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1
Amplificadores Multietapa
Dr. José Ernesto Rayas Sánchez
Algunas de las figuras de esta presentación fueron tomadas de la página de internet de los autores del texto:
A.S. Sedra and K.C. Smith, Microelectronic Circuits. New York, NY: Oxford University Press, 1998.
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2Dr. J.E. Rayas Sánchez
Introducción
! La mayoría de los amplificadores prácticos consisten de varias etapas de amplificación
! Las etapas de entrada proveen de alta impedancia de entrada e inmunidad al ruido (CMRR)
! Las etapas intermedias producen la mayor parte de la ganancia
! Las etapas de salida proveen de una baja impedancia de salida y hacen el ajuste de niveles de C.D.
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3Dr. J.E. Rayas Sánchez
Amplificador Genérico de n Etapas
vorL
etapa1
etapa2
etapan
Zi1
vi
ii
Zi2 Zi2
Zon
vok = vik+1
io
iok = iik+1
1ii ZZ =
ono ZZ =
)())(( 21 vnvvi
ov AAA
vvA K== )())(( 21 inii
i
oi AAA
iiA K==
pi
o
ii
Lo
i
o
ii
Loiv A
pp
Zi
ri
ii
ZiriAA ====
2
2
2121
))((
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4Dr. J.E. Rayas Sánchez
Tipos de Acople entre Etapas
! Capacitivo! Inductivo! Directo! Óptico
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5Dr. J.E. Rayas Sánchez
Acople Capacitivo
! VentajasIndependiza las polarizacionesEn frecuencias medias y altas puede ignorarseAdecuado para implementaciones discretas
! DesventajasAfecta al amplificador en frecuencias bajasDificulta el acoplamiento de impedanciasDificulta la miniaturización (CIs)
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6Dr. J.E. Rayas Sánchez
Acople Capacitivo (ejemplo)
vo
vi
VCC
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7Dr. J.E. Rayas Sánchez
Acople Inductivo
! VentajasIndependiza las polarizacionesProduce aislamiento eléctricoFacilita el acoplamiento de impedanciasPermite la sintonización del acoplamiento
! DesventajasLos transformadores son voluminosos y pesadosIntroduce no-linealidades debidas al núcleo del transformadorAfecta tanto a bajas como a altas frecuencias
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8Dr. J.E. Rayas Sánchez
Acople Directo
! VentajasPermite amplificar señales de C.D.Bajo costoIdeales para implementaciones en CIs
! DesventajasLas polarizaciones de las etapas son mútuamente dependientes Su diseño puede ser complicado
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9Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo
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10Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
10021 == ββ
15054 == ββ
1507 =β
1808 =β
Polarización
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11Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
mA25.021 == CC IIseñaletapa 1
RCRC
vd
Ri2Q1 Q2
1m10mV25mA25.0 −Ω==mg
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12Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
señaletapa 1
RCRC
vd
Ri2Q1 Q2
mid g
rR βπ
22 ==
KΩ20mΩ10
)100(21 == −idR
2)2||( 2
1Cim
vRRgA =
rπgmvπ rπ
gmvπ
RCRC
Ri2vπvπ
vo ++vd/2 -vd/2
gmvd/2 gmvd/2
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13Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
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14Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
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15Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
señaletapa 2 R3
vo1
Ri3Q4 Q5 vo2
Ω==== Kg
rRm
i 5.7mV25/mA1)150(2222
βπ
2)||( 33
2RRgA im
v−=
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16Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
señaletapa 1 RCRC
vd
Ri2Q1 Q2
58.312
)K40||K5.7(mV25mA25.0
2)2||( 2
1 =ΩΩ
== Cimv
RRgA
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17Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
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18Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
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19Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
señaletapa 3
R4
Q7
R5
vo2
Ri4 vo3
)||( 453 ibo RRiv β−=
)/( 42 Rrvi eoe +=
))(1( 4
2
Rrvi
e
ob ++
=β
Ω=+= K351)K3.225(1513iR
4
45
4
45
2
33
)||())(1(
)||(R
RRRr
RRvvA i
e
i
o
ov
−≈++
−==β
β
re
βibB C
E
ib
re = α /gm ≈ gm-1
))(1( 43 RrR ei ++= β
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20Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
señaletapa 2 R3
vo1
Ri3Q4 Q5 vo2
49.592
)K3||K351)(mV25/mA1(2
)||( 332 −=ΩΩ−=−= RRgA im
v
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21Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
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22Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
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23Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
señaletapa 4
6)1( Riv bo += β
)/( 63 Rrvi eoe +=
))(1( 6
3
Rrvi
e
ob ++
=β
Ω=+= K9.543)K3mA5mV25(1814iR
998.0K35
K3)( 6
6
34 =
Ω+Ω=
+==
RrR
vvA
eo
ov
re
βibB C
E
ib
re = α /gm ≈ gm-1
))(1( 64 RrR ei ++= βQ8
R6
vo3
vo
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24Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
R4
Q7
R5
vo2
Ri4 vo3
señaletapa 3
52.6)K3.225(151
)K9.543||K7.15(150))(1(
)||(4
45
2
33 −=
+−=
++−==
RrRR
vvA
e
i
o
ov β
β
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25Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
Resistencia de salida de la etapa 4
Q8
R6
vo3
vo
re
βibB C
E
ib
re = α /gm ≈ gm-1
Ω=Ω+Ω=+
+= 02.89)181
K7.15mA5mV25(||K3)
1(|| 5
6 βRrRR eo
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26Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
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27Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo de Acople Directo (cont.)
Características globales
224,12)998.0)(52.6)(49.59)(58.31()()( 41 =−−== vvv AAA L
Ω= KRid 20
Ω= 02.89oR
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28Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejercicios de Tarea
Resolver problemas 6.51, 6.116, y 6.118 del libro de texto