kΩ

o RO ≤ 5kΩ

Utilice el transistor 2N3822. Tome VGSoff = -2V; IDSS = 4mA y gos = 20µs.

Solución Suponer VDD = 12V. Calcular 𝐼_𝐷 =1 2𝐼𝐷𝑆𝑆 = 2𝑚𝐴 Calcular 𝑉_𝑅𝑆 =1 3𝑉𝐷𝐷 = 4𝑉 Calcular 𝑅_𝑆 =𝑉𝑅𝑆 𝐼𝐷 = 4𝑉 2𝑚𝐴 = 2𝑘Ω

Calcular VGS mediante ecuación de saturación

𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆(1 − 𝑉𝐺𝑆

𝑉𝐺𝑆𝑜𝑓𝑓)

2

Despejando VGS y sustituyendo se obtiene: VGS = -0.58V

Calcular VR2 mediante LKV (Ley de Kirchhoff de voltaje)

𝑉_𝑅2= 𝑉_𝐺𝑆+ 𝑉_𝑅𝑆 = 0.58 VR2= -0.58V + 4V = 3.42V

Calcular R1 mediante divisor de voltaje (DV):

𝑉_𝑅2= 𝑉𝐷𝐷𝑅2

𝑅1+𝑅2

Despejando y sustituyendo en la ecuación se obtiene: R1 = 1.4MΩ

Se considera RD = 5kΩ

Calcular 𝑔_𝑚 = 2𝐼𝐷𝑆𝑆

𝑉𝐺𝑆𝑜𝑓𝑓(1 −

𝑉𝐺𝑆

𝑉𝐺𝑆𝑜𝑓𝑓)

Despejando y sustituyendo en la ecuación se obtiene: gm = 2.84mA/V

Ahora se debe ajustar la ganancia de voltaje.

∣ 𝐴_{𝑉𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎} ∣≈ 𝑔_𝑚𝑅_𝐿′

∣ 𝐴_{𝑉𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎} ∣≈ 𝑔_𝑚(𝑟_𝑑 ∣∣ 𝑅_𝐷)

Despejando y sustituyendo se obtiene AVmáxima ≈ 13

Como AVmáxima < AV requerida se necesita emplear una cascada, la cual se hará con dos

etapas idénticas. Como R1∣∣R2 >>RD la etapa 2 no ejerce efecto de carga en la salida de la

etapa 1, por tanto:

∣AV1∣ = ∣AV2∣ = 13

∣ 𝐴_𝑉 ∣=∣ 𝐴_𝑉1∣∗∣ 𝐴_𝑉2∣= 132 ∣AV∣ = 169

Calcular Ri y verificar que cumpla con los parámetros especificados.

Ri = R1∣∣R2 =1.4 MΩ ∣∣ 500kΩ = 390 kΩ

390 kΩ > 200 kΩ, por tanto la Ri cumple lo especificado.

Calcular RO y verificar que cumpla con los parámetros especificados.

𝑅_𝑖 = 𝑟_𝑑 ∣∣ 𝑅_𝐷 = 50𝑘Ω ∣∣ 5𝑘Ω ≈ 5𝑘Ω

La RO también cumple con lo especificado. Por tanto el siguiente paso es dibujar el

Figura 3.13. Amplificado en cascada utilizando FET. 5mVpk 1kHz 0° Vin 12.0V VDD 500kΩ R1 1.4MΩ R2 5kΩ RD 2kΩ RS 10µF C3 10µF C2 10µF C1 2N3822 Q1 500kΩ R1 1.4MΩ R2 5kΩ RD 2kΩ RS 10µF C2 2N3822 Q1 Punta1 V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el presente trabajo se desarrolló tutorial de amplificadores con BJT y FET para la asignatura Electrónica Analógica I. Durante su realización se arribó a las siguientes conclusiones y recomendaciones:

Conclusiones

 Las principales tendencias de los amplificadores de audio en la actualidad están dirigidas a la integración.

 De acuerdo a la revisión de la literatura científica, se evidencia la utilidad y las nuevas posibilidades que ofrecen las TIC para apoyar el proceso de enseñanza aprendizaje de la Electrónica, notándose su evolución en los últimos años y la tendencia de las universidades dirigida a utilizar, cada vez más las herramientas y ventajas de las TIC.  La asignatura Electrónica Analógica I, en la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y

Electrónica constituye un reto para los estudiantes. En la encuesta realizada se puede notar que los estudiantes no se preparan lo suficiente con anterioridad para presentarse a clases prácticas y conferencias. Se evidencia la necesidad de favorecer la formación de habilidades de análisis y diseño y el uso adecuado de las herramientas de simulación.  Para la conformación del tutorial se realizó una revisión bibliográfica, para seleccionar

ejemplos resueltos, para guiar al estudiante a transitar por diferentes etapas partiendo de lo más sencillo (ejercicios de cálculos de parámetros básicos), hasta llegar a las soluciones más complejas como son el diseño de amplificadores con más de una etapa.

 El tutorial diseñado constituirá una herramienta de trabajo en la asignatura, de utilidad tanto para estudiantes como para docentes.

Recomendaciones

 Proponer el uso del tutorial de amplificadores con BJT y FET para la orientación de seminarios y clases prácticas en la asignatura Electrónica Analógica I.

 Tomando como referencia los ejercicios del tutorial, utilizar la herramienta de simulación Multisim para la comprobación de los circuitos montados en clases.

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ANEXOS

Encuesta

El presente instrumento forma parte del Trabajo de Diploma titulado: “Tutorial de

Amplificadores con BJT y FET para la asignatura Electrónica Analógica I”. La información es de carácter confidencial y reservado; ya que los resultados serán manejados solo para la investigación. Agradezco anticipadamente su valiosa colaboración.

Para emitir sus criterios utilice una escala de 1 a 5, donde 1 es nunca o insuficiente (N), 2 es pocas veces o con deficiencias (PV), 3 es varias veces o lo necesario (VV), 4 es casi siempre o bien (CS) y 5 es siempre o excelente (S).

1- Me preparo con anterioridad para: ___ Las conferencias.

___ Las Clases Prácticas. ___ Los seminarios. ___ Las Pruebas Parciales. ___Los Laboratorios.

2- Para el estudio de la asignatura me apoyo en: ___Libros de texto en formato duro. ___Libros de texto en formato digital. ___Notas de clases.

___Otras ¿Cuáles? ___________________________________________ 3- ___Utilizo el Moodle para consolidar los contenidos recibidos en clases y

complementar mi estudio independiente.

4- ___Dispongo de los textos necesarios para orientarme en el estudio independiente. 5- Durante las Clases Prácticas prefiero que:

___El profesor realice todos los ejercicios en la pizarra.

___Los estudiantes resuelvan los ejercicios conjuntamente con el profesor.

___Los estudiantes resuelvan los ejercicios solos y el profesor señale si cometieron algún error.

6- Prefiero las clases donde se realicen ejercicios de: ___Análisis.

___Diseño.

7- ___Me gustaría que existieran más turnos de laboratorios para practicar lo aprendido en conferencias y clases prácticas.

8- ___Utilizo los programas de simulación antes de montar los circuitos reales. 9- ___Me siento motivado por la asignatura.

10- ___Me gustaría disponer de un tutorial donde se resuman los contenidos relacionados con el análisis y diseño de amplificadores con BJT y FET.