Amplificadores en Conexin Cascode

Limitaciones de un solo amplificador

Muchas veces la amplificacin deseada no puede ser suplida por una sola etapa de amplificacin, o bien los requerimientos en ciertas frecuencias no se logran de manera correcta con slo una etapa.

Al utilizar varias etapas, stas generalmente difieren unas de otras, ya que cada una de ellas llena un propsito especfico.

Amplificador de Tres Etapas

Ancho de Banda del Amplificador

La magnitud de la respuesta del amplificador se mantiene en su mximo constante en un ancho de banda especfico (entre 1 y 2) y fuera de este rango se presenta una disminucin en la ganancia, y por ende una distorsin en la seal de salida con respecto a la seal de entrada

Respuesta Tpica del Amplificador en Cuanto Magnitud en Funcin de la Frecuencia

Respuesta en Alta Frecuencia y Efecto de Miller

La respuesta en alta frecuencia de un transistor amplificador discreto est determinado por la capacitancia interna de s mismo

Modelo de alta frecuencia para un BJT

3105221

== xf

Ihf

CT

CQ

ibTgs

))1()((21

vgdgsiinHigh ACCRR

f+

=

iLEBgdHigh RRRRC

f) (2

1

=

)(21

iEibgsHigh RRhC

f

=

Amplificador de Emisor Comn

Amplificador de Colector Comn

Amplificador de Base Comn

Configuracin de Amplificacin Cascode (cascaded cathode)

Concepto General

Combinar la alta impedancia de entrada y la gran transconductancia mediante configuracin de emisor comn, con la respuesta a altas frecuencias y la propiedad de ser un buffer de corriente de la configuracin base comn.

Con la configuracin cascode se puede

obtener una ancho de banda mayor (comparado con la configuracin E.C.), pero con la misma ganancia en DC, o bien, se puede alterar la ganancia y mantener el ancho de banda.

Configuracin Cascode Complementaria

Circuito Equivalente de C.D 21 CE ii

21 EC ii

11 CE ii

21 CE ii

EC

ECCCC RR

VVi

+

121

CCB VRRRRV

321

11 ++

E

BEBE R

VVI 11

Anlisis en CA del Circuito Amplificador en Configuracin Cascode

Anlisis en Pequea Seal del Circuito Amplificador en Configuracin Cascode

s

be

be

ce

ce

eb

eb

cb

cb

L

s

LV V

VVV

VV

VV

VV

VVA 1

1

1

1

2

2

2

2

==

Ejemplo 12.4. (Solucin mediante modelo hbrido equivalente para pequea seal)

A partir del anlisis C.D. se obtiene:

Con la intencin de facilitar el anlisis, se desprecia las corrientes de base de cada transistor. Es as como del circuito equivalente anterior se obtiene una expresin vlida para IE1, realizando las consideraciones necesarias (IE1 IC2):

CCBBB

BB VRRR

RV ++

321

31

Vxxx

xVB 95.4 18107.4106.5108.6107.4

333

3

1 ++

E

BEBE R

VVI = 11

mAx

I E 864.3 101.17.095.4

31

=

Luego partir del anlisis C.A. se obtiene el siguiente equivalente:

As pues, el modelo hbrido equivalente para pequea seal es el siguiente:

hieRRZ BBi 32=

Co RZ =

rehie =

729.6 864.32626

1 mAmV

ImVreE

khie 346.1 729.6 200

= 5.881 346.1 7.4 6.5 kkkZi

= kZo 8.1

A partir del cual el clculo de Zi y Zo se obtiene directamente, basndose en los resultados de la polarizacin C.D. calculados anteriormente.

SBB

BBLCv RhieRR

hieRRhie

hibhfehib

RRhfbA

+=

32

32) () (

hiehieRRhieRR

hfehfbRR

RABB

BB

LC

Ci

)()( 32

32

+

+=

Para calcular Av y Ai se utilizan las expresiones que se presentan a continuacin:

hiehfeRhfbA Cv

) ( =

hiehieRRhieRR

hfehfbABB

BBi

)( 32

32

+=

995.0 201200

1 =

+=hfb

200 = hfe

12.266 10346.1 200)108.1 (995.0 3

3 x

xAv

75.78 10346.1 5.881

5.881)200(995.0 3 +=

xAi

Sin embargo, puesto que no se encuentran presentes RS y RL, las expresiones se reducen a lo siguiente:

Donde:

De ah que:

Segundo ejemplo, modelo

Considere un amplificador bipolar cascode

polarizado con una corriente de 1mA. Los transistores usados tienen = 100, = 100 K, = 14 pF, = 2 pF, = 0, y = 50 .

El amplificador es alimentado con una fuente que con una = 4 K. La resistencia de carga = 2,4 K. Encuentre la ganancia de baja frecuencia , y estime el valor de la frecuencia para -3 dB.

orC C CsC Xr

sigRLR

MA

Hf

Circuito para ejemplo 2

Ecuaciones en el circuito

Resultados

( )Lomsealx

M RrgRrrrA //

++

=

( )++

= kk

VAm

kkkkAM 4,2//1001004041005,2

5,2

VVAM 6,36=

===== kmAmVr

VIgr e

TEm

5,21

25100/

Resultados

== kRR seal 55,1' 1

( )

++

+=

1/// 211 Lo

LoeoC Rr

RrrrR

( ) 1111 1' CCmseal RRgRR ++=

( ) ( )+=+= kkRrrR sealxseal 450//5,2//'

( ) =

+

+= k

kkkkkkRC 1101/4,2100

4,2100101

100//1001

+

+= kk

VAmkR 1140155,11

= kR 55,641

Resultados

( ) ( )( )salLcsLCcsH RRCCCRCCRCRC //221211111 ++++++=

nsf

HH 6,1692

12

1

=

=== MkrR osal 10100100

nsH 6,169=

( )( )( )+++

+++=MkpFpFpF

kpFpFkpFkpFH10//4,2200

114055,64255,114

kHzfH 939=

Amplificadores en Conexin CascodeLimitaciones de un solo amplificador Nmero de diapositiva 3Ancho de Banda del AmplificadorRespuesta Tpica del Amplificador en Cuanto Magnitud en Funcin de la Frecuencia Respuesta en Alta Frecuencia y Efecto de MillerModelo de alta frecuencia para un BJT Nmero de diapositiva 8Configuracin de Amplificacin Cascode (cascaded cathode)Concepto General Configuracin Cascode ComplementariaCircuito Equivalente de C.DNmero de diapositiva 13Anlisis en Pequea Seal del Circuito Amplificador en Configuracin CascodeNmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Ejemplo 12.4. (Solucin mediante modelo hbrido equivalente para pequea seal)Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22Segundo ejemplo, modelo Circuito para ejemplo 2Ecuaciones en el circuitoResultadosResultadosResultados