EL BJT TRANSISTOR DE UNIÓN BIPOLAR

EL BJT

TIPOS DE TRANSISTORES

BJT

Construcción

• Dispositivo semiconductor de tres capas: dos de material tipo n y una tipo p,

llamado transistor npn; o dos de material tipo p y una de tipo n, llamado transistor pnp.

• Las capas exteriores se denominan colector y emisor, la capa intermedia se

denomina base.

• La capa del emisor está muy dopada, la base ligeramente dopada y el

colector está un poco dopado.

Construcción

• La relación entre el grosor total y la capa central es de 0.150/0.001 =

150:1

• El dopado de la capa emparedada es considerablemente menor que

el de las capas externas (10:1 o menor)

• Esto reduce la conductividad al limitar el número de portadores libres. • El término bipolar refleja el hecho de que huecos y electrones

participan en el proceso de inyección hacia el material opuestamente polarizado.

• Se analizará el funcionamiento de un transistor pnp.

• La unión p-n de un transistor se polariza en inversa, mientras que la

otra se polariza en directa:

Operación del BJT.

• Como el material de la base es muy delgado y su conductividad baja,

unos pocos portadores se irán en esa dirección. I_B normalmente es del orden de microamperes.

• La mayoría de los portadores mayoritarios se difundirá a través de la

unión polarizada en inversa hacia el material tipo p.

• En polarización inversa, los portadores mayoritarios inyectados

aparecerán como portadores minoritarios en el material tipo n.

• Todos los portadores minoritarios de la región de empobrecimiento

atravesarán la unión polarizada en inversa.

• Aplicando la ley de corrientes de Kichhoff:

• Además, la corriente del colector consta de 2 componentes:

Operación del BJT.

I

I

I





I

I

I





CONFIGURACIÓN EN

BASE COMÚN

• La base es común tanto para la entrada como para la salida de la

configuración.

• La flecha en el símbolo gráfico define la dirección de la corriente del

emisor (flujo convencional) a través del dispositivo.

• Para describir en su totalidad el comportamiento de un transistor

conectado en base común se necesitan dos conjuntos de

características: los parámetros de entrada y los parámetros de salida.

• En la figura se muestran los parámetros de entrada para el

amplificador en base común, que relaciona la corriente de entrada I_E con la tensión de entrada V_BE para varios niveles de la tensión de salida V_CB.

• El conjunto de parámetros de salida relacionan la corriente de salida

I_C con la tensión de salida V_CB para varios niveles de la corriente de entrada I_E , tal y como se muestra en la figura.

•

En la figura se muestran 3 regiones de operación: activa, de

corte y saturación.

Región activa.

• La unión base-emisor se polariza en directa y la unión colector-base se

polariza en inversa.

• A medida que la corriente del emisor se incrementa la corriente del

colector aumenta en una magnitud igual.

• La primera aproximación de la relación entre I_E e I_C en la región activa es:

Base Común

E

C

I

Región de corte.

• Las uniones base-emisor y colector-base se polarizan en inversa. • La corriente del colector, así como la del emisor, es 0A.

Región de saturación.

• Es la región de las características a la izquierda de cuando V_CB = 0. • Al incrementarse V_CB hacia 0V hay un incremento exponencial en la

corriente del colector.

• Las uniones base-emisor y colector-base se polarizan en directa.

•

En los parámetros de entrada, para valores fijos de voltaje en

el colector V

, a medida que se incrementa el V

la corriente

del emisor incrementa de forma muy parecida a las

características del diodo.

•

Como una aproximación, el cambio producido por V

puede

ser ignorado.

•

Por lo tanto podemos asumir que una vez que el transistor se

“enciende” supondremos el voltaje base-emisor como 0.7V.

Ejemplo

•

A partir de las gráficas de los parámetros de salida:

a) Determine la corriente del colector si I_E = 3mA y V_CB = 10V.

b) Determine la corriente del colector si I_E permanece en 3mA y V_CB

se reduce a 2V.

c) Con las caraterísticas de los parámetros de entrada y de salida

determine V_BE si I_C = 4mA y V_CB = 20V.

d) Repita c) utilizando las características de los parámetros de

Alfa (α)

• En modo de cd de operación los niveles de I_C e I_E originados por los

portadores mayoritarios están relacionados por una cantidad llamada alfa:

• De manera práctica alfa va de 0.9 a 0.998.

• Como la definición de alfa es válida para los portadores mayoritarios,

podemos escribir la ecuación de I_C como:

• El alfa de ca se define como factor de amplificación en cortocircuito

en base común, y se define como sigue:

E C cd

I

I





I

I

I







te

cons

V

I

I

tan











CONFIGURACIÓN EN

EMISOR COMÚN

• Los dos conjuntos de características (de entrada o de base-emisor y

de salida o de colector-emisor) para describir plenamente el comportamiento de la configuración de emisor común se muestran a continuación:

• Aun cuando la configuración cambia, las relaciones previamente obtenidas

se conservan, es decir:

• Características de la configuración en emisor común:

1. IB está en micro-amperes en comparación con los mili-amperes de IC.

2. Las curvas de IB para la gráfica VCE-IC no son tan horizontales, lo que

indica que VCE también influye en la magnitud de IC.

3. En la región activa, la unión base-emisor se polariza en directa, en

tanto que la unión colector-base está en inversa.

4. IC no es igual a cero cuando IB = 0. la razón de esta diferencia se muestra

a continuación:

Emisor Común

I

I

I





I





I



I

I

I

I









(

)

I

I

I























1

1

I

I

I

• Para futuras referencias, a la IC definida por la condición IB= 0, se le asignará

la notación indicada por la siguiente ecuación:

Emisor Común







_

₁

I

I

I

 Por lo tanto, IC = ICEO define la región de

corte para la configuración de emisor común.

 El voltaje VBE al estar polarizado en directa,

de la misma manera que para el transistor en base común, se deduce que su valor es aproximado VBE = 0.7V, para cualquier nivel

Ejemplo

•

Empleando las características de la configuración de

emisor común

a) Determine I_C en I_B = 30μA y V_CE = 10V. b) Determine I_C en V_BE = 0.7V y V_CE = 15V.

• En el modo de cd los niveles de corriente IC e IB están relacionados por una

cantidad llamada beta(β), definida por la siguiente ecuación:

• Donde ambas corrientes se determinan en un punto de operación particular

en las características.

• Para dispositivos prácticos, el nivel de β por lo general varía entre 50 y 400,

aunque puede valer más.

• En hojas de especificaciones casi siempre se incluye βcd como hFE.

Beta (β)

I

I





• Considerando las relaciones presentadas hasta ahora:

• Escribiendo la ecuación que relaciona las tres corrientes:

• Sustituyendo y dividiendo por I_C:

• Multiplicando por αβ:

Relación entre Beta (β) y Alfa (α)





_I

I

I

I

_

_







_I

I

I

I

_

_



I

I

I





I

_I

I

_

_





1

1

1

_

_

























(

1





)

)

1

(













• Llevando a cabo el despeje pero ahora para β:

• Otra relación de interés se puede obtener recordando que:

• Y, utilizando la siguiente equivalencia:

Relación entre Beta (β) y Alfa (α)



























(

1





)





)

1

(



















1

I

I

)

1

(

1

1

)

1

(

1

)

1

(

1























































• Finalmente sustituyendo:

• Como se observa, beta es un parámetro particularmente importante porque

crea un vínculo directo entre los parámetros del circuito para una configuración de emisor común, es decir:

• Y como ya se ha definido:

Relación entre Beta (β) y Alfa (α)

CBO CEO

I

I



(





1

)

I

I





)

1

(





















I

I

I

I

I

I

I

I

CONFIGURACIÓN EN

COLECTOR COMÚN

Colector Común

• Se utiliza principalmente para acoplamiento de impedancias, ya que

tiene una alta impedancia de entrada y una baja de salida, lo contrario de las configuraciones anteriores.

Colector Común

• La figura muestra una configuración de circuito de colector común. • Se pueden diseñar utilizando las características de emisor común. • Para fines prácticos, las características de salida son las mismas que

para la configuración de emisor común.

• Las características de salida se grafican como I_E en función de V_CE

para un rango de valores de I_B (la corriente de entrada por tanto será la misma).

• El eje horizontal se obtiene cambiando el signo del voltaje del

colector al emisor.

• El cambio de la escala vertical al reemplazar I_C por I_E será casi

Límites de operación

• El nivel máximo de disipación se define como:

• En cualquier punto sobre la gráfica el producto de VCE por IC debe

ser 300mW.

• Si se selecciona que IC tenga un valor máximo de 50mA y se

sustituye en la relación anterior se obtiene que

• Si ahora se selecciona que VCE tenga un valor máximo de 20V, el

valor de IC queda como

C CE C

V

I

P



V

mA

mW

V

6

50

300

_



mA

V

mW

I

15

20

300

_



Límites de operación

• Si ahora se elige un nivel de I_C medio, tal como 25mA, resolviendo

para V_CE resulta

• Si no se cuenta con las curvas características, sólo hay que

asegurarse que I_C, V_CE y su producto caigan dentro del siguiente rango.

• Para las características de base común la curva de potencia máxima

se define por:

V

mA

mW

V

12

25

300

_



P

I

V

V

V

V

I

I

I











V

I

P



Ejercicios configuración base común

1. Utilizando las características de los parámetros de entrada determine V_BE

con I_E = 5mA y V_CB = 1, 10, 20V. ¿es razonable suponer que V_CB tiene sólo un efecto leve en la relación entre V_BE e I_E?

2. Con las características de los parámetros de salida determine la corriente

en el colector si I_E = 4.5mA y V_CB = 4V.

3. Repita el anterior pero con I_E = 4.5mA y V_CB = 16V.

4. ¿Cómo han afectado los cambios en V_CB el nivel resultante de I_C? 5. En base a los resultados anteriores, ¿cómo se relacionan I_E e I_C?

6. Utilizando las características de entrada y salida, determine I_C si V_CB = 10V

y V_BE = 800mV.

7. Determine V_BE si I_C = 5mA y V_CB = 10V.

8. Repita el inciso anterior utilizando las características de los modelos

aproximados para la unión base-emisor.

9. Compare las soluciones de los 2 incisos anteriores, ¿se puede ignorar la

Ejercicios configuración emisor común

10. Dada α_cd de 0.998, determine I_C si I_E = 4mA. 11. Determine α_cd si I_E = 28mA e I_B = 20μA.

12. Encuentre I_E si I_B = 40μA y α_cd = 0.98.

13. Defina I_CBO e I_CEO. ¿En qué son diferentes, cómo están relacionadas, son

de magnitud parecida?

Utilizando las características de los parámetros de entrada y salida:

1. Determine el valor de I_C correspondiente a V_BE = 750mV y V_CE = 5V.

2. Determine el valor de V_CE y V_BE correspondiente a I_C = 3mA e I_B = 30μA. 3. Determine la beta de cd en un punto de operación de V_CE = 8V e I_C = 2mA. 4. Determine el valor de α correspondiente a ese punto de operación.

5. En V_CE = 8V determine el valor correspondiente de I_CEO.

6. Calcule el valor aproximado de I_CBO con el valor de β del punto anterior. 7. Utilizando las características de salida determine I_CBO en V_CE = 10V. 8. Determine β en I_B = 10μA y V_CE = 10V. Con este valor calcule I_CBO.

Ejercicios configuración emisor común

Con base en las características de los parámetros de salida:

9. Determine β con I_B = 80μA y V_CE = 5V. 10. Determine β con I_B = 5μA y V_CE = 15V. 11. Determine β con I_B = 30μA y V_CE = 10V.

12. ¿Cambia el valor de β de punto a punto sobre la curva de las

características? ¿dónde se encontraron los valores más altos? ¿A qué conclusión se puede llegar?

13. Determine β en I_B = 25μA y V_CE = 10V. Luego calcule el nivel de α_cd y el

Conceptos básicos

• Polarización. Comprende todo lo relacionado a la aplicación de

voltajes de cd para establecer un nivel fijo de corriente y voltaje.

• Punto de operación. La corriente de dc y el voltaje resultantes

establecen un punto de operación sobre las características que

define la región que será empleada para la amplificación de la señal aplicada. Dado que este es un punto fijo, también se le llama punto de reposo o punto Q (quiescent point).

• Región activa. Zona de operación donde el transistor se comporta

como un amplificador. Unión base-emisor en polarización directa, unión base-colector en polarización inversa.

• Región de corte. Definida por I_B ≤ 0μA. Unión base-emisor en

polarización inversa, unión base-colector en polarización inversa.

• Región de saturación. Definida por V_CE ≤ V_CEsat. Unión base-emisor

en polarización directa, unión base-colector en polarización directa.

• Esta es la polarización en cd más simple, válida para npn y pnp.

0







I

R

V

V

R

V

V

I





I

I





0







I

R

V

V

V

I

R

V





Ejemplo

• Esta polarización contiene un resistor emisor para mejorar la estabilidad del

nivel en relación con la de la configuración de polarización fija.

0









I

R

V

I

R

V

R

R

V

V

I

)

1

(











I

I



0









R

V

I

R

V

I

)

(

V

I

R

R

V







I

I



(





1

)

Ejemplo

• Este circuito de polarización es independiente de la β del transistor, dado que

este valor puede ser alterado por la temperatura.

 Unión base-emisor: 2 1 2

R

R

V

R

V



_

|| R

R

R



Configuración de polarización por divisor

de voltaje

 Unión colector-emisor: C E

I

I



0









R

V

I

R

V

I

)

(

V

I

R

R

V







Configuración de polarización por divisor

de voltaje

0









I

R

V

I

R

V

I

I



(





1

)

R

R

V

V

I

)

1

(











• Determinar VCE e IC para la siguiente red:

• La sensibilidad del circuito ante cambios de la β del transistor o a variaciones

de temperatura es menor que la de los circuitos de polarización anteriores.

 Unión base-emisor:

Configuración de polarización con

retroalimentación de voltaje

0

'











I

R

I

R

V

I

R

V

)

(

R

R

R

V

V

I











I

I





I

I

I

'





I

I



0









R

V

I

R

V

I

)

(

V

I

R

R

V







• Determinar VCE e IC para la siguiente red:

• En esta configuración la salida se toma de la terminal del emisor como se

muestra en la figura siguiente.

0











I

R

V

I

R

V

R

R

V

V

I

)

1

(











0









V

I

R

V

V

I

R

V





I

I



(





1

)

Configuración en emisor-seguidor

• Ejemplo: Determinar VCE e IE para la siguiente red:

• En esta configuración se utilizan dos fuentes y la base es la terminal común

entre la terminal del emisor de entrada y la terminal de colector de salida.

0







R

V

V

I

 Unión base-emisor:  Unión base-colector:

0









V

I

R

V

V

I

R

V





R

V

V

I





I



I

 Aplicando la ley de voltajes a todo el perímetro de la red se tiene:

0













V

V

I

R

V

I

R

I

I



V

V

I

R

I

R

V









)

(

V

V

I

R

R

V









• Ejemplo: Determinar IB e IE y los voltajes VCE y VCB para la siguiente red:

• Ejemplo: Determinar IB e IC y los voltajes VCE, VB, VC, VE y VBC para la siguiente

red.

• Ejemplo: Determinar IB e IC y los voltajes VCE, VB, VC, VE y VBC para la siguiente

red.

• Ejemplo: Determinar IB e IC y los voltajes VCE, VB, VC, VE y VBC para la siguiente

red.

Resumen

Emisor o colector común:

• Obtener una expresión para la corriente de base (corriente de

entrada).

• Obtener la corriente de colector o emisor (corriente de salida) a partir

de la corriente de base.

• Obtener voltaje de salida: colector-emisor.

Base común:

• Obtener una expresión para la corriente del emisor (corriente de

entrada).

• Obtener la corriente del colector (corriente de salida). • Obtener voltaje de colector-emisor y el de base-colector.

• Saturación se aplica a cualquier sistema donde los niveles alcanzan los

valores máximos.

• Para el transistor que opera en la región de saturación la corriente es el nivel

máximo para el diseño particular (Si se cambia el diseño, el nivel de saturación puede cambiar también).

C CC Csat C

R

V

I

I





 Según las gráficas la región de

saturación se define para VCE=0V.

Saturación en polarización fija









0

0

I

I

V

R

Análisis por recta de carga

V

V



V

I

R

V





I

R

V

I





Análisis por recta de carga

•

Con la recta de carga y el punto Q definido en la gráfica,

determine los valores de V

, R

y R

para la

configuración dada.

Análisis por recta de carga

a) Trace la recta de carga para la red de la figura de la izquierda en las características del transistor que aparece en la gráfica de la derecha.

b) Para un punto Q en la intersección de la recta de carga con una corriente de base de 20μA, determine los valores de I_C y V_CE.

c) Determine la beta de cd en este punto.

Resumen

Emisor o colector común:

• Obtener una expresión para la corriente de base (corriente de

entrada).

• Obtener la corriente de colector o emisor (corriente de salida) a partir

de la corriente de base.

• Obtener voltaje de salida: colector-emisor.

Base común:

• Obtener una expresión para la corriente del emisor (corriente de

entrada).

• Obtener la corriente del colector (corriente de salida). • Obtener voltaje de colector-emisor y el de base-colector.

Resumen

Emisor o colector común:

• Obtener una expresión para la corriente de base (corriente de

entrada).

• Obtener la corriente de colector o emisor (corriente de salida) a partir

de la corriente de base.

• Obtener voltaje de salida: colector-emisor.

Base común:

• Obtener una expresión para la corriente del emisor (corriente de

entrada).

• Obtener la corriente del colector (corriente de salida). • Obtener voltaje de colector-emisor y el de base-colector.

ANÁLISIS EN EL

DOMINIO DE CA

Introducción

• El transistor es un dispositivo amplificador (la señal de salida es

mayor que la de entrada).

• El factor que permite que la potencia de salida de ca sea mayor que

la potencia de entrada de ca es la potencia de cd aplicada, la cual contribuye a la potencia de salida total aún cuando una parte de esta se disipe en el dispositivo y en las resistencias.

• La eficiencia de conversión se define como:

• Donde

• P_o(ca) es la potencia de ca suministrada a la carga • P_i(cd) es la potencia de cd suministrada.

) ( ) ( cd i ca o

P

P





Introducción

• El teorema de superposición es aplicable al análisis y diseño de los

componentes de cd y ca de una red BJT, lo que permite separar el análisis de las respuestas de cd y ca.

• Se puede realizar un análisis completo de cd y a partir de éste

realizar el análisis completo de ca.

• El análisis de cd determinará uno de los componentes del análisis de

Modelo del BJT

• Modelo: combinación de elementos de un circuito, apropiadamente

seleccionados, que simulan de forma aproximada el comportamiento real de un dispositivo semiconductor en condiciones específicas de operación.

• Una vez determinado el circuito equivalente de ca, el símbolo

esquemático del dispositivo puede ser reemplazado por este circuito equivalente y los métodos básicos de análisis de circuitos aplicados para determinar las cantidades deseadas de la red.

• Como sólo interesa la respuesta de ca, las fuentes de cd pueden ser

reemplazadas por un equivalente de 0V (los niveles de cd fueron importantes para determinar el punto Q de operación correcta).

• Los capacitores de acoplamiento se eligieron con una baja reactancia

por lo que pueden ser reemplazados por una ruta de baja resistencia o un cortocircuito.

Circuito característico de un transistor

Circuito después de la eliminación de la fuente de cd y la inserción del equivalente de cortocircuito para los

capacitores

Modelo del BJT

• Es importante definir el equivalente ca para los parámetros de interés

como Zi, Zo, Ii e Io.

• Las cantidades encontradas en la red reducida deben ser las mismas

definidas por la red original.

• En ambas redes la impedancia de entrada se define de base a tierra,

la corriente de entrada como la corriente de base del transistor, el voltaje de salida como el voltaje del colector a tierra, y la corriente de salida como la corriente que fluye a través del resistor de carga R_C.

Circuito vuelto a dibujar para el análisis de ca V0

-Modelo del BJT

I

V

Z



I

V

Z



V

V

A



I

I

A



Configuración de emisor común

Determinación del circuito equivalente de entrada de un transistor BJT.

Configuración de emisor común

• V_i = V_be, I_i = I_b

• La corriente a través de la unión polarizada en directa es I_E

Circuito equivalente del lado de la entrada de un transistor BJT

Configuración de emisor común

• Las características del colector para una β constante puede

reemplazarse por una fuente controlada.

Circuito equivalente de un transistor BJT

Configuración de emisor común

• Se sustituye al diodo por su resistencia equivalente.

Reemplazo del diodo por su resistencia equivalente determinada por el nivel de IE

(Circuito equivalente mejorado)

D D T D

V

I

mV

I

r



/



26

/

r



26

mV

/

I











Modelo r

_e

del BJT

Configuración de emisor común

Reemplazo del diodo por su resistencia equivalente determinada por el nivel de IE

(Circuito equivalente mejorado)

D D T D

V

I

mV

I

r



/



26

/

r



26

mV

/

I

Modelo r

_e

del BJT

Configuración de emisor común

• La pendiente de cada curva definirá una resistencia en ese punto

como sigue:

Representación de la impedancia de salida del transistor BJT.

Modelo re de la configuración de

transistor en emisor común incluido el efecto de ro. C CE o

V

I

r





/



Modelo r

_e

del BJT

Configuración de emisor común

• Los valores comunes de β van de 50 a 200.

• Los valores de típicos de Z_i definidos por βr_e van de unos cientos de

ohms a un máximo de 6kΩ a 7kΩ.

• La resistencia de salida r_o, que define a Z_o, en general está en el

intervalo de 40kΩ a 50kΩ.

Configuración de base común

• Al diodo lo puede reemplazar su resistencia de ca equivalente,

determinada por:

Modelo r

_e

del BJT

Circuito equivalente de un transistor BJT

E

e

mV

I

Configuración de base común

• Las líneas casi horizontales indican que la resistencia de salida r_o

será bastante alta.

Representación de la impedancia de salida del transistor BJT.

Modelo re de la configuración de

transistor en base común incluido el efecto de ro.

Modelo r

_e

del BJT

V

I

r





/



Configuración de base común

• Los valores de la impedancia de entrada son bajos ya que son

únicamente el valor de r_e, que van de unos cuantos ohms hasta 50Ω.

• La resistencia de salida r_o en general está en el intervalo de los

megaohms.

POLARIZACIÓN FIJA

EN CA

e B r R e i e B i

r

Z

r

R

Z





||





R

Z

r

R

Z

||





r

V

I





)

||

)(

(

I

R

r

V







)

||

(

R

r

r

V

V

_



















r

R

A

r

r

R

V

V

A

)

||

(











Polarización fija en ca

Polarización fija en ca

• Relación de fase. El signo negativo de A_v en la ecuación resultante

revela un desfasamiento de 180° entre las señales de entrada y salida.

• Es el resultado de que βI_b establezca una corriente a través de R_C la

• Para la siguiente red, determinar: • Calcule Z_o y A_v para r_o = 50kohms.

)

(

),

(

,

,













Z

Z

r

A

r

r

Polarización fija en ca

POLARIZACIÓN POR

DIVISOR DE VOLTAJE

PARA CA

e r R e i e i

r

Z

r

R

Z





||

'





R

Z

r

R

Z

||





r

V

I





)

||

)(

(

I

R

r

V







)

||

(

R

r

r

V

V

_



















r

R

A

r

r

R

V

V

A

)

||

(











• Para la siguiente red, determinar: • Calcule Z_i, Z_o y A_v para r_o = 50kohms.

)

(

),

(

,

,













Z

Z

r

A

r

r

POLARIZACIÓN EN

EMISOR COMÚN PARA

CA

• Se omite el efecto de r_o.

Polarización en emisor común para ca

E b b e i

r

I

I

R

V







(





1

)

R

R

r

Z

R

r

I

V

Z























)

(

)

1

(

R

Z

Z



||

R

Z



R

Z

V

V

_

















I

R

I

R

V











E C V E e C b C i o V

R

R

A

R

r

R

Z

R

V

V

A



















Polarización en emisor común para ca

• Desfasamiento de 180° entre las señales de

• Para la siguiente red, sin C_E, determinar: • Repita el análisis con C_E conectado.

V o i

e

Z

Z

A

r

,

,

,

POLARIZACIÓN EN

EMISOR SEGUIDOR

PARA CA

•

• El voltaje del emisor está en fase con el

voltaje de entrada V_i (de ahí el nombre de seguidor).

• Como el colector se conecta a tierra para

el análisis de ca, en realidad es una configuración de colector común.

• Se utiliza para propósitos de igualación

de frecuencia.

• Alta impedancia de entrada y baja

impedancia de salida.

• Efecto resultante similar al obtenido con

un transformador (la carga se iguala a la impedancia de la fuente para una máxima transferencia de potencia a través del

sistema).

Polarización en emisor seguidor para ca

1



V

• Se omite el efecto de r_o.

Polarización en emisor seguidor para ca

E b b e i

r

I

I

R

V







(





1

)

r

R

I

V

Z









(





1

)

Z



R

||

Z

r

R

R

Z





(



)





Polarización en emisor seguidor para ca

Z

V

I

I



(





1

)



(





1

)

R

r

V

I

)

1

(

)

1

(















R

r

r

Z



||



R

r

V

I





R

r

V

R

V





1









R

r

R

V

V

A

• Para la siguiente red determinar:

r

,

Z

,

Z

,

A

POLARIZACIÓN EN

•

• Impedancia de entrada baja e impedancia de salida y ganancia de

corriente menor a 1.

• La ganancia de voltaje resultante puede ser bastante grande. • Se omite el efecto de r_o.

Polarización en base común para ca

1



i

Polarización en base común para ca

I

R

I

R

V









R

r

Z



||

R

Z



r

V

I



R

r

V

V





r

R

r

R

V

V

A









I

I

I

I

I















1













I

I

A

• Para la siguiente red determinar:

r

,

Z

,

Z

,

A

,

A

OTRAS

GANANCIA DE

CORRIENTE

Ganancia de corriente

• Para cada configuración de transistor, la ganancia de corriente se

puede determinar directamente a partir de la ganancia de voltaje, la carga definida y la impedancia de entrada.

i i i

Z

V

I



R

Z

V

V

Z

V

R

V

I

I

A











R

V

I



R

Z

A

A





Efecto de R

_L

y R

_S

Efecto de R

_L

y R

_S

R

r

Z



||



R

r

Z



||

r

V

I





)

||

(

'

I

R

I

R

R

V













)

||

(

R

R

r

V

V

_



















r

R

R

V

V

A







(

||

)

r

R

R

R

R

R

'



||

||



||

Efecto de R

_L

y R

_S

R

Z

V

Z

V





r

R

R

V

V

A







(

||

)

R

Z

Z

V

V





A

R

Z

Z

A

V

V

V

V

V

V

A











Efecto de R

_L

y R

_S

• Si al circuito se le conecta una carga de 4.7kohms y se considera una

resistencia de la fuente de 0.3kohms determine

s L V V o i

Z

A

A

Z

,

,

,

Efecto de R

_L

y R

_S

• Polarización por medio

del divisor de voltaje con R_s y R_L e L C i o V

r

R

R

V

V

A







(

||

)

R

R

r

Z



||

||



R

r

Z



||

Efecto de R

_L

y R

_S

r

R

R

R

R

V

V

A







||

||

R

Z

Z



||

r

Z



)

||

(

R

R

Z





Efecto de R

_L

y R

_S

• La ganancia de voltaje con carga de un amplificador siempre es

menor que la ganancia sin carga.

• La ganancia obtenida con una resistencia de la fuente siempre será

menor que la obtenida con carga o sin carga.

• Para la misma configuración A_vNL>A_vL> A_vs.

• Para un diseño particular, cuanto mayor sea el nivel de R_L, mayor

será el nivel de la ganancia de ca.

• Para un amplificador particular, cuanto menor sea la resistencia

EFECTO DE LOS

CAPACITORES

Capacitor de acoplo

• A mayor frecuencia, menor reactancia.

• A frecuencias muy altas, la reactancia es aproximadamente 0 -> corto

circuito.

• A frecuencias muy bajas la reactancia tiene valores muy grandes ->

circuito abierto.

• Un capacitor de acoplamiento busca no alterar la señal de alterna y

no dejar pasar las componentes de corriente directa.

• La capacitancia de acoplamiento para un circuito de ca depende de

la resistencia de carga.

fC

X



2

1



R

X



0

.

1

Capacitor de acoplo

Ejemplo.

• Calcular el valor del capacitor de acoplamiento para un amplificador

de audio (frecuencias de 20Hz a 20KHz) con una resistencia de carga de 2kohms.

F

Hz

fX

C

fC

X









78

.

39

)

200

)(

20

(

2

1

2

1

2

1



















0

.

1

(

2000

)

200

X

Capacitor de desacoplo

• Elimina los efectos de una señal de alterna porque la aterriza a tierra. • Para calcular su valor se ocupa la misma relación:

L

C

R

SISTEMAS EN

CASCADA

Amplificadores BJT acoplados por RC

||

||

R

R

r

R

Z







r

Z

R

A

r

R

R

A

)

||

(

)

||

(









r

R

A





A

A

A



A

R

Z

R

V

V

A







V

A

V



R

R

r

Z



||

||



R

Z



Amplificadores BJT acoplados por RC

• Calcule la ganancia de voltaje sin carga y el voltaje de salida del

circuito de la figura.

• Calcule la ganancia total y el voltaje de salida si se aplica una carga

de 4.7kΩ a la segunda etapa, compare con los resultados anteriores.

• Calcule la impedancia de entrada de la primera etapa y la impedancia

Configuración Cascode

• Impedancia de entrada relativamente alta y baja ganancia de voltaje para la

primera etapa.

• La etapa de emisor común proporciona una impedancia mayor que la de

base común.

• Con una ganancia de voltaje de 1 la capacitancia de entrada se mantiene

bastante baja lo que asegura una buena respuesta en alta frecuencia.

• La etapa de base común proporciona una gran ganancia de voltaje para dar

Configuración Cascode

• La carga en el transistor Q1 es la

impedancia de entrada al transistor Q2 en configuración de base común.

e C V e e e C V

r

R

A

r

r

r

R

A















1

A

A

A



Configuración Cascode

Configuración Darlington

• El transistor compuesto actúa como una sola unidad con una

ganancia de corriente que es el producto de las ganancias de corriente de los transistores individuales.

• Para un transistor Darlington encapsulado:

(2N999)

1 2









• Las ecuaciones son las mismas que para un transistor regular, sólo que β_D

tiene un valor mucho más grande, igual que V_BE.

0









I

R

V

I

R

V

R

R

V

V

I









I

I



I

R

V



V

V

V





I

I





Darlington, polarización en CD

Configuración Darlington