Amplificadores en Conexión Cascode

Limitaciones de un solo amplificador

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

• Al utilizar varias etapas, éstas generalmente difieren unas de otras, ya que cada una de ellas llena un propósito específico.

Amplificador de Tres Etapas

Ancho de Banda del Amplificador

• La magnitud de la respuesta del amplificador se mantiene en su máximo constante en un ancho de banda específico (entre ω1 y ω2) y fuera de este rango se presenta una disminución en la ganancia, y por ende una distorsión en la señal de salida con respecto a la señal de entrada

Respuesta Típica del Amplificador en Cuanto Magnitud en Función de la Frecuencia

Respuesta en Alta Frecuencia y Efecto de Miller

• La respuesta en alta frecuencia de un transistor amplificador discreto está determinado por la capacitancia interna de sí mismo

Modelo de alta frecuencia para un BJT

310··52··2

1

xf

I

hfC

T

CQ

ibTgs

))1()((2

1

vgdgsiinHigh ACCRRf

iLEBgd

HighRRRRC

f)  (·2

1

)(·2

1

iEibgs

HighRRhC

f

Amplificador de Emisor Común

Amplificador de Colector Común

Amplificador de Base Común

Configuración de Amplificación Cascode (cascaded cathode)

Concepto General

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

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

Configuración 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 VRRR

RV ·

321

11

E

BEBE R

VVI

1

1

Análisis en CA del Circuito Amplificador en Configuración Cascode

Análisis en Pequeña Señal del Circuito Amplificador en Configuración Cascode

s

be

be

ce

ce

eb

eb

cb

cb

L

s

LV V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

VA 1

1

1

1

2

2

2

2

 ·  ·  ·  · 

Ejemplo 12.4. (Solución mediante modelo híbrido equivalente para pequeña señal)

A partir del análisis C.D. se obtiene:

Con la intención de facilitar el análisis, se desprecia las corrientes de base de cada transistor. Es así como del circuito equivalente anterior se obtiene una expresión válida para IE1, realizando las consideraciones necesarias (IE1 ≈ IC2):

CCBBB

BB V

RRR

RV

321

31

Vxxx

xVB  95.4    18

107.4106.5108.6

107.4333

3

1

E

BEBE R

VVI

1

1

mAx

IE  864.3    101.1

7.095.431

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

Así pues, el modelo híbrido equivalente para pequeña señal es el siguiente:

hieRRZ BBi 32

Co RZ   

rehie   

 729.6  864.3

2626    

1 mA

mV

I

mVre

E

khie  346.1  729.6 200    

 5.881  346.1  7.4 6.5     kkkZ i

kZo  8.1    

A partir del cual el cálculo de Zi y Zo se obtiene directamente, basándose en los resultados de la polarización C.D. calculados anteriormente.

SBB

BBLCv RhieRR

hieRR

hie

hibhfe

hib

RRhfbA

32

32) () (  

hiehieRR

hieRRhfehfb

RR

RA

BB

BB

LC

Ci     

)()(  32

32

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

hie

hfeRhfbA Cv

 ) (  

hiehieRR

hieRRhfehfbA

BB

BBi     

)(  32

32

995.0    201

200   

1    

hfb

200       hfe

12.266  10346.1

 200)108.1 (995.0  

33

xxAv

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 ahí que:

Segundo ejemplo, modelo π

• Considere un amplificador bipolar cascode polarizado con una corriente de 1mA. Los transistores usados tienen β = 100, = 100 KΩ, = 14 pF, = 2 pF, = 0, y = 50 Ω.

• El amplificador es alimentado con una fuente que con una = 4 KΩ. La resistencia de carga

= 2,4 KΩ. Encuentre la ganancia de baja frecuencia , y estime el valor de la frecuencia para -3 dB.

or

C C CsC Xr

sigR

LR

MA

Hf

Circuito para ejemplo 2

Ecuaciones en el circuito

Resultados

Lomseñalx

M RrgRrr

rA //

kk

V

Am

kkk

kAM 4,2//10010040

41005,2

5,2

VVAM 6,36

kmA

mVr

VIgr e

TEm

5,21

25100

/

Resultados

kRR señal 55,1' 1

1/

// 211 Lo

LoeoC Rr

RrrrR

1111 1' CCmseñal RRgRR

kkRrrR señalxseñal 450//5,2//'

kkk

kkkkRC 1

101/4,21004,2100

101100//1001

kk

VA

mkR 1140155,11

kR 55,641

Resultados

salLcsLCcsH RRCCCRCCRCRC //221211111

nsf

HH 6,1692

121

MkrR osal 10100100

nsH 6,169

MkpFpFpF

kpFpFkpFkpFH

10//4,2200

114055,64255,114

kHzfH 939