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Amplificadores en Conexión Cascode
Limitaciones de un solo amplificador
• Muchas veces la amplificación deseada no puede ser suplida por una sola etapa de amplificación, o bien los requerimientos en ciertas frecuencias no se logran de manera correcta con sólo una etapa.
• Al utilizar varias etapas, éstas generalmente difieren unas de otras, ya que cada una de ellas llena un propósito específico.
Amplificador de Tres Etapas
Ancho de Banda del Amplificador
• La magnitud de la respuesta del amplificador se mantiene en su máximo constante en un ancho de banda específico (entre ω1 y ω2) y fuera de este rango se presenta una disminución en la ganancia, y por ende una distorsión en la señal de salida con respecto a la señal de entrada
Respuesta Típica del Amplificador en Cuanto Magnitud en Función de la Frecuencia
Respuesta en Alta Frecuencia y Efecto de Miller
• La respuesta en alta frecuencia de un transistor amplificador discreto está determinado por la capacitancia interna de sí mismo
Modelo de alta frecuencia para un BJT
310··52··2
1
xf
I
hfC
T
CQ
ibTgs
))1()((2
1
vgdgsiinHigh ACCRRf
iLEBgd
HighRRRRC
f) (·2
1
)(·2
1
iEibgs
HighRRhC
f
Amplificador de Emisor Común
Amplificador de Colector Común
Amplificador de Base Común
Configuración de Amplificación Cascode (cascaded cathode)
Concepto General
• Combinar la alta impedancia de entrada y la gran transconductancia mediante configuración de emisor común, con la respuesta a altas frecuencias y la propiedad de ser un buffer de corriente de la configuración base común.
• Con la configuración cascode se puede obtener una ancho de banda mayor (comparado con la configuración E.C.), pero con la misma ganancia en DC, o bien, se puede alterar la ganancia y mantener el ancho de banda.
Configuración Cascode Complementaria
Circuito Equivalente de C.D
21 CE ii
21 EC ii
11 CE ii
21 CE ii
EC
ECCCC RR
VVi
121
CCB VRRR
RV ·
321
11
E
BEBE R
VVI
1
1
Análisis en CA del Circuito Amplificador en Configuración Cascode
Análisis en Pequeña Señal del Circuito Amplificador en Configuración Cascode
s
be
be
ce
ce
eb
eb
cb
cb
L
s
LV V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
VA 1
1
1
1
2
2
2
2
· · · ·
Ejemplo 12.4. (Solución mediante modelo híbrido equivalente para pequeña señal)
A partir del análisis C.D. se obtiene:
Con la intención de facilitar el análisis, se desprecia las corrientes de base de cada transistor. Es así como del circuito equivalente anterior se obtiene una expresión válida para IE1, realizando las consideraciones necesarias (IE1 ≈ IC2):
CCBBB
BB V
RRR
RV
321
31
Vxxx
xVB 95.4 18
107.4106.5108.6
107.4333
3
1
E
BEBE R
VVI
1
1
mAx
IE 864.3 101.1
7.095.431
Luego partir del análisis C.A. se obtiene el siguiente equivalente:
Así pues, el modelo híbrido equivalente para pequeña señal es el siguiente:
hieRRZ BBi 32
Co RZ
rehie
729.6 864.3
2626
1 mA
mV
I
mVre
E
khie 346.1 729.6 200
5.881 346.1 7.4 6.5 kkkZ i
kZo 8.1
A partir del cual el cálculo de Zi y Zo se obtiene directamente, basándose en los resultados de la polarización C.D. calculados anteriormente.
SBB
BBLCv RhieRR
hieRR
hie
hibhfe
hib
RRhfbA
32
32) () (
hiehieRR
hieRRhfehfb
RR
RA
BB
BB
LC
Ci
)()( 32
32
Para calcular Av y Ai se utilizan las expresiones que se presentan a continuación:
hie
hfeRhfbA Cv
) (
hiehieRR
hieRRhfehfbA
BB
BBi
)( 32
32
995.0 201
200
1
hfb
200 hfe
12.266 10346.1
200)108.1 (995.0
33
xxAv
75.78 10346.1 5.881
5.881)200(995.0
3
xAi
Sin embargo, puesto que no se encuentran presentes RS y RL, las expresiones se reducen a lo siguiente:
Donde:
De ahí que:
Segundo ejemplo, modelo π
• Considere un amplificador bipolar cascode polarizado con una corriente de 1mA. Los transistores usados tienen β = 100, = 100 KΩ, = 14 pF, = 2 pF, = 0, y = 50 Ω.
• El amplificador es alimentado con una fuente que con una = 4 KΩ. La resistencia de carga
= 2,4 KΩ. Encuentre la ganancia de baja frecuencia , y estime el valor de la frecuencia para -3 dB.
or
C C CsC Xr
sigR
LR
MA
Hf
Circuito para ejemplo 2
Ecuaciones en el circuito
Resultados
Lomseñalx
M RrgRrr
rA //
kk
V
Am
kkk
kAM 4,2//10010040
41005,2
5,2
VVAM 6,36
kmA
mVr
VIgr e
TEm
5,21
25100
/
Resultados
kRR señal 55,1' 1
1/
// 211 Lo
LoeoC Rr
RrrrR
1111 1' CCmseñal RRgRR
kkRrrR señalxseñal 450//5,2//'
kkk
kkkkRC 1
101/4,21004,2100
101100//1001
kk
VA
mkR 1140155,11
kR 55,641
Resultados
salLcsLCcsH RRCCCRCCRCRC //221211111
nsf
HH 6,1692
121
MkrR osal 10100100
nsH 6,169
MkpFpFpF
kpFpFkpFkpFH
10//4,2200
114055,64255,114
kHzfH 939