laboratorio amplificador multietapa cascode

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LABORATORIO ELECTRNICA IIPRCTICA NMERO 5AMPLIFICADOR MULTIETAPA: EL CASCODE

INGENIERO:JOS HUGO CASTELLANOS

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDASELECTRONICA 2BOGOTA DC2012INTRODUCCION

El transistor siendo una formacin de diodos con una zona en comn fue uno de los primero avances de la electrnica moderna, con el se dio paso a circuitos integrados y dems componentes de la electrnica actual.

Anteriormente vimos como dependiendo de la una buena polarizacin se obtiene una buena amplificacin en otras palabras la polarizacin y la amplificacin son directamente proporcionales ya que a mejor polarizacin mayor amplificacin.

En este caso utilizaremos un tipo de amplificador multietapa denominado cascode que combina la ganancia de un emisor comn con el buen ancho de banda de una base comn, esto implica un aumento en la impedancia de entrada ya que este era el principal problema del base comn.

OBJETIVOS Montar un amplificador cascode utilizando el arreglo de transistores CA3086. Obtener la respuesta en frecuencia de este amplificador y compararla con del amplificador de la prctica numero 2. Realizar los diagramas de Bode de ganancia en voltaje vs frecuencia, y obtener la frecuencia superior de corte y compararla con la de la prctica numero 2. Obtener la frecuencia inferior de corte efectuando barrido de frecuencia y utilizando el mtodo de onda cuadrada. Concluir, comparando con lo predicho en la teora.

MARCO TERICO

EL AMPLIFICADOR CASCODE Mientras que la configuracin BC (base comn) es conocida por que tiene un mayor ancho de banda que la configuracin EC (emisor comn), sin embargo, la impedancia de entrada baja (10s de ) del BC es una limitacin para muchas aplicaciones. La solucin debe preceder a la fase de CB por una etapa de ganancia CE baja, lo que da moderadamente una alta impedancia de entrada (ks). Vase la 1. Las etapas estn en una configuracin cascode, apiladas en serie, a diferencia de en cascada para una cadena de amplificador estndar. La configuracin del amplificador cascode tiene tanto de ancho de banda de ancho y una impedancia de entrada moderadamente alta.

Figura 1. El amplificador cascode se combina con emisor comn y base comn. Este es un equivalente del circuito de la CA con pilas y condensadores sustituye por un cortocircuito.

La clave para entender el amplio ancho de banda de la configuracin del cascode es el efecto Miller. El efecto Miller es la multiplicacin del ancho de banda de robo de base de la capacitancia de colector por la ganancia de tensin Av. Esta capacitancia CB es menor que la capacitancia EB. Por lo tanto, uno podra pensar que la capacitancia CB tendra poco efecto. Sin embargo, en la configuracin de la CE, la seal de salida del colector esta desfasada con respecto a la seal de entrada de base. La seal de colector capacitivamente junta de nuevo se opone a la seal de base. Por otra parte, la retroalimentacin colector es (1-Av) veces ms grande que la seal de base. Por lo tanto, la pequea capacitancia CB aparece (1-Av) veces mayor que su valor real. Esta ganancia capacitiva aumenta la reduccin de retroalimentacin con la frecuencia, la reduccin de la respuesta de alta frecuencia de un amplificador de la CE. La ganancia de tensin aproximada del amplificador CE en la figura a continuacin es RL / REE. La corriente de emisor se encuentra a 1,0 mA por polarizacin. REE = 26mV / IE = 26mV/1.0ma = 26 . Por lo tanto, Av =- RL/ REE = -4700/26= -181. La hoja de datos del pn2222 indica Ccbo = 8 pF. La capacidad miller es Ccbo(1-Av). Ganancia Av = -181, negativa, ya que se invierte la ganancia. Cmiller = Ccbo(1-A-v) = 8PF (1 - (-181)) = 1456pF Una configuracin de base comn no est sujeto a los efectos de Miller ya que la base de escudos a tierra la seal de colector de ser realimentada a la entrada del emisor. Por lo tanto, un amplificador de CB tiene respuesta de frecuencia ms alta. Para tener una impedancia de entrada moderadamente alta, la etapa de la CE sigue siendo deseable. La clave es reducir la ganancia (alrededor de 1) de la etapa del CE, que reduce el efecto Miller CB comentarios a 1 C. La capacidad miller para una ganancia de -2 etapa CE es Cmiller = Ccbo (1-A v) = Cmiller= cbo (1 - (-1)) = C cbo 2. La manera de reducir la ganancia en emisor comn es reducir la resistencia de carga. La ganancia de un amplificador de CE es de aproximadamente RC / RE. La resistencia interna de emisor REE a 1mA corriente de emisor es 26. La resistencia de carga de colector RC es la resistencia del emisor de la etapa de la fase de carga CB CE, 26 nuevo. La ganancia del amplificador CE es de aproximadamente un Av = RC /RE = 26/26 = 1. Esta capacitancia Miller es Cmiller = Ccbo(1-Av) = 8PF (1 - (-1)) = 16PF. Ahora tenemos moderadamente alta impedancia de entrada de una etapa CE sin sufrir el efecto Miller, pero sin tensin CE. La etapa CB proporciona un voltaje de alta ganancia, una Av = -181. La ganancia actual de cascode es de la etapa del CE, 1 para el CB, general. Por lo tanto, el cascode tiene entrada de alta impedancia moderada , buena ganancia de la CE, y buen ancho de banda de la CB.

Figura 2. SPICE: Cascode y de base comn de comparacin.+

A continuacin se muestran las formas de onda para este circuito:

Figura 3. SPICE formas de onda. Tenga en cuenta que de entrada se multiplica por 10 para la visibilidad.

Las formas de onda en la figura anterior muestra el funcionamiento de la etapa cascode. La seal de entrada se muestra multiplicado por 10, por lo que puede ser demostrado con los resultados. Tenga en cuenta que tanto el Cascode, emisor comn, y Va (medio punto) salidas se invierten a partir de la entrada. Tanto el Cascode y emisor comn tienen salidas de gran amplitud. El punto de Va tiene un nivel DC de alrededor de 10 V, a medio camino entre 20V y tierra. La seal es ms grande que puede ser explicado por un aumento de 1 CE, es tres veces mayor de lo esperado.

Figura 4. Cascode vs-emisor comn (Ancho de banda) .

La figura anterior muestra la respuesta de frecuencia tanto a la cascode y amplificadores de emisor comn.

FRECUENCIA DE CORTE SUPERIOR Si se excita el amplificador con una seal cuadrada, el efecto integrador se mostrar como una respuesta exponencial tanto en el tiempo de subida, como en el tiempo de bajada. Para que este efecto sea fcilmente observable debe escogerse una frecuencia de excitacin suficientemente alta (observe que la constante de tiempo debe ser pequea), de manera que en el perodo de representacin queden representados con la suficiente claridad los tramos en los que se ha de medir el tiempo de subida o el tiempo de bajada, pero con el compromiso de que la seal de salida alcance su valor mximo antes de que la excitacin cambie de nivel. Tenga en cuenta que el tiempo de subida (o bajada) se mide como el tiempo que tarda la seal en pasar del 10% al 90% o bien como el tiempo que tarda en alcanzar el 63 % de su valor mximo (1 1/e), y en ambos casos es necesario observar tanto el valor mnimo, como su valor mximo. A partir de las medidas de tiempo de subida o bajada en este caso (cualquiera de las vistas) es fcil relacionar la frecuencia de corte superior, para lo cual se les remite a lo visto en teora. En el siguiente ejemplo se muestra la respuesta de un amplificador con frecuencia de corte superior de 10KHz y ganancia 2 (desfase nulo) a una seal cuadrada. Observe que para la frecuencia escogida se alcanza el valor mximo (2 V) y quedan claramente representados los tramos exponenciales de subida o bajada.Adelantando los resultados del siguiente ejemplo, observe que en el mismo no se aprecia el efecto integrador y por lo tanto es difcil tomar la medida del tiempo de subida. Esto es debido a que la frecuencia utilizada es muy baja y en el perodo de representacin el tiempo de subida es una porcin muy pequea.

FRECUENCIA DE CORTE INFERIOR Si se excita el amplificador con una seal cuadrada, el efecto derivador se mostrar como una respuesta exponencial en la regin donde la seal permanece constante. Para que este efecto sea fcilmente observable debe escogerse una frecuencia de excitacin suficientemente baja (observe que la constante de tiempo debe ser grande), de manera que en el perodo de representacin quede claramente representado el tramo de excitacin constante y no se vea enmascarado por el efecto integrador debido a la frecuencia de corte superior. Con estas condiciones se pueden medir tiempos de subida o bajada en las mismas condiciones mostradas anteriormente, aunque no debe confundirlos con los relacionados con la frecuencia de corte superior. Sin embargo, de manera alternativa, varios autores proponen aproximar la respuesta exponencial por una recta, si se dan las condiciones adecuadas en la frecuencia de excitacin, que es el caso ms habitual. Entonces, existe una relacin entre la pendiente de esa recta y la frecuencia de corte inferior, a travs de la frecuencia de la seal de excitacin, tal y como habr visto en teora.

En el siguiente ejemplo se muestra la respuesta de un amplificador con frecuencia de corte inferior 10Hz y ganancia 2 (desfase nulo) a una seal cuadrada. Observe nque para la frecuencia escogida se puede aproximar el comportamiento exponencial por un tramo lineal, cuya pendiente es la medida que se debe realizar.

Observe que en el ejemplo previo, aunque tambin existe efecto derivador, no se aprecia y por lo tanto es difcil tomar la medida de la pendiente. Esto es debido a que la frecuencia utilizada es demasiado alta y en el perodo de representacin el tramo lineal es una porcin muy pequea y por tanto su pendiente es difcil de medir.

CALCULOS Y DISEOS TEORICOS

UNIVERSIDAD DISTRITAL FJC. ELECTRONICAII. LABORATORIO No 5

Parmetros Del Transistor CA3086:

Valores de Polarizacin:

Anlisis AC

Para el FHV:

Frecuencias

10Hz11.3

20Hz11.3