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• Ian García

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2011 |H(jw)|dB Banda media

ABM

BW

0

wL

wH

w

SEGUNDA UNIDAD : RESPUESTA EN FRECUENCIA

c b

Q

e

b

rb

cµ c +

= e

v -

r

c

gmv

ro

Felipe Isaac Paz Campos UNI 12/04/2011

CAPÍTULO 7 RESPUESTA EN FRECUENCIA DE UN AMPLIFICADOR. 7.1 Introducción En los capítulos 2 y 3 se han estudiado los transistores BJT y JFET como amplificadores, sin considerar la zona de trabajo de estos en función de la frecuencia. En este capítulo se realizará el estudio del comportamiento de los amplificadores en función de la frecuencia. Todo amplificador debe tener dos frecuencias de corte, una frecuencia de corte en alto (wH) y una frecuencia de corte en bajo (wL), por consiguiente un ancho de banda (Bw). La zona de trabajo del amplificador estará restringida por dicho ancho de banda (Bw). 7.2 Modelos de los transistores para el análisis de frecuencia. Los modelos que vamos a utilizar son los que se presentaron en el capítulo 2 y 3 incluyendo el efecto de las capacitancias internas. 7.2.1 El modelo a utilizar para AC del transistor BJT NPN o PNP será el mismo para ambos transistores, figura 7.1. c b

Q

e

b

rb

cµ

c

+

=

v -

r

c

gmv

ro

e Figura 7.1

La resistencia rb es un dato dado por el fabricante con un valor típico de 100Ω. rπ= (β+1)re, ro se considera infinita, a menos que se indique lo contrario. 1 (7.1) g m  (S ) re V  VCE (7.2) ro  A () IC 26mV (7.3) re  () IE

VA: voltaje de Early, dato dado por el fabricante. La capacitancia cµ tiene un valor típico de 2pF y la capacitancia se c se calcula a partir de: gm (7.4) fT  ( Hz) 2 c  c 

fT : Frecuencia de transición dada por el fabricante. 7.2.2 El modelo a utilizar para el transistor JFET CANAL N O CANAL P será el mismo para ambos transistores, figura 7.2. cgd

g d g

d

+

vgs s

J

s

Cgs

gmvgs

ro

Figura 7.2

I D  I DSS (1  g m  g mo (1 

g mo 

VGS 2 ) VGS ( off )

VGS ) VGS (off )

2 xI DSS

(7.5) (7.6) (7.7)

VGS ( off )

VA  VDS (7.8) ID VA: voltaje de Early, dato dado por el fabricante. La capacitancia cgd tiene un valor típico de 2pF y la capacitancia se cgs se calcula a partir de: gm fT  ( Hz) (7.9) 2 cgd  cgs  ro 

fT : Frecuencia de transición dada por el fabricante. 7.3 Respuesta en frecuencia del amplificador. Todo amplificador debe tener una respuesta en función de la frecuencia. Esto se muestra en la figura7.3.

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|H(jw)|dB Banda media

ABM

BW

0

wL Figura 7.3

wH

w

En la figura 7.3: v ABM = o : Ganancia en la banda media. vi Esta ganancia tiene un valor constante dentro del ancho de banda BW. BW = wH - wL: Ancho de banda. wH: Frecuencia de corte en alto, depende de las capacitancias internas o parásitas del transistor. wL: Frecuencia de corte en bajo, depende de las capacitancias externas al transistor. Banda media o banda de paso: Es donde la magnitud de la ganancia se puede considerar constante además, esta ganancia no depende de la frecuencia, en otras palabras el efecto de las capacitancias internas y externas del transistor es considerado despreciable. A altas frecuencias la ganancia cae debido al efecto de las capacitancias internas del dispositivo, mientras a bajas frecuencias los capacitores de acople y desacople ya no actúan como cortocircuito y por tanto la ganancia del amplificador se ve disminuida. Los limites de la banda media o banda de paso están determinados por wL y wH (figura 7.3). Estas dos frecuencias son aquellas en las cuales la ganancia cae 3dB por debajo del valor de la ganancia en la banda media.

7.3.1 La ganancia como función de s donde s = jw. La ganancia de un amplificador como función de la frecuencia compleja (s) puede ser expresada de la siguiente manera. (7.10) As   ABM FL s FH s  En la ecuación (7.10) FL(s) expresa la dependencia de la ganancia en función de la frecuencia en la banda de baja frecuencia y FH(s) su dependencia en la banda de alta frecuencia. Si w >> wL entonces FL(s) tiende a 1, de igual manera para w