ELECTRONICA I FACET UNT Tema 8 Configuraciones especiales

ELECTRONICA I- FACET- UNT Tema 8: “Configuraciones especiales con TBJ” 1

PAR DARLINGTON TEMA 8 En los temas anteriores se ha estudiado el funcionamiento del TBJ en configuraciones clásicas. A continuación se verán configuraciones especiales que logran características distintivas del amplificador. Par Darlington ELECTRONICA I- FACET- UNT § Consiste en dos transistores conectados juntos de tal forma que la corriente amplificada por el primero es amplificada de nuevo por el segundo transistor. § El par Darlington tiene una ganancia de corriente muy alta, tanto como 30. 000. § Los pares Darlington se venden en un encapsulado completo que contiene los dos transistores. § Tienen tres terminales (B, C y E) los cuales son equivalentes a los terminales de un transistor individual estándar. 2

PAR DARLINGTON TEMA 8 §Para determinadas aplicaciones, es necesario emplear un amplificador con elevada impedancia de entrada. §El seguidor emisivo tiene como máximo Zin≤ 500 K. §Si se desea tener impedancia mayores a 500 K , hay que recurrir a otros circuito como el denominado Par Darlington § Observar que los dos transistores componen una pareja en que la resistencia de entrada del segundo es la carga de emisor del primero. § Esta conexión logra la multiplicación de hfe 3 ELECTRONICA I- FACET- UNT § Para activar en que debe haber 0, 7 V a través de ambas las uniones base-emisor que están conectados en serie en el interior del par de Darlington, por lo tanto, requiere de 1. 4 V para encender. § Se puede construir el par Darlington a partir de dos transistores; Q 1 puede ser de baja potencia, mientras que Q 2 tendrá que ser de alta potencia. § La máxima colector de corriente Ic (max) para el par es el mismo que Ic (máx) para Q 2.

PAR DARLINGTON TEMA 8 Aplicación: Detector de contacto táctil ELECTRONICA I- FACET- UNT § Un par Darlington tiene la suficientemente sensibilidad como para responder a la pequeña corriente que pasa por la piel y que puede ser utilizado para hacer un interruptor táctil como se muestra en el diagrama. § Cuando se tocan los contactos la pequeñísima corriente de base provoca la corriente necesaria como para encender un LED. § Los dos transistores pueden ser cualquier transistores de bajo consumo de propósito general. § La resistencia de 100 K protege los transistores contra el cortocircuito de los contactos (si los contactos se unen con un pedazo de alambre). 4

PAR DARLINGTON TEMA 8 Modelo Incremental ELECTRONICA I- FACET- UNT 5

PAR DARLINGTON TEMA 8 Modelo Incremental para calculo de hfe* Cálculo de hfe: ELECTRONICA I- FACET- UNT 6 *Considerando vce=0

PAR DARLINGTON Cálculo de hfe: TEMA 8 Considerando que por roe no circula corriente: ELECTRONICA I- FACET- UNT Reemplazando: Entonces: Si hfe 1 >100, entonces Si hfe 2 >100, entonces 7

PAR DARLINGTON TEMA 8 Modelo Incremental para calculo de hie* Cálculo de hie: ELECTRONICA I- FACET- UNT *Considerando vce=0 8

PAR DARLINGTON Cálculo de hoe: TEMA 8 Modelo Incremental para calculo de hoe* ELECTRONICA I- FACET- UNT *Considerando ib=0 9

PAR DARLINGTON TEMA 8 Cálculo de hoe: Considerando roe>>hie y roe 1=roe 2, entonces: Observaciones: §Los parámetros h de Q 1 y Q 2, normalmente no son idénticos aún en el caso §De las ecuaciones anteriores se puede concluir que el seguidor de emisor Darlington tiene una impedancia de entrada mucho mayor y una ganancia de tensión cercana a la unidad que un seguidor de emisor de una sola etapa. §La impedancia de salida del circuito Darlington puede ser el doble de la Zout de un solo TBJ. §El mayor inconveniente de la pareja de transistores Darlington es que la corriente de fuga del primer transistor es amplificada por el segundo. Debido a esto, en la práctica no se puede emplear un montaje Darlington con tres o más transistores. §. La ventaja de este par consiste en el valor total muy grande de hfe, . En la 10 práctica pueden encontrarse pares Darlington integrados con una hfe de hasta 30. 000 ELECTRONICA I- FACET- UNT que ambos TBJ sean idénticos por que los valores de los parámetros h dependen del punto de trabajo de Q 1 y de Q 2.

PAR DARLINGTON- RESUMEN TEMA 8 En la resolución de circuitos se puede reemplazar el par por un único transistor con los valores de los parámetros equivalentes Es equivalente a ELECTRONICA I- FACET- UNT 11

PAR DARLINGTON: EJEMPLO TEMA 8 Considerando hfe 1=100, hfe 2=5 Vcc = 15 V y Vbe = 0, 6 V: a) a) Ganancia de tensión b) Impedancia de entrada c) Impedancia de salida ELECTRONICA I- FACET- UNT Existen dos formas de resolver el problema: 1) Reemplazar el par Darlington por su equivalente. 2) Trabajar como dos TBJ. Reemplazando al par por sus parámetros equivalentes: 12

PAR DARLINGTON: EJEMPLO TEMA 8 Cálculo de la Ganancia de Tensión Considerando: ELECTRONICA I- FACET- UNT Cálculo de la impedancia de entrada 13

PAR DARLINGTON: EJEMPLO TEMA 8 Cálculo de la Impedancia de Salida Considerando: ELECTRONICA I- FACET- UNT 14 Verificar los resultados obtenidos aplicando el método 2.

PAR DARLINGTON Par Szikla TEMA 8 15 ELECTRONICA I- FACET- UNT También llamado Darlington complementario. Se puede demostrar que la ganancia de corriente es aproximadamente igual a la del par Darlington. Una ventaja de este par es que necesita menos tensión para conducir

PAR DARLINGTON Aplicación: TEMA 8 Un amplificador con RC=1 K debe excitar un parlante de 8. También ocurre que al ponerse en paralelo RL con Rc, prácticamente pone a masa el colector de Q 1. Como esto no es aceptable, se pone un circuito adaptador o “Buffer” 16 ELECTRONICA I- FACET- UNT Salvo que Q 1 sea un TBJ de potencia, es probable que la corriente colector de Q 1, sea chica para mover el parlante RL.

PAR DARLINGTON TEMA 8 El problema de la polarización del par Darlington Al estudiar la pareja de transistores Darlington se resaltó el elevado valor de la impedancia de entrada. En cambio, se simplificó el problema al no tener en cuenta el circuito de polarización utilizado. La Zin de esta etapa se ve disminuida debido a la red de polarización!!. Para solucionar el problema ocasionado por la disminución de la resistencia de entrada, debida a la red de polarización se modifica el circuito de entrada agregando un condensador C' 17 ELECTRONICA I- FACET- UNT En la fig. se muestra una red de polarización típica formada por las resistencias RA, RB Y RE

CIRCUITO BOOSTRAP TEMA 8 Entonces, la red de polarización formada por RA, RB y RD representa una resistencia efectiva de entrada es: 18 ELECTRONICA I- FACET- UNT §El condensador C´ se coloca entre el emisor y la unión de las resistencias RA y RB. §El valor de C´ debe ser lo suficientemente grande con el fin de que sea un cortocircuito para las bajas frecuencias que se consideren. §Para la alterna, RD está conectado entre la entrada y la salida. §Aplicando Miller se puede calcular la corriente que atraviesa RD

CIRCUTITO BOOSTRAP TEMA 8 Para el seguidor emisivo la AV 1, entonces Ref in es muy grande. Por ejemplo, si Av = 0, 995 y RD = 100 K, entonces Ref in = 20 M §La corriente de reposo de base atraviesa RD, y por ende es probable que el límite superior de RD sea de unos pocos cientos de kilo ohms. §El efecto, descrito cuando AV→+1, se denomina "Bootstraping”, debido a que si un extremo de la resistencia RD cambia de tensión, el otro extremo varía también en la misma cantidad, como si "aumentara su propio valor tirando de sí misma". §Se puede demostrar que, la resistencia de entrada del amplificador en AC dada por: 19 §Esta expresión muestra que sobre hie también está el mismo efecto. ELECTRONICA I- FACET- UNT Observar:

CIRCUITO CASCODE TEMA 8 §La reducción de la “realimentación inversa interna” (hre), hace que el circuito cascode sea ideal para aplicaciones en circuitos sintonizados de alta frecuencia, ya que al mejorar la estabilidad del amplificador elimina posibles oscilaciones Modelo incremental 20 ELECTRONICA I- FACET- UNT §La configuración cascode consiste en una etapa emisor común que tiene como carga una etapa base común. §Esta circuito se comporta como una etapa emisor común realimentada, con hre despreciable y con un conductancia de salida muy pequeña.

CIRCUITO CASCODE TEMA 8 Modelo incremental Redibujado ELECTRONICA I- FACET- UNT Cálculo de hie: Modelo incremental para el calculo de hie 21

TEMA 8 CIRCUITO CASCODE ELECTRONICA I- FACET- UNT 22

CIRCUITO CASCODE Cálculo de hfe: TEMA 8 Modelo incremental para el calculo de hfe ELECTRONICA I- FACET- UNT 23

ESPEJO DE CORRIENTE TEMA 8 que actúa como una fuente de corriente cuyo valor es un reflejo de la corriente que pasa por una resistencia de polarización y un diodo. Proporciona una corriente constante y se utiliza principalmente en la polarización de circuitos integrados. Se necesitan transistores con idénticas caídas de tensión base-emisor e 24 igual valor de . Las bases de ambos transistores están conectadas a un mismo punto ELECTRONICA I- FACET- UNT Circuito

ESPEJO DE CORRIENTE TEMA 8 Las corrientes de los dos colectores son iguales que VBE 1=VBE 2 . IB 1 = IB 2 = IB IC 1 = IC 2 = IB Por Kirchhoff Dado ELECTRONICA I- FACET- UNT Debido a que Ic 1=Ic 2 el circuito se llama espejo de corriente. La corriente de referencia es igual a: 25

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Circuito pensado para amplificar la diferencia de dos señales. Tiene dos entradas separadas, dos salidas separadas y emisores conectados juntos. La salida es proporcional a la diferencia entre sus dos entradas (VS 1 y VS 2) La salida puede ser diferencial o no pero, en ambos casos, referida a masa Conformado por dos transistores bipolares en configuración emisor común que se hallan acoplados por el emisor 26 ELECTRONICA I- FACET- UNT §Etapa de entrada típica de la mayoría de los Amp Op y comparadores §La simetría le confiere características muy especiales de análisis y diseño. Por ello, los transistores Q 1 y Q 2 deben ser idénticos, aspecto que únicamente se logra cuando el circuito está fabricado en un chip. TEMA 8

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL TEMA 8 § La salida es proporcional a la diferencia entre sus dos entradas (VS 1 y VS 2) ELECTRONICA I- FACET- UNT § La salida puede ser diferencial o no pero, en ambos casos, referida a masa § Suele construirse con dos transistores que comparten la misma conexión de emisor § Las entradas son por las bases de los transistores mientras que las salidas se toman por los colectores § Se puede duplicar la ganancia del par con un espejo de corriente entre los dos colectores 27

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL: POLARIZACIÓN TEMA 8 Análisis en continua suponiendo que h. FE>>1, entonces: La simetría del circuito y el hecho de que Q 1 y Q 2 son transistores idénticos hace que IE 1=IE 2=IE de forma que ELECTRONICA I- FACET- UNT En este caso, la máxima amplitud de salida se consigue cuando VCEQ=VCC/2. 28

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL: MODOS DE OPERACIÓN TEMA 8 Entrada asimétrica y salida simétrica: La señal ingresa por uno de los terminales de entrada con la otra conectada a tierra, mientras que la salida se obtiene entre los colectores de los dos transistores del circuito Vod Entrada simétrica y salida asimétrica: Esta es la forma más practica y utilizada porque puede excitar cargas asimétricas o de un solo terminal como lo hacen los amplificadores EC, emisor seguidor y otros Esta etapa es la que se usa como etapa de entrada de la mayor parte de los Amp. Op comerciales. Presenta dos entradas de señal para las bases de cada transistor mientras que la salida se obtiene únicamente de uno de los colectores respecto a masa 29 ELECTRONICA I- FACET- UNT Entrada y salida simétricas: Es la forma más típica de un amplificador diferencial; tiene dos entrada v. S 1 y v. S 2. La tensión de salida se obtiene de la diferencia entre las salidas de los colectores, Vod.

AMP. DIFERENCIAL: MODOS DE OPERACIÓN TEMA 8 Por lo tanto dependiendo de la señal de entrada, el amplificador diferencial actúa o bien como etapa en emisor común con resistencia de emisor. Por lo tanto la ganancia de esta etapa es notablemente mayor en el funcionamiento como modo diferencial que como modo común. Normalmente los amplificadores diferenciales se 30 diseñan de forma que a efectos prácticos sólo resulten amplificadas las señales diferenciales. ELECTRONICA I- FACET- UNT Modo Diferencial: Para VS 1=VS 2 y suponiendo f>>1, las corrientes de colector y emisor de cada etapa son iguales. Todas estas corrientes tienen magnitudes iguales (aproximadamente) a IEE/2 debido a la simetría del circuito y a la despreciable corriente que circula por RE. Si se incrementa VS 1 en v/2 y simultáneamente disminuimos VS 2 en v/2, la señal de salida aumenta en v. Advertir que el circuito funciona en modo lineal mientras v<4 VT. Modo Común: Consideremos que las dos tensiones VS 1 y VS 2 aumentan en v/2. La tensión diferencial Vd permanece nula mientras que Ic 1 e Ic 2 son iguales. No obstante la tensión VE aumenta.

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL TEMA 8 Calculo de Av, Zin Para el análisis se aplica Superposición: 1) Se anula VS 2: 31 ELECTRONICA I- FACET- UNT La segunda etapa (Q 2) es un base común que carga a la primera etapa. Se puede reemplazar el base a masa por su Zin.

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL TEMA 8 ELECTRONICA I- FACET- UNT 32

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL TEMA 8 Por simetría: Por lo tanto. ELECTRONICA I- FACET- UNT Si llamamos vd a la tensión diferencia: Se define la ganancia diferencial como: 33

POLARIZACIÓN POR ESPEJO DE CORRIENTE TEMA 8 Si IB<<IR entonces IR=ID Si la curva del diodo fuese idéntica a la curva de VBE del transistor, entonces: Id=IE la corriente del diodo sería igual a la corriente de emisor Como IE=IC , entonces la corriente del colector es aproximadamente igual a la corriente que circula a través de la resistencia de polarización R, o sea IC=IR Este circuito es muy importante, ya que significa que se pude fijar la corriente de colector al controlar la corriente de la resistencia R. El circuito se comporta entonces como un espejo, la corriente de la resistencia R se refleja en el colector del transistor. 34 ELECTRONICA I- FACET- UNT La polarización por espejo de corriente se basa en que la corriente de base es mucho más pequeña que la corriente que circula por la resistencia R y por el diodo. Entonces, la corriente por la resistencia y por el diodo son prácticamente iguales.