Diseño de Amplificador con impedancia de entrada

1. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
Tema: Amplificador con impedancia de entrada
Objetivo: Diseñar e implementar un amplificador con impedancia de entrada utilizando un TBJ
PREPARATORIO:
1. Características y definición de Impedancia de Entrada e Impedancia de Salida en un
Amplificador Emisor Común.
Impedancia de Entrada. Es la relación entre la tensión y la corriente a la entrada del
amplificador. La impedancia de entrada está formada por tres impedancias en paralelo,
R1,R2 y la impedancia del transistor. Generalmente la impedancia de entrada Zin tiene
valores altos.
Impedanciadesalida. Laresistenciade ca viendo lasalidade un amplificador. Es el valor
entre el paralelo de RL Y RC. [1]
2. Deducir analíticamente la expresión de Impedancia de Entrada y Salida de un circuito
amplificador emisor común con resistencia dividida en emisor.
Ilustración 1. Configuración emisor común, resistencia del emisor divida
Impedancia de Entrada [1]
𝑍𝑖𝑛𝑇 =
𝑉 𝐵
𝐼 𝐵
VB = (re + RE1)IE
IE = (β + 1) ∗ IB

2. 𝑍𝑖𝑛𝑇 =
𝑉 𝐵
𝐼 𝐵
=
(𝑟 𝑒+𝑅 𝐸1 )𝐼 𝐸
𝐼 𝐵
=
(𝑟 𝑒+𝑅 𝐸1 )( 𝛽+1)∗𝐼 𝐵
𝐼 𝐵
𝑍𝑖𝑛𝑇 = (𝑟𝑒 + 𝑅 𝐸1 )( 𝛽 + 1)
𝑍𝑖𝑛 = 𝑅1|| 𝑅2||𝑍𝑖𝑛𝑇
𝒁𝒊𝒏 = 𝑹𝟏|| 𝑹𝟐||(𝒓 𝒆 + 𝑹 𝑬𝟏)( 𝜷 + 𝟏)
Impedancia de Salida
Zout =
Vout
Ic
Zout =
(
RL ∗ RC
RL + RC
)∗ IC
IC
𝒁 𝒐𝒖𝒕 =
𝑹𝑳 ∗ 𝑹𝑪
𝑹𝑳 + 𝑹𝑪
= 𝑹𝑪||𝑹𝑳 = 𝑹𝑳′
3. En el siguiente circuito determinar Av en función de Rs y Zin, señalar que sucede
si: Zin es mucho menor que Rs, igual a Rs, y mucho mayor que Rs.
𝐕𝐢𝐧 = (
𝐑 𝐢𝐧
𝐑 𝐒 + 𝐑 𝐢𝐧
) 𝐕𝐬
La resistencia de fuente RS afecta
solo el voltaje de entrada,
haciendo que este sea más
grande, por lo que afecta la
ganancia de voltaje, haciendo que
esta sea menor.

3.  Si 𝑅 𝑆 ≪ 𝑍𝑖𝑛 entonces 𝑉𝑖𝑛 ≅ 𝑉𝑆 donde 𝑉𝑖𝑛 es el voltaje de entrada al
amplificador. Es decir que, aproximadamente todo el voltaje del generador va
alimentar al amplificador.
 Si 𝑅 𝑆 ≫ 𝑍𝑖𝑛 La mayor parte de voltaje que el generador brinda caerá en la
resistencia interna del mismo. Evidentemente el amplificador no tendrá un
correcto funcionamiento.
 Si 𝑅 𝑆 = 𝑍𝑖𝑛 En este caso el voltaje de 𝑉𝑏 ≅
1
2
𝑉𝑆 .
4. Especificar los criterios de diseño de un amplificador en emisor común con condición
de impedancia de entrada, señalar cuales son las principales diferencias entre diseñar
con condición de impedancia de entrada y sin condición de impedancia de entrada.
1. Para iniciar con el diseño es necesario calcular 𝑅 𝐶 que debe cumplir con la
siguiente condición: 𝑅 𝐶 ||𝑅 𝐿 ≥ 𝑍𝑖𝑛 ∗
𝐴𝑉
𝛽+1
, este criterio es muy importante
porque hace cumplir que la impedancia de salida debe ser alta con respecto a la
impedancia de entrada.
2. 𝑉𝑅𝐶 ≥
𝑅 𝐶
𝑅 𝐶||𝑅 𝐿
∗ 𝑉𝑜𝑝 , con esta condición se asegura que el transistor no legue a la
región de corte. Además, garantiza que no existadistorsión debido a lacorriente
de colector
3. re ≪ 𝑅 𝐸1 , condición térmica
4. 𝑉𝐶𝐸 ≥ 𝑉𝑖𝑛𝑝 + 𝑉𝑜𝑝 + 𝑉𝑎𝑐𝑡; condición para que no exista recortes
5. 𝑍𝑖𝑛 ≥ 𝑅1|| 𝑅2||(𝛽 + 1)(𝑟𝑒 + 𝑅 𝐸1); con esta condición se asegura que el valor de
la impedancia de entrada sea mayor al dato de diseño, con esta condición
calculamos R2
6. 𝑉𝐸 ≥ 1𝑉 + 𝑉𝑖𝑛𝑝 ; asegura que el voltaje calculado sea mayor al voltaje de
entrada.
Para el diseño que da como condición una impedancia de entrada no se
asume un valor de Rc,en estecasoRcsecalculaa partir de la condición de diseño
(1).
El valor de R2 es calculado con la condición (5) que asegura que se cumpla
la condición de impedancia de entrada, en el caso que no exista en los datos
impedancia de entrada se calcula a partir de VB. [1]
5. Diseñar un amplificador con TBJ que cumpla con las siguientes condiciones:
RL= 1.8 KΩ
Av =-14
Vinp =150mV
Zin =3.0KΩ
f min = 1KHz
𝑅 𝐶 ||𝑅 𝐿 ≥ 𝑍𝑖𝑛 ∗
𝐴𝑉
𝛽 + 1
𝑅 𝐶 ||1.8𝑘 ≥ 3𝑘Ω ∗
14
101

4. 𝑅 𝐶 ≥ 540.77Ω
𝑹 𝑪 = 𝟏𝒌Ω
Calculo VRC
𝑉𝑅𝐶 ≥
𝑅 𝐶
𝑅 𝐶 ||𝑅 𝐿
∗ 𝑉𝑜𝑝
𝑉𝑅𝐶 ≥
1𝐾Ω
1𝐾Ω||1.8𝐾Ω
∗ 2.1𝑉 ∗ 1.2
𝑉𝑅𝐶 ≥ 3.92 𝑉
𝑉𝑅𝐶 = 4.5 𝑉
Cálculo de IC
IC =
VRC
RC
=
4.5 V
1K
= 4.5mA
𝐼𝐶 = 𝐼 𝐸 = 4.5𝑚𝐴
Cálculo re
re =
26mV
IC
=
26mV
4.5mA
= 5.7Ω
Condición térmica
re ≪ 𝑅 𝐸1
Calculo de RE1
|Av| =
RC||RL
re + RE1
RE1 =
RC||RL
|Av|
−re
RE1 =
1K||1.8K
|−14|
− 5.7Ω
RE1 = 40.21Ω
𝐑 𝐄𝟏 = 𝟑𝟗Ω
Calculo de IB
IB =
IC
β
=
4.5mA
100
= 45uA
Calculo de I2
I2 ≫ IB
I2 = 10IB = 10 ∗ 45uA = 450uA
I1 = 11IB = 11 ∗ 45uA = 495uA
Calculo de VCE
𝑉𝐶𝐸 ≥ 𝑉𝑖𝑛𝑝 + 𝑉𝑜𝑝 + 𝑉𝑎𝑐𝑡
𝑉𝐶𝐸 ≥ 0.15 + 2.1 + 2
𝑉𝐶𝐸 ≥ 5.1
𝑉𝐶𝐸 = 5.5𝑉
𝑉𝑅1 = 𝑉𝑅𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 − 𝑉𝐵𝐸
𝑉𝑅1 = 4.5 + 5.5 − 0.7

5. 𝑉𝑅1 = 9.3
Calculo de R1
𝑅1 =
𝑉 𝑅1
𝐼1
=
9.3 𝑉
495𝑢𝐴
𝑅1 = 18.7𝐾Ω
𝑹 𝟏 = 𝟏𝟖𝑲Ω
Calculo de R2
𝑍𝑖𝑛 ≥ 𝑅1|| 𝑅2||(𝛽 + 1)(𝑟𝑒 + 𝑅 𝐸1)
3KΩ ≥ 18𝐾Ω|| 𝑅2||(101)(5.7 + 39)
𝑅2 ≥ 17.76𝐾Ω
𝑹 𝟐 = 𝟐𝟕𝑲Ω
Calculo de VR2
VR2 = VB = I2 ∗ R2 = 450uA ∗ 27K
VR2 = VB = 12.15 V
Calculo de VE
VE = VB − VBE = 12.15 V− 0.7V
VE = 11.45 V
Calculo de VCC
VCC = VE + VCE + VRC
VCC = 11.45 + 5.5 + 4.5
VCC = 21.45
𝐕𝐂𝐂 = 𝟐𝟑 𝐕
Calculo de RE2
RE =
VE
IE
=
11.45 V
4.5mA
= 2.54𝐾Ω
RE2 = 𝑅 𝐸 − 𝑅 𝐸1 = 2.54𝐾Ω − 39Ω
RE2 = 2.5𝐾Ω
𝐑 𝐄𝟐 = 𝟐. 𝟐𝑲Ω
CALCULO DE CAPACITORES
Capacitor Base
𝑍𝑖𝑛 = 18𝐾 ∥ 27𝐾 ∥ (101)(5.7 + 39)
𝑍𝑖𝑛 = 3.18 [𝐾Ω]
𝐶 𝐵 ≥
10
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑓 ∗ 𝑍𝑖𝑛
𝐶 𝐵 ≥
10
2 ∗ 𝜋 ∗ 1000 ∗ 3.18𝐾
𝐶 𝐵 ≥ 0.50 [𝑢𝐹]
𝑪 𝑩 = 𝟏 [𝒖𝑭]

6. Capacitor Colector
𝐶 𝐶 ≥
10
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑓 ∗ 𝑅 𝐿
′
𝐶 𝐶 ≥
10
2 ∗ 𝜋 ∗ 1000 ∗ 1.8𝐾||1𝐾
𝐶 𝐶 ≥ 2.47 [𝑢𝐹]
𝑪 𝑪 = 𝟏𝟎 [𝒖𝑭]
Capacitor Emisor
𝐶 𝐸 ≥
10
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑓 ∗ ( 𝑅 𝐸1 + 𝑟𝑒)
𝐶 𝐸 ≥
10
2 ∗ 𝜋 ∗ 1000 ∗ (5.7 + 39)
𝐶 𝐸 ≥ 35,6 [𝑢𝐹]
𝑪 𝑬 = 𝟒𝟕 [𝒖𝑭]
6. Realizar la simulación del circuito diseñado en un software computacional y
presentar las formas de onda obtenidas en todos los terminales del TBJ, y presentar
en un cuadro los valores de voltajes y corrientes de polarización.
Ilustración 2. Circuito implementado de acuerdo al diseño

7. Ilustración 3. Representación de la señal en los terminales del transistor
A: Colector B: Base C= Emisor
Ilustración 4. Señal de entrada vs Señal de salida
A: Señal de entrada B: Señal de salida
Voltajes [V] Corrientes [A]
VC 16.85 IC 6.15m
VB 13.32 IB 44.03u
VE 12.63 IE 6.19m
VCE 4.23 I1 537.5u
Vin 150m I2 493.5u
Vout 2.12 V Av 14.14
7. Consultar un método indirecto para medir la impedancia de entrada de un circuito,
describir el método y presentar esquema del circuitoa emplear.
La impedancia de entrada de un amplificador por facilidad se la considera como una
sola impedancia. Para la medida de esta, un método sencillo aplicable es colocar una
resistencia R de valor conocido entre la salida del generador y al principio del dispositivo
implementado.

8. Ilustración 5. Metodo para medicion de resistencia
A continuación, se mide los voltajes Vl y VI y para hallar el valor de la Impedancia se utiliza la
expresión del divisor de voltaje:
𝑅𝑖 =
𝑅𝑉𝐼
𝑉𝐿 − 𝑉𝐼
Es recomendable utilizar un valor de resistencia R, de forma que el valor de VI este
comprendido entre el 50%-90% de VL. [1]
Bibliografía
[1] C. G. Rivera, «Microelectronics,» [En línea]. Available:
http://facultad.bayamon.inter.edu/cgonzalezr/ELEN3312/Formulas_A
mplificadores_BJT_(clase).pdf.
[2] T. Sanchez, Electronica: Dispositivos y Aplicaciones, Quito, 2013.
[3] [En línea]. Available:
http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso04-
05/ftc/pdf/repaso/medidas.pdf. [Último acceso: 04 11 2016].
[4] M. Hernandez, «GOHUM,» [En línea]. Available:
https://sites.google.com/a/goumh.umh.es/circuitos-electronicos-
analogicos/transparencias/tema-4. [Último acceso: 21 11 2016].