amplificadores multietapa-breidi salgado.docx

7/22/2019 Amplificadores multietapa-Breidi Salgado.docx

1/21

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA

DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL

NCLEO ANZOTEGUISEDE SAN TOME

Ingeniera De Telecomunicaciones

AMPLIFICADORES MULTIETAPA

Preparado por

BREIDY JHONATAHN SALGADO ROMERO

SAN TOME

2014


2/21

INDICE

Pg.

INTRODUCION 3

AMPLIFICADORES MULTIETAPA 4

Concepto 4

Tipo de acoplamiento 4

Acoplamiento directo. 4

Acoplamiento capacitivo. 5

Acoplamiento por transformador. 6

Configuraciones de amplificador multietapa 7

Conexin cascada. 7

Conexin cascode. 11

Conexin Darlington. 15

Estudio de los efectos de carga y corrimiento de nivel DC 18

CONCLUSIONES 20

BIBLIOGRAFIA 21


3/21

INTRODUCCIN

Un amplificador se describe un circuito capaz de procesar las seales de

acuerdo a la naturaleza de su aplicacin. El amplificador sabr extraer la informacin

de toda seal, de tal manera que permita mantener o mejorar la prestacin del

sistema que genera la seal (sensor o transductor usado para la aplicacin).

Se llama amplificador multietapa a los circuitos o sistemas que tienen mltiples

transistores y adems pueden ser conectadas entre s para mejorar sus respuestas

tanto en ganancia, Zin, Zout o ancho de banda. Las aplicaciones pueden ser tanto de

cc como de ca.

Todas estas etapas amplificadoras pueden ser integradas y encapsuladas en

un chip semiconductor llamado Circuito Integrado.

En el presente trabajo se definir que es un amplificador multietapa y se

analizaran los diferentes tipos de acople que se pueden implementar entre etapa as

como, las diferentes configuraciones que se pueden utilizar como son: Conexin en

cascada, cascode y darlington segn la aplicacin a la que estn destinados.


4/21

AMPLIFICADORES MULTIETAPA

Concepto

Los amplificadores multietapa son circuitos electrnicos formados por varios

transistores (BJT o FET), que pueden ser acoplados en forma directa, mediante

capacitores o usando un transformador. Es un circuito capaz de procesar las seales

de acuerdo a la naturaleza de la aplicacin, es decir, que recibe una seal y devuelve

una seal idntica pero de otra amplitud, menor o mayor y que tiene ms de una

etapa en la que realiza dicha operacin.

Tipos de acoplamiento

El acoplamiento establece la forma en la cual se conectan las distintas etapas

amplificadores, dependiendo de la naturaleza de la aplicacin y las caractersticas de

respuesta que se desean. Existen distintos tipos de acoplamiento: Acoplamiento

directo, capacitivo y por transformador.

Acoplamiento directo.

Las etapas se conectan en forma directa, es permite una amplificacin tanto de

la componente de seal como de la componente continua del circuito. Se dice que

los circuitos de cc se acoplan directamente.El acoplamiento directo se puede utilizarde manera efectiva al acoplar un amplificador emisor comn a uno emisor seguidor,

porque la corriente de polarizacin en un emisor seguidor por lo general es alta. El

acoplamiento directo elimina la necesidad de conectar con el capacitor de


5/21

acoplamiento y con los resistores R1 y R2 de la segunda etapa. El amplificador

acoplado directamente tiene una buena respuesta en frecuencias pues no existen

elementos de almacenamiento en serie (es decir sensibles a la frecuencia) que

afecten la seal de salida en baja frecuencia.

El amplificador resultante tiene una excelente respuesta en baja frecuencia y

puede amplificar seales de cd. Es tambin ms simple fabricar un circuito integrado

pues no se necesita capacitores.

En la figura 1 se muestran varios ejemplos de acople directo y algunas de sus

aplicaciones.

Figura 1. Amplificador BJT con acople directo

Acoplamiento capacitivo.

El acoplamiento capacitivo o por condensador se usa para interconectar

distintas etapas, en las cuales slo se desea amplificar seal. La presencia del

capacitor anula las componentes de cc, permitiendo slo la amplificacin de seales


6/21

en ca. Los amplificadores de ca usan acoplamiento capacitivo. Permite mayor

libertad en el diseo, pues la polarizacin de una etapa no afectar a la otra. La

figura 2 muestra un acople capacitivo con transistores BJT

Figura 2. Amplificador BJT con acople capacitivo

Acoplamiento por transformador.

Este acoplamiento es muy popular en el dominio de la radio frecuencia (RF). El

transformador como carga permitir aislar las seales y adems, dependiendo de la

razn de transformacin incrementar el voltaje y corriente. Los transformadores

permiten aislar elctricamente las distintas etapas. El acoplamiento por

transformador se utiliza en receptores de radio y televisin. De esta forma, las etapas

de transistor no slo amplifican la seal (video o audio) sino que tambin realizan la

funcin de separar la estacin deseada de las dems recibidas por la antena. En la

figura 3 se ilustra un acople por transformador para sintonizar varias etapas a

frecuencias ligeramente diferentes.


7/21

El efecto neto es producir una caracterstica de frecuencia que sea

aproximadamente plana sobre el intervalo deseado de la banda de frecuencias.

Figura 3. Amplificador BJT con acople por transformador

Configuraciones de amplificadores multietapas

Conexin cascada.

Es una conexin en serie con la salida de una etapa aplicada como entrada a la

segunda etapa. La conexin en cascada proporciona una multiplicacin de la

ganancia de cada etapa para una mayor ganancia general. La ganancia general del

amplificador en cascada es el producto de las ganancias y de las etapas

para as obtener una mayor ganancia total.

En la figura 4 se muestra un amplificador en cascada con acoplamiento Rc

usando BJT:


8/21

Figura 4. Amplificador BJT en conexin cascada

La ganancia de voltaje de cada etapa es:

La impedancia de entrada del amplificador es la de la etapa 1:

Y la impedancia de salida del amplificador es la de la etapa 2:

La siguiente figura es un ejemplo de una red con amplificador FET en cascada:

Figura 5. Amplificador FET en conexin cascada


9/21

La ganancia de voltaje de cada etapa es:

La impedancia de entrada del amplificador es la de la etapa 1:

Y la impedancia de salida del amplificador es la de la etapa 2:

Ejemplo 1: analizar la siguiente configuracin en cascada y calcular su

impedancia de entrada, de salida as como la ganancia de voltaje y corriente.

Circuito equivalente en AC:


10/21

Circuito equivalente en pequea seal:


11/21

Conexin cascode.

Consiste en un amplificador en emisor comn acoplado directamente con una

configuracin en base comn. Dicho circuito posee una impedancia de salida mayor,

una alta impedancia de entrada, con una ganancia de voltaje baja y un ancho de

banda ms grande.

La figura 6 muestra un amplificador en conexin cascode:

Figura 6. Conexin Cascode

En la figura 7 se muestra una conexin alternativa cascode:

Figura 7. Conexin alternativa Cascode


12/21

La idea general consiste en combinar la alta impedancia de entrada y la gran

transconductancia a travs de la configuracin de emisor comn, con la respuesta a

altas frecuencias y la propiedad de ser un buffer de corriente de la configuracin

base comn. Entonces:

Ejemplo 2: Dado el siguiente circuito en conexin cascode, encontrar los

voltajes y corriente de polarizacin DC, si impedancia de entrada y salida as como

su ganancia de voltaje y corriente.

Circuito equivalente en DC:


13/21

Ahora, para facilitar el anlisis se pueden despreciar las corrientes de base

de cada transistor. Por tanto la rama de los resistores estara en serie y bajo estas

condiciones:

Circuito equivalente en AC:

Dnde:

Circuito equivalente en pequea seal:

Impedancia de entrada y de salida del circuito:


14/21

Calculo de la ganancia de voltajey de corriente


15/21

Conexin Darlington.

Esta configuracin corresponde a dos etapas seguidores de emisor, tiene una

alta impedancia de entrada y adems produce un efecto multiplicativo sobre la

corriente, se conoce adems como par Darlington. Una conexin Darlington opera

como una sola unidad consiguiendo una beta muy grande la cual es el producto de

las ganancias de corriente de los transistores individuales.

En la figura 8 se muestra una configuracin Darlington:

Figura 8. Configuracin Darlington

Cuando los transistores tienen ganancias de corriente diferentes, la conexin

Darlington proporcionara una ganancia de:

Ejemplo 3: Analizar el siguiente circuito en configuracin Darlington, encontrar

los voltajes y corrientes de polarizacin, su impedancia de entrada y salida, su

ganancia de voltaje y corriente.


16/21

Polarizacin en DC:

Anlisis en AC:


17/21

Ganancia de corriente en AC:

Impedancia de salida en AC


18/21

Ganancia de voltaje en AC:

Estudio de los efectos de cargas y corrimiento de nivel DC

Efecto de carga.

En un amplificador multietapa, las caractersticas de las etapas de entrada y

salida dependern de las caractersticas del generador de entrada y de la carga. Uno

de efectos a tener en cuenta en un multietapa es la carga que ejerce cada etapa

sobre la anterior, as como el que una de las etapas ser la que limitara la mxima

amplitud de la seal de salida por lo que si queremos aumentar dicha seal debemos

actuar sobre la etapa responsable. En este caso puede ser utilizada la realimentacin

para mejorar las caractersticas del amplificador. Tambin es posible utilizar un

transformador adaptador de impedancia para evitar los efectos de carga, esto en el

caso de amplificadores con BJT debido a su baja impedancia de entrada. En los

amplificadores con FET, las etapas pueden ponerse directamente en cascada sin

que se presenten problemas de efectos de carga.


19/21

Corrimiento DC.

En amplificadores multietapas con acoplamiento directo, la polarizacin de cada

etapa no es independiente de las otras. Ms an, el nivel dc de cada etapa se va

trasladando a la siguiente, producindose un problema de apilamiento de voltaje que

termina saturando a las etapas finales, esto es producto de que salida en ca de la

primera etapa est superpuesta con el nivel de cd esttico de la segunda etapa,

entonces el nivel de cd de la salida de la etapa anterior se suma al nivel de cd de

polarizacin de la segunda etapa. Esto se puede corregir, empleando estrategias de

desplazamiento o corrimiento de nivel dc.

Para compensar los cambios en los niveles de polarizacin, en amplificador

utiliza diferentes valores de fuentes de tensin de cd en lugar de una fuente de Vcc

sencilla. Tambin en vez de usar un acople directo entre las etapas se puede usar un

acople capacitivo, el cual constituye la forma ms simple y efectiva de desacoplar los

efectos del nivel de cd de la primera etapa amplificador, de aquellos de la segunda

etapa. En capacitor separa el componente de cd de la seal de ca. Por tanto, la

etapa anterior no afecta la polarizacin de la siguiente. Para asegurar que la seal no

cambie de manera significativa por la adicin de un capacitor, es necesario que est

se comporte como cortocircuito para todas las frecuencias a amplificar.


20/21

CONCLUSIN

Los circuitos multietapa son sistemas construidos a partir de varios transistores,

estos pueden estar acoplados entre s, ya sea en forma directa o a travs de un

capacitor. Cuando las etapas son acopladas por capacitor se habla de circuitos de

ca, la presencia de condensadores en un amplificador hace que la ganancia de ste

dependa de la frecuencia. Si son acopladas en forma directa se habla de circuitos en

cc y ca.

Las configuraciones multietapa clsicas, el par darlington, la conexin cascada

y la conexin cascode, presentan caractersticas propias, alta impedancia de entrada

e incremento de la corriente y alta impedancia de salida respectivamente, las cuales

pueden ser mejoradas combinando dichos circuitos con otros elementos, ya sea para

su polarizacin (fuentes de corriente activas) o como carga. En un amplificador

multietapa la conexin en cascada proporciona una multiplicacin de la ganancia en

voltaje de cada etapa para una mayor ganancia general.No debe dejarse de lado, elhecho de que las etapas iniciales y finales, tambin son las responsables de las

caractersticas de impedancia que ofrecer el amplificador.

En sntesis, un amplificador no es un sistema simple de analizar y disear. Es

un sistema complejo, pero con notables facilidades para el diseador, si este ha

logrado una buena metodologa en el marco terico - practico de los circuitos

electrnicos elementales.


21/21

BIBLIOGRAFIA

Savant, C. Roden, M, Carpenter, G. 1992. Diseo electrnico. Adisson Wesley

Iberoamericana.

Sedra, A. Smith, K. 1998. Microelectronics Circuits. Oxford Press.

Boylestard, Robert. 2009. Electrnica Teora de circuitos y dispositivos electrnicos.

Printece Hall

R. Carrillo, J.I. Huircan. Amplificadores multietapa, [en lnea], disponible en:

http://146.83.206.1/~jhuircan/PDF_CTOI/MultIee2.pdf

Charles A. Schuler. Electrnica, Principios y Aplicaciones, [en lnea], disponible en:

http://books.google.com.co/books?id=_50ty8YvPHEC&pg=PA104&lpg=PA104

&dq=apacitor+en+paralelo+al+emisor+ganancia+mayor&source=bl&ots=FQN

mqCyM0v&sived=0CC8Q6AEwAQ#v=onepage&q=capacitor%20en%20paralel

o%20al%20emiso %20ganancia%20mayor&f=f alse
http://146.83.206.1/~jhuircan/PDF_CTOI/MultIee2.pdfhttp://books.google.com.co/books?id=_50ty8YvPHEC&pg=PA104&lpg=PA104&dqhttp://books.google.com.co/books?id=_50ty8YvPHEC&pg=PA104&lpg=PA104&dqhttp://books.google.com.co/books?id=_50ty8YvPHEC&pg=PA104&lpg=PA104&dqhttp://books.google.com.co/books?id=_50ty8YvPHEC&pg=PA104&lpg=PA104&dqhttp://146.83.206.1/~jhuircan/PDF_CTOI/MultIee2.pdf

amplificadores multietapa-breidi salgado.docx

Documents