TRANSISTORES

Resolución de un circuito amplificador en cascode.

Hola mirparianos. En esta entrada vamos a resolver un circuito amplificador en cascode del cual tenemos los siguientes valores.

Nos piden los siguientes puntos:

● Decir cúal es la configuración de cada transistor.
● Determinar el punto de trabajo de los transistores.
● Dibujar la recta de carga del transistor Q2.
● Dibujar la recta alterna de salida.
● Determinar una máxima excursión simétrica una tensión de saturación VCE=0.3V.

Configuración de los transistores.

Como puedes ver en la captura siguiente, la base del transistor Q₁, está siendo polarizado por las resistencias de polarización R₁ y R₂, las cuales están conectadas a la alimentación positiva y negativa de la fuente de alimentación.

En esta configuración te indica que el primer transistor Q₁, está conectado en emisor común, ya que por el emisor y base se aplica la señal y se sacará entre el colector de dicho transistor y el emisor (mediante el cual está conectado el terminal negativo de alimentación directamente. Ahora el siguiente transistor está conectado a la salida del primer transistor por lo que el conjunto se puede decir que es un par de transistores en cascode. Fijate que lo que hay en común entre la entrada y la salida del transistor Q₂ es la masa, por lo que este transistor tiene una configuración de base común.

Determinar el punto de trabajo de los transistores.

Para determinar el punto de trabajo de los transistores, podemos seguir formulación directa y resolver mediante las fórmulas establecidas en mis cursos de electrónica avanzada de este mismo sitio web. Pero creo que es mejor ir paso a paso en la resolución de los mismos circuitos.

Lo primero que tienes que calcular es la tensión V_BB, que es la tensión que cae en la resistencia R₂ y que se aplica al emisor. como el circuito es un circuito de doble alimentación simétrica, la fórmula que hace posible eso es:

Aplicando los valores que tenemos en la fórmula anterior:

Estos -4V es la tensión resultante que se aplica por el lado de la fuente positiva. Pero ahora hay que calcular la tensión que se aplica por el lado negativo y que, caerá una parte de tensión en el diodo emisor según la fórmula:

Aplicando los valores que tenemos en la fórmula anterior:

Y como el transistor es un transistor en cascada, las intensidades serán las mismas, por lo que solo tenemos que calcular la intensidad del primer emisor Q1 teniendo en cuenta la tensión que cae en dicha resistencia V_BE, calculada anteriormente.

Hay que tener en cuenta, que según la configuración del conjunto de transistores Q2, se conecta en serie con la salida de Q1, por lo que la corriente de Q2 es la misma. En cuanto a la tensión de emisor, está marcada por el diodo emisor de Q2 y como es un NPN, y el circuito esta conectado a positivo, el emisor es negativo y la única tensión que cae es la tensión del diodo emisor, es decir -0,7V. Como este transistor se conecta a una fuente de alimentación positiva podemos establecer la siguiente fórmula para calcular la tensión de alimentación V_CEQ2:

Aplicando los valores que tenemos en la fórmula anterior:

Pero también nos queda calcula la tensión colector-emisor del transistor Q1, en el que entra en juego la alimentación negativa -V_EE según la fórmula:

Por lo que derivando y resolviendo nos da que:

Resumiendo:

● V_CEQ1 = 4V
● I_CQ1 = 3mA
● V_CEQ2 = 2,7V
● I_CQ2 = 3mA

Dibujar la recta de carga en continua.

Para representar la recta de carga tenemos que tener en cuenta que la resistencia de carga R_C es la que ve este transistor Q2 para el cálculo. Cómo la tensión de alimentación positiva es de 5V, en dicha resistencia pasará un máximo de corriente que será la que pondremos en la gráfica como I_Cmax:

ICsat = Vtotal ÷ RC
ICmax = 5,7mA.

Y la máxima tensión que va a caer en el diodo colector viene definida por la tensión de alimentación positiva y la tensión V_BEQ2, que es 5,7V. Este es el punto VCE de la recta de carga. Y la corriente máxima vendrá definida por la tensión VCE_max entre la resistencia de colector de 1KΩ por lo que se puede establecer que el la I_Cmax es igual a 5,7mA.

Al poner los valores de Q2 en la gráfica obtenemos la recta de carga y su punto Q para una configuración de continua:

Dibujar recta de carga alterna.

Otro de los puntos es dibujar la recta de carga para alterna. Si tienes en cuenta que para calcular la recta en alterna en señal hay que tener entre otros factores la carga del circuito sobre la que se va a reproducir la señal de salida. Y a esta le afecta también la resistencia del colector. Si te fijas en el circuito de salida de Q2, veras que lo que se ve de cara a la señal es un sistema paralelo.

Por lo que la fórmula que hace posible que calculemos la tensión colector - emisor de Q2 para señal, viene dada con la siguiente ecuación:

Y para calcular la corriente de colector por la carga, esta otra fórmula:

Con esto y derivando obtenemos que:

Y la tensión de colector por la carga:

Ahora podemos dibujar la recta de carga en alterna según los puntos anteriores, nos queda que:

Como puedes ver en el gráfico anterior, las rectas de cargas coinciden en el punto Q, lo que implica que una señal alterna sobre el colector de Q2 hará variar la tensión y corriente de continua sobre los valores de la recta tanto hacia arriba (en el semiciclo positivo de la señal), como hacia abajo (en el semiciclo negativo).

Máxima excusión.

La máxima excursión de señal se conseguirá cuando se logre ubicar el punto de operación del transistor en la mitad de la recta de carga AC, permitiendo al punto de operación moverse en iguales proporciones durante el ciclo positivo y negativo de la señal de entrada. Y también tenemos una fórmula para calcularla:

Lo que transformando nos queda:

O lo que es lo mismo, la máxima excusión está para señales pico de 1,5V. A mayores tensiones, el amplificador empezará a distorsionar.

Has aprendido en esta entrada como desarrollar un circuito amplificador y resolverlo. Este tipo de ejercicios te los ponen en segundo de ingeniería electrónica, por lo que si has podido hacerlo, enhorabuena. A continuación te dejo el vídeo de Youtube en el que te muestro el proceso completo.

Hasta la siguiente entrada.