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Escuela Politécnica Nacional. Viracocha Jairo. Preparatorio Nro. 4

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ESCUELA POLITECNICA NACIONAL. Laboratorio de Circuitos Electrónicos Preparatorio Nro. 4 Diseño de Amplificadores Multietapa Con Condiciones acoplamiento directo (Cascode y Darlington) Viracocha Toapanta Jairo Marcelo [email protected]

Objetivo: • Diseñar, analizar e implementar un amplificador en configuración Darlington con impedancia de entrada. • Analizar, diseñar e implementar un amplificador en configuración Cascode con impedancia de entrada. I. TRABAJO PREPARATORIO A. Describir las principales características y aplicaciones del amplificador en configuración Cascode Este tipo de amplificador tiene como gran ventaja el manejo de señales de alta frecuencia, para poder conseguir esto, posee una entrada en Emisor-Común y una salida en Base Común.

Características: • Esta configuración es muy estable donde su salida esta efectivamente aislada de la entrada tanto eléctricamente como físicamente • Presenta una alta ganancia. • Posee un ancho de banda mayor. • Tiene una alta velocidad de respuesta • Se puede trabajar a unas frecuencias altas • Su impedancia de entrada es alta. Aplicaciones: • Son utilizados en amplificadores de potencia con la finalidad de obtener altas ganancias de corriente. • Este amplificador también se lo coloco en la entrada de la señal del televisor para así obtener ilustraciones de los canales de televisión. • Se lo puede utilizar como un modulador para modulación en amplitud en el cual la primera etapa suministra la señal de audio y la segunda etapa se utiliza de amplificación RF B. Especificar las principales consideraciones de diseño de un amplificador Multietapa en configuración Cascode con impedancia de entrada (recorte de señal, estabilidad térmica, superposición de señales, etc.).

Figura 1, Circuito en configuración Cascode

El amplificador cascode es un amplificador que mejora algunas características del amplificador de Base Común. El amplificador base común es la mejor opción en aplicaciones de altas frecuencias, sin embargo, su desventaja es su muy baja impedancia de entrada. El amplificador Cascode se encarga de aumentar la impedancia de entrada, pero manteniendo sobre todo la gran utilidad de la configuración Base Común, ventajoso en el manejo de señales de alta frecuencia. El amplificador en configuración Cascode se diseña en función de dos transistores, los cuales pueden ser con la configuración emisor común como primera etapa y la otra base común como la segunda etapa.

En este caso de amplificador con acoplamiento directo tendremos que la impedancia de entrada tiene la siguiente condición:

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D. Especificar las principales consideraciones de diseño de un amplificador Darlington con impedancia de entrada (recorte de señal, estabilidad térmica, superposición de señales, etc.).

Donde: 𝑅𝐵1 ∥ 𝑅𝐵2 ∥ 𝑍𝑖𝑛𝑡1 ≥ 𝑍𝑖𝑛𝐷 𝑍𝑖𝑛𝑡1 ≥ 𝑍𝑖𝑛 Sabemos que: 𝑅𝐶1 ∥ 𝑍𝑖𝑛𝑡2 𝑟𝑒1 + 𝑅𝐸11 𝑍𝑖𝑛𝑡1 ≥ 𝑍𝑖𝑛𝐷

𝐴𝑉 =

𝐼𝑏 = 𝐼𝑏1 𝐼𝑒 = 𝐼𝑒2

Entonces: (𝛽 + 1) ∗ (𝑟𝑒1 + 𝑅𝐸11 ) ≥ 𝑍𝑖𝑛𝐷 Reemplazando las dos ecuaciones: 𝐴𝑉 𝑅𝐶1 ∥ 𝑍𝑖𝑛𝑡2 ≥ 𝑍𝑖𝑛𝐷 ∗ 𝛽+1

𝐼𝑒1 = 𝐼𝑏2 𝐼𝑐 = 𝐼𝑐1 + 𝐼𝑐2 = β1𝐼𝑏1 + β2𝐼𝑏2 = β1𝐼𝑏1 +β2𝐼𝑒1

𝐼𝑐1 = β1𝐼𝑏1 + β2 (1 + β1) 𝐼𝑏1

Con esta condición nosotros podemos hacer MTP (máxima transferencia de potencia) asumiendo valores iguales de 𝑅𝐶1 = 𝑍𝑖𝑛𝑡2 , también existen otros casos en los que podemos asumir 𝑅𝐶1 ≥ 𝑍𝑖𝑛𝑡2 o 𝑅𝐶1 ≤ 𝑍𝑖𝑛𝑡2 .

𝐼𝑐 = 𝐼𝑏 (β1 + β2 (1+ β1)) Estabilidad térmica:

𝑟𝑒1 = 𝑉𝑇 /𝐼𝑒1 𝑟𝑒2 = 𝑉𝑇 / (β2 + 1) 𝐼𝑒1 = 𝑟𝑒1/ (β2 + 1)

Los valores que nosotros asumamos para cumplir con la impedancia de entrada ya viene de nuestro criterio debido a la práctica que tengamos con diseño y según los datos que nos proporcionen.

𝑟𝑒𝐷 = 𝑟𝑒2 + 𝑟𝑒2 𝑟𝑒𝐷 = 2𝑟𝑒2

C. Describir las principales características aplicaciones la configuración Darlington.

y

Características: • Elevada impedancia de entrada • Baja impedancia de salida • Incremento de la ganancia de corriente Aplicaciones: • Uso en la excitación directa de solenoides, contadores, relés y otros dispositivos electromecánicos directamente a partir de sensores. • Uso en sustitución de etapas enteras de amplificación, como: circuitos de alarmas, llaves electrónicas, sistemas de aviso, intercomunicadores, accionamiento de relés.

E. Diseñar un amplificador en configuración Cascode que cumpla con las siguientes condiciones:

F.

ANEXO 1 Diseñar un amplificador que utilice la configuración Darlington, para que cumpla con las siguientes condiciones:

ANEXO 2

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G. Realizar la simulación de los circuitos diseñados, presentar las formas de onda de entrada, salida, y las formas de onda en todos los terminales del TBJ. Cascode

H. Presentar una tabla con las mediciones de valores en DC del circuito diseñado para poder compararlos durante el desarrollo de la práctica.

CASCODE VE2 VE1=VC2 VE2 VB2 VB1 IC1 IE1=IC2 IC2 IB2 IB1

Darlington

2.19V 4,8V 14.6V 2.89V 5.5V 5.16mA 5,9mA 5.95mA 36.5uA 34.6uA

DARLINGTON VE VC VB IE IC IB

3.4V 13.9V 4.89 71.8mA 71.8mA 2.77uA

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ANEXO1

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ANEXO 2

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