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1/51

Tema 4CIRCUITOS AMPLIFICADORES

DE PEQUEÑA SEÑALENTRADA SIMPLE

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Tema 4: Nociones generales

2/51

Estructuras ideales

CLASIFICACIÓN Salida Corriente Salida Tensión

Entrada Corriente A. de Corriente Transrresistor Entrada Tensión Transconductor A. de Tensión

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3/51

Definición de pará etr!s

● Ganancia en tensión, AV ● Ganancia en corriente, AI ● Impedancia de entrada, Z

IN ● Impedancia de salida, Z OUT

AV =V OUT V I N

A I = I OUT I I N

Z I N = V I N I I N Z OUT =(V OUT

I OUT )TheveninDE"ENDENCIA #ES"EC$% A LA F#EC&ENCIA

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'/51

%()eti*!s

$#ANS#ESIS$%#

Z OUT →A+ DE $ENSIÓN A+ DE C%##IEN$E

$#ANSC%ND&C$%#

Z I N →∞ AV → ∞ Z OUT → ∞ Z I N → A I → ∞

Z OUT → Z I N → AV → ∞ Z OUT → ∞ Z I N →∞ A I → ∞

SIN E,-A#.% 0&I S CADA DISE AD%# I,"%N.A S&S C#I$E#I%S

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#elaci!nes entre pará etr!s

AVS =V OUT

V S

AVS = AV · Z I N

Z I N + R S

Ganancia respecto fuente

AV = A I · Z L

Z I N G M =

I O

V I N =

AV

Z L=

A I

Z I N

V O

I I N = Z L · A I =

AV

Z I N

#ELACI%NES 4$ILES "A#A A.ILI A# C LC&L%S

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Tema 4: Aco!lamien"o

/51

Ac!pl! de se6alesElementos en negro...

● Fijan el punto de operación

S%L&CI%NES+++

● &S% DE CA"ACIDADES DE DESAC%"L% 7CAS% DEELE,EN$%S DISC#E$%S8

● SELECCIÓN C&IDAD%SA "&N$% %"E#ACIÓN7CAS% DE L%S ICs8

Elementos en rojo...

● Introducen la señal ue a!plificar

¡PERO ALTERAN EL PUNTO DE OPERACIÓN!

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Tema 4: Aco!lamien"o

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Ac!pl! de se6ales

Funci n e los con ens" ores...

● C " # C $ % En serie con otros& '(O)UEO para señales *C ● C +% En paralelo con otros& ,ASO para señales AC ● C -% Esta.ili/a la fuente& *ESACO,(O

A frecuencia ele0ada& loscondensadores son cortocircuitos .

Ac!pl! de se6alesAc!pl! de se6ales

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Tema 4: To!olog#as com$nes

:/51

N!tas● ,unto de operación fijado por red con de1eneración de e!isor ● A frecuencias !edias& los condensadores son cortocircuitos

2 34 E desaparece5

E is!r C! ;n

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E is!r C! ;n 7-a)a frecuencia8

A"A#ECEN CE#%S EN S?> @ EL ,IS,% N4,E#% DE "%L%SAl lle ar a una frecuencia deter inada la anancia es c!nstante

Grosso !odo , las condiciones de trabajo...

∣

%

s ·C B∣≪ RS , Z I N ∣

%

s ·C E ∣≪ R E ∣

%

s ·C L∣≪ R L , Z O

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11/51

E is!r C! ;n 7Alta frecuencia8

Teorema de Miller(Aproximado...)

A"A#ECEN "%L%S @ CE#%S EN A,-AS E$A"AS

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E is!r C! ;n 7Alta frecuencia8

Z I N HF = v I N i I N =( h ie / / R% / / R& / /

%

s ·(C π+ (%+ AV , DC )·C μ))

AV HF = vou

vi , n=− h fe ·

(h oe− % / / RC / / R L / /

%

s ·C μ)

hie A I

HF

=iou i i , n = AV

HF

· Z i n

HF

Z L

Z OUT HF =( RC / / h oe

− % / / %

s · C μ)

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E is!r C! ;nB Influencia del punt! de !peración

●

INB Aumenta cuanto menor sea la corriente de base (y colector) y mayor ! "" # No es contradictorio

● A B Aumenta con el $alor de C y, %eneralmente, aumenta con la corriente de

colector ( 6ie predomina sobre 6oe)*epende de la resistencia de car1a 4 ( sal0o si 4 ( 77 84 C 99 6oe:" ;

● AIB&ependencia 'uerte con Z .

●

%&$ &isminuye con C y si aumenta I C.

COOS *E Z OUT ???

A@ 0&E LLE.A# A &N C%,"#%,IS%

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1'/51

N!tas● ,unto de operación fijado por red con de1eneración de fuente● FET

Fuente C! ;n

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Fuente C! ;n 7pe=ue6a se6al8

Z I N =v I N i I N

=( R% / / R&)

AV =vOUT v I N

=− ! " ·( R D / / ! O−% / / R L)=− √& · # N · $ L ·√ I DS · λ · I DS %+ λ· I DS · ( R D−%+ R L− %)

A I =iOUT i I N

= AV · Z I N R L

Z OUT =( R D / / ! O−%)

→ AV =− ! " ·( R D / / ! O− %)=− √& · # N · $ L ·√ I DS · λ · I DS %+ λ· R D− %· I DS si R L →∞

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Fuente C! ;n 7Alta frecuencia8

Teorema de Miller(Aproximado...)

A"A#ECEN "%L%S @ CE#%S EN A,-AS E$A"AS

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Fuente C! ;nB Influencia del punt! de !peración

●

INB Aumenta cuanto mayor ! "" # 3Cuidado con el ruido t@r!ico5

● A B Aumenta con el $alor del la corriente de drenador y con &

*epende de la resistencia de car1a 4 ( sal0o si 4 ( 77 84 * 99 1 o:"

;● AIB&ependencia 'uerte con Z .

●

%&$ &isminuye con & y si aumenta I &* por la in'luencia en % + .

Todo !ejora si au!enta I *S pero???

EL C%NS&,% SE E AFEC$AD%

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N!tas● Si!ilar a E!isor co! n pero sin C E ?

E is!r de enerad!

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1

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De eneración de e is!r

● Aumenta considerablemente la impedancia de entrada

● &isminución de la %anancia (Corriente y Tensión)

De eneración de fuente c!n FE$● Conclusiones similares a -T

● Aparición de e'ecto substrato en M+*

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N!tas

● ,unto de operación fijado por red con de1eneración de e!isor ● Se puede polari/ar la .ase con una fuente constante● A frecuencias !edias& los condensadores son cortocircuitos

2 34 " # 4 $ desaparecen5

-ase C! ;n

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-ase C! ;n 7pe=ue6a se6al8

Z I N =v I N i I N

=( R E / / hib)=( R E / / h ie%+ h fe

)=( R E / / N ·V T

I E )

AV =−h fbh ib

· Z & =h fehie

· Z & ≈ I C

N · V T · Z &

Z & =( RC / / R L / / hob− %)

A I = Z I N R L

· AV = Z I N · I C

N · V T · Z & R L

*i C, / ob0! y / ib 1 , entonces AI G 1

Z OUT =( RC / / h ob− %)

SE.&ID%# DE C%##IEN$E

hob

− %=(%+ h

fe)·V AF

I C

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-ase C! ;n 7Alta frecuencia8

Aparecen dos nue$as capacidades, 2ue pueden ser incluidas en / ib y / ob para

calcular los distintos par3metros.

INNECESA#I% EL $E%#E,A DE ,ILLE#

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N!tas

● ,unto de operación fijado por red con de1eneración de fuente● #e $ue e $ol"ri%"r l" $uert" irect"mente con un" &uente const"nte● Aparece el efecto sustrato● A frecuencias !edias& los condensadores son cortocircuitos

2 34 " # 4 $ desaparecen5

"uerta C! ;n

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"uerta C! ;n 7pe=ue6a se6al8

Z I N = A I AV

· R L

AV = ! O + ! " + ! nb

! O + %

R D + %

R L

*i &

Z OUT ≈ R D

SE.&ID%# DE C%##IEN$E

● a tensión de puerta es nula.● a 'uente del M+* es la entrada

A I = R D

R D+ R L

A I ≈ % AV = ! O + ! " + ! nb ! O +

%

R D

Z I N = R

L AV Z

OUT ≈ R D

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"uerta C! ;n 7Alta frecuencia8

● &os capacidades principales● C G& puede combinarse con &●

C G* se combina con A por T/4$enin e introduceun polo por des$5o de corriente.

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N!tas

● ,unto de operación fijado por red con de1eneración de e!isor ● (a resistencia de car1a puede ser la propia resistencia de e!isor ● A frecuencias !edias& los condensadores son cortocircuitos

2 El colector se une directa!ente a tierra?

C!lect!r C! ;n 7! Se uid!r de e is!r8

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C!lect!r C! ;n 7pe=ue6a se6al8

Z I N −%

=i I N v I N = R B−

%

+ hi'−%

·(%− AV )≈ R B−%

+ hi'−%

· N · V T R ( · I E ≈ R B−

%

+ ( R ( ·(h fe+ %))− %

→ Z I N ≈ R B

AV = %

h)' − hi'

h f' · R (

≈ %

%+ h ie

R ( ·(%+ h fe)

= %

%+ N ·V T R ( · I E

≈ %

R ( =( R E / / R L / / ho'− %)

A I = Z I N R L

· AV ≈ R B R L

SE.&ID%# DE $ENSI%N

R B=( R% / / R&)

ve' = vOUT

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2

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N!tas

● ,unto de operación fijado por red con de1eneración de fuente● (a resistencia de car1a puede ser la propia resistencia de fuente● A frecuencias !edias& los condensadores son cortocircuitos

2 El drenador se une directa!ente a tierra?

Drenad!r C! ;n 7! Se uid!r de fuente8

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Drenad!r C! ;n 7pe=ue6a se6al8

Z I N = RG

AV = ! "

! " + ! "b + ! O+ R ( − %≈

! " ! " + ! "b

= %

%+ ! " ! "b

R ( =( RS / / R L)

A I = Z I N R L· AV = RG R L

· %

%+ ! " ! "b

SE.&ID%# DE $ENSI%N "E%# 0&E - $

RG =( R% / / R&)v I N = vGvOUT = vS

1l cociente % m"%mb $ale 6.!06.7 entransistores reales.

Z OUT =( RS / / ! O− % / / ! − %" / / ! "b

− %)

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Tema 4: F$en"es 'e corrien"e

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Pro'lem"

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Tema 4: F$en"es 'e Corrien"e

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E)e pl!s c!n - $s

S%L&CI%N SI,ILA# "A#A C,%S&SA# CASC%DE % JIDLA#

&e%eneración emisor

ase Com8n

*e%uidor de emisor

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Tema 4: Am!li(ica'ores CMOS

3'/51

"!li*alencia de l!s ,%SFE$

(os

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Tema 4: )arios Transis"ores

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C!nfi uraci!nes tHpicas - $B "ar CCKCE 7C!lect!r c! ;n e is!r c! ;n8

Se .usca una !ejor a!plificación? Supone!os sin acoplo capaciti0o # polari/adocon fuente de corriente co!o en !uc6os a!plificadores operacionales?

N!tas

● (a resistencia 4 es opcional para polari/ar )"? ,uedeusarse una fuente de corriente?

● I ) puede ree!pla/arse por una si!ple resistencia?

● Se supone ali!entación .ipolar? V EE puede ree!pla/arse por tierra?

● (a tensión de entrada se sit a en torno a :V EE $ V γ parae0itar ue los transistores no dejen la ZA*?

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C!nfi uraci!nes tHpicas - $B "ar CCKCE 7"e=ue6a se6al8

Se co!.inan a!.os !odelos de transistor en pe ueña señal?

IN IE#$E LA SE AL

R (* =( ho'*− % / / hie+ )

R (+ =( h oe+− % / / R )

Z I N = h i'* − h f'* · R (* · h )'* ≈ hie*+ (%+ h fe*)· R (*

AV = h fe+ · h f'* R (+ · R (*hie+ · Z I N =− h fe+·(%+ h fe*) · R (+ · R (*h ie+ · Z I N

Muy ele$ada

Z OUT =( h oe+− % / / R )

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C!nfi uraci!nes tHpicas - $B "ar CCKCE 7"e=ue6a se6al8

Al1unas si!plificaciones???

,e)!r a plificad!r de c!rriente! i ual de tensión c!n a !r i pedancia de entrada

R (*− %= h o'* + h ie+−

%= I C*V AF*

+ I B+ N ·V T

≈ I B+ · (V AF*− % + ( N · V T )− %)≈ I B+ N ·V T ≈ h ie+− %

R (+− %= h oe++ R−

%≈ h oe+ = I C+

V AF+

AV =− h fe+ ·(%+ h fe*)· R (+ · R (*hie+ · Z I N

≈− h fe+· (%+ h fe*)·h oe+

Z I N ≈− h fe+ ·(%+ h fe*) ·

h oe+h ie*+ (%+ h fe*) · h ie+

≈− %&

h fe+·h oe+h ie+

3

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C!nfi uraci!nes tHpicas - $B "ar Darlin t!n

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3

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C!nfi uraci!nes tHpicas - $B "ar Casc!de

Ktil cuando la car1a se pone en serie con el a!plificador

&$ILI ADA DESDE L%S $IE,"%S DE LAS L &LAS DE ACM%

N!tas

●

Tensión de polari/ación independiente& V ' ?● Se .usca crear un transconductor con altai!pedancia de salida?

● Usado para atacar car1as pe ueñas

● El 0alor *C de V IN

fija el punto de operación?

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C!nfi uraci!nes tHpicas - $B "ar Casc!de 7pe=ue6a se6al8

Un transistor en e!isor co! n # otro en .ase co! n

Z I N = h ie*≈ N ·V T

I O Z OUT = hob+

− % =( hoe+%+ h fe+)− %

= (%+ h fe+ )V AF+ I O

AV = h fe* · h fb+ · R (* · R (+hie* · h ib+ ≈− h fe* ·

h fe+%+ h fe+ ·

R (+hie*

R (*− %= h oe*+ h ib+

− %≈ hib+− %

R (+− %= h ob++ R L

− %

A I = AV · Z I N R L

≈− h fe* ·h fe+

%+ h fe+· R (+ R L

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C!nfi uraci!nes tHpicas - $B "ar Casc!de 7Apr! i aci!nes8

Z I N = h ie* Z OUT = hob+

R (*− %= h oe*+ h ib+

− %≈ hib+− %

R (+− %= h ob++ R L

− %

A I = AV · Z I N

R L≈− h fe* ·

h fe+%

+ h fe+· R (+

R L≈− h fe*

Si R L≪h ob+= (%+ h fe+)·V AF+ I

→ R (+ ≈ R L

AV = h fe* · h fb+ · R (* · R (+hie* · h ib+

≈− h fe* ·h fe+

%+ h fe+· R (+hie*

≈− h fe* · R Lh ie*

≈ I

N · V T · R L

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C!nfi uraci!nes tHpicas - $B "ar Casc!de 7 ersión 28

Utili/ada en circuitos inte1rados

%$#A E#SIÓN ,&@ "%"&LA# EN CI#C&I$%S IN$E.#AD%S

N!tas

●

Tensión de polari/ación independiente& V ' ?● Se .usca crear un T4ANSCON*UCTO4con A(TA i!pedancia de salida?

● El punto de operación 0iene fijado por lafuente de corriente I ) ?

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C!nfi uraci!nes tHpicas - $B "ar Casc!de 2 7pe=ue6a se6al8

Un transistor en e!isor co! n # otro en .ase co! n

Z I N = h ie*≈ N ·V T

I Z OUT = hob+− % =( hoe+%+ h fe+)

− %

= (%+ h fe+ )V AF+ I

AV = h fe* · h fb+ · R (* · R (+hie* · h ib+≈ − h fe* · h fe+%+ h fe+

· R (+h ie*

R (*− %= h oe*+ h ib+

− %≈ hib+− %

R (+− %= h ob++ R

− %+ R L− %

A I ≈− h fe* · h fe+%+ h fe+· R (+

R L≈− h fe*

#ES&L$AD%S SI,ILA#ES AL AN$E#I%# SAL % #0

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C!nfi uraci!nes tHpicas C,%SB C!nfi uración Casc!de

Uso si!ilar al e ui0alente '>T?

&$ILI AD% EN LA C#EACIÓN DE ICs 7A,"+ $ELESCÓ"IC%S8

N!tas

●

Tensión de polari/ación independiente& V ' ?● Se .usca crear un T4ANSCON*UCTO4con A(TA i!pedancia de salida?

● El punto de operación 0iene fijado por lafuente de corriente I ) ?

● ,ueden añadirse !Ds # !Ds cascodes?

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C!nfi uraci!nes tHpicas C,%SB C!nfi uración Casc!de 7"e=ue6a se6al8

&$ILI AD% EN LA C#EACIÓN DE ICs 7A,"+ $ELESCÓ"IC%S8

N!tas

● V G" V IN 2 0 GS" 0 IN ●

V G$ V ' 2 0 G$ 2 0 GS$ :0 A● 0

'S$ :0

A

AV =− ! "*

! O*·

%+ ! O+−% · #

%+ G ( · ( ! O*− %

+ ! O+− %

+ # · ! O*− %

· ! O+− %

)

# = ! "+ + ! "b+ G ( = R−%+ R L

− %

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C!nfi uraci!nes tHpicas C,%SB C!nfi uración Casc!de 7I pedancia salida8

INC#E,EN$% ES"EC$AC&LA# DE LA #ESIS$ENCIA

%

Z OUT =

%

R+

! O* · ! O+ ! O*+ ! O+ + ! "+ + ! "b+

E ui0alente en pe ueña señal&si!plificado # puesto co!oe ui0alente T6@0enin?

En 1eneral& 4 ) es !u# 1rande

Z OUT = ! O*− %+ ! O+

− %+ ! O*− %· ! O+

− %· ( ! "+ + ! "b+ )

→ AV =− ! "* ! O*

·%+ ! O+

−% · # %+ G ( · Z OUT

→G " =iOUT v I N =

AV R L ≈−

! "* ! O* ·

%+ ! O+− %· #

Z OUT

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'

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C!nfi uraci!nes tHpicas C,%SB C!nfi uración Casc!de Acti*! 7pe=ue6a se6al8

(V B*= V S*= )V G*= V I N )→(vGS*= v I N v BS*= ) ( V S+= V D*V B+= )V G+= A D · (V B− V D* )V I N )→(vGS+=− A D · v D*v BS+=− v D* )N!tas

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Tema 4: )arios Transis"oresC!nfi uraci!nes tHpicas C,%SB C!nfi uración Casc!de Acti*! 7pe=ue6a se6al8

N!tas*e obtienen los mismos

resultados 2ue en cascodenormal ya 2ue solo /ay 2uereempla:ar %

m# por A

&=%

m#

Z OUT = ! O*− %+ ! O+

− %+ ! O*− %· ! O+

− %· ( A D · ! "+ + ! "b+ )

→ AV =−

! "*

! O*·

%+ ! O+−% · #

%+ G ( · Z OUT

→G " =iOUT v I N

= AV R L

≈− ! "* ! O*

·%+ ! O+

− %· # Z OUT

# = A D · ! "+ + ! "b+

Au ent! espectacular de la

resistencia de salida+La transc!nductancia n!e)!ra sensi(le ente

(igil"r &recuenci" e tr"'"jo!

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