ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION
ELECTRÓNICA II: PROBLEMAS RESUELTOS RESUELT OS Y PROPUEST PROPUESTOS OS (BORRADOR 7.1)
PROFESOR: ING. GÓMER RUBIO ROLDÁN OCTUBRE 2014
1
Contenido 1. POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES BJT Y FETs ................................................. 3 2. AMPLIFICADORES DE PEQUEÑA SEÑAL SEÑAL CON BJT Y FETs ............................... 43 3. RESPUESTA DE FRECUENCIA ............................................................................... 82 4. AMPLIFICADORES DE POTENCIA ....................................................................... ...................................................................... 145 4.1. AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE A ............................................................ 145 4.2. AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE B ............................................................ ............................................................ 167 ........................................................................... 189 5. AMPLIFICADOR DIFERENCIAL ............................................................................
6. AMPLIFICADOR OPERACIONAL ...................................................................... .......................................................................... .... 218 6.1. OPAMP REAL .................................................................................................... ........................................................................................................ .... 218
2
1. POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES BJT Y FETs Problema No. 1.1 En el siguiente circuito, determinar los puntos de operación (I D , V DS DS) de los transistores. Datos.- Q1: IDSS = 10mA, VP = -4V; Q2: IDSS = 5mA, VP = -5V; Q3: k = 0.3mA/V², V T = 2V
Como G y S están cortocircuitados:
– – – Vs = 0.5*ID2 = (0.5) (5) = 2.5V
2.5 – VGS1 = 10(1 + 0.25V GS1)² 2.5 – VGS1 = 10(1 + 0.5V GS1 + 0.0625V GS1²) 2.5 – VGS1 = 10 + 5 V GS1 + 0.625VGS1²
3
0 = 7.5 + 6* V GS1 + 0.625* VGS1²
( )
VGS1a = -8.123V 0 < | V GS1| < | Vp1|
VGS1b = -1.477V
0 < 1.477 < 4
ID1= 2.5 – VGS1
IX = ID1 + ID2
POR MALLA:
V GS1 GS1= -1.477V
ID1= 2.5 + 1.477
ID1 = 3.977mA
Ix = 5 + 3.97
Ix = 8.97mA
18 – ID1 – VDS1 – Ix*1 = 0
18 – 3.977 – 8.97*1 = VDS1
VDS1sat = 4V
V DS1 DS1 = 5.05V V DS1 DS1 no está saturado
VDS1 + 1* ID1 = VDS2 + ID2*0.5 5.05 + 3.977 = VDS2 + 5*0.5 5.05 + 3.977 – 5*0.5 = VDS2
V DS2 DS2 = 6.527 V VG3 = VDS2 + ID2*0.5 VG3 = 6.527 + 5*0.5 V G3 G3 = 9.027 V V S3 S3 = 0 V VGS3 = VG3 – VS3
V GS3 GS3 = 9.027 V
ID3 = k*( V VGS3 – Vt)²
ID3 = 0.3*(9.027 – 2)² ID3 = 14.81mA
VDS3 – 18 + ID3*0.8 = 0 VDS3 = 18 – 14.81*0.8 V DS3 DS3 = 6.152 V 4
Problema No. 1.2 En el circuito dado: a) Determine el valor de V DD (asuma que todos los transistores están en región activa y que V DSQ1 = 8V). b) Calcule los puntos de operación (I D ,V DS) para Q1 , Q2 , Q3. Datos: Q1:IDSS1 = 8mA, VP = -4V; Q2: IDSS2 = 2mA; Vp = -2V; Q3: IDSS3= 8mA; VT = -4V
VGS2 = VG2 – VS2 VG2= 0
^
VS2 = 0
V GS2 = 0V
ID2 = ID1 ID2 = IDSS2
ID2 = ID2 = 2mA
VGS1 = VG1 – VS1 V S1 = V DS2 VGS1 = 0 – VDS2
5
2mA = 8mA*(1 + 0.25* VGS1)²
2 = 8*(1 + 0.5 VGS1 + 0.0625
VGS1²) 2 = 8 + 4 VGS1 + 0.5 VGS1² 0 = 6 + 4 VGS1 + 0.5 VGS1²
) (
V GS1a = -2V V GS1b = -6V 0 < | VGS1| < |Vp1| 0 < |2| < |4| VGS1 = VG1 – VS1 -2 = 0 – VS1 VS1 = 2V VS1= VDS2 V DS2 = 2 V Q2: V DS2 = 2V; Q1: V DS1 = 8V;
Id2 = 2mA; Id1 = 2mA;
POR MALLA:
V GS2 = 0V V GS1= -2V
VDD - VDS1 – VDS2 = 0 VDD = 8 + 2 V DD = 10V
VGS3 = VG3 – VS3
ID3 = 8*(1.5)² VDD – (200* ID3) – VDS3 = 0
VGS3 = VDS2 - 0 V GS3 = 2V
ID3 = 18mA
VDS3 = 10 – (200*18mA)
V DS3 = 6.4V Q3: V DS3 = 6.4v; ID3 = 18mA
6
Problema No. 1.3 En el siguiente circuito, calcular el punto de operación del transistor Q3. Q1: IDSS =10mA Vp= -4V
Q2: IDSS =8mA Vp= -5V
Q3: K=0.3 Vt= 1V
DIODO
Vz= 4V Vd= 0.7V Análisis para Q1
VGS1= VS1 -> VGS1=0V Si VGS1=0 -> ID1= IDSS1 Análisis para Q2
VGS2= VS2 -> VGS2=0V Si VGS2=0 -> ID2= IDSS2 Del gráfico se observa: Id= ID1-ID2 Id= IDSS1- IDSS2=10mA-8mA VDS2= VD+ R3* Id VDS2= 0.7V+ 4.7K(2mA) VDS2=10.1V 7
VDS1=+V- VDS2 VDS1= 20V- 10.1V VDS1= 9.9V VDS1= Vp1- VGS1=4V VDS2= Vp1- VGS2=5V Análisis para Q3 VG3= R3*Id VS3=R4* ID3 -> VGS3= (R3*Id- R4* I D3) ID3= K(VGS3-VT)2 ID3= 4.52mA VDS3=+V-(R5+R4) ID3 -> VDS3=10.06V VGS3= 4.88V
8
Problema No. 1.4 Determine los puntos de operación de los transistores M1 y Q1: Datos.- β = 20; IDSS = 5ɱ A ; Vp = 1V
Se abre
Se abre
9
+
ID
Q 1
+ V
D S
-
0
IX
-
IC
Q 2
+ V
C E
+VGS-
-
IB +
IE
-
( )
Como es NPN el voltaje debe ser (-) sino el transistor está saturado.
( +). Cuando es PNP el voltaje
debe ser
10
||||||| |
Se asume que el
y se vuelven a realizar los cálculos.
El transistor Q1 está saturado ya que agotamiento
debe ser (+) en el MOSFET de
0
11
Problema No18. En el siguiente circuito determine los puntos de operacionde Q 1(ID,VDS) , Q2(IC,VCE)
Q1 Q2
0=
12
Respuestas
Problema No 5. Determinar Vo1 y Vx
Datos:
Q1:
;
Q2:
Q3:
Hallar Vo1
13
VGS2 = 0 ID2 = IDSS = 2mA (201IB3) ID1 = ID2 + IB3 Asumo Ib3 despreciable; ID1=ID2 = 0.7 + 1.5k(201IB)
) ) I = 8mA (1 - Reemplazando en las ecuaciones: 2mA = 8mA (1 + ) 2mA = 8mA ID1 = IDSS (1 -
2
VGS1 = Vx – 0.7 – 1K VG=0,
VS
VGS1 = -0.7 – 1K (201 I B3)
2
D1
2
2mA = 8mA + 4 V GS1 + 0.5 VGS12 0 = 6mA + 4.0049 V GS1 + 0.5 VGS12 Soluciones
VGS11 = -2V tomando este valor que no se excede de Vp VGS12 = -6V Reemplazando los datos en la ecuación (3)
VGS1 = -Vs , entonces Vs = 2V IE3 =
I = IE3 = E3
IE3 =
I = IE3 =
Vo1 = 1.5K
Vo1 = 2.7µV
E3
14
Problema No 6. En el siguiente circuito, encontrar los puntos de operación de los transistores.
Datos: MOSFET: ID=5 mA, Vp=3 V
BJT: =100
El circuito equivalente quedara así:
IG=0
ID=IB
ID=Is
e
Ahora:
15
Por mallas:
Por malla:
√
16
Problema No 7. En el siguiente circuito: a) Calcule VDS, ID, VCE y Ic. b) Si VCEsat=0, calcule R b mínima para saturar al transistor.
Datos: IDSS=10mA, Vp= -4V Solución: El circuito queda así: 1.
Trabajando con 1.
=50
2.
; 17
√
Por malla:
PQ : (ID =1.6mA, VDS=11.68 V) Trabajando con 2.
18
Por malla:
Parte b:
Pero:
19
Problema No 8. En el circuito mostrado a continuación, calcular los puntos de operación tanto del BJT como del FET Datos: IDSS=10mA Vp=-5 Β=180
En análisis DC se abren los capacitores y redibujando el circuito se obtiene lo siguiente: Aplicando Thevenin obtenemos lo siguiente:
=1,4809V
Redibujamos y obtenemos lo siguiente:
Aplicando mallas:
20
Aplicando shotky:
Igualando las ecuaciones se obtiene lo siguiente:
Resolviendo la ecuación general se obtiene:
|||| Por lo tanto
21
ID= 0.3785mA
Por mallas:
Se debe recordar que el voltaje V CE es negativo debido a que es una configuración PNP.
22
Problema No 9. En el circuito mostrado a continuación, calcular los puntos de operación tanto para el BJT como para el FET. Datos β=100 IDSS=10mA Vs=4
Al realizar el análisis DC se abren los capacitores, por lo que al aplicar Thevenin y redibujar el circuito, se obtiene:
√
Aplicando la ecuación general se tiene:
23
Por mallas:
( )
Recordar que es una configuración PNP.
24
Problema No 10. Para el siguiente circuito calcule el punto de operación de cada transistor, indicando en que zona se encuentran operando. Datos: Q1: IDSS=10 mA, |Vp=5V| Q2: β=100
I D
I E
I B
I S
Con
25
Circuito equivalente:
Puntos de operación:
I E
Problema No 10. Para el siguiente circuito calcule el punto de operación de cada transistor, indicando en que zona se encuentran operando. Datos: Q1: IDSS=10 mA, |Vp=5V| Q2: β=100
VCC 15V
R5 1kΩ
R2 1kΩ
R1 3MΩ
+
ID
IG=0
-
D1 3.1V
Q1 IE
R4
IB
Q2 ID + IB
R3 1.5kΩ
100kΩ
IC
26
Q1 está en corte, ya que la corriente debe ir desde Vcc hasta tierra y el FET canal-p no permita que fluya la corriente en ese sentido.
5.6mA
27
Problema No 23. Dispositivo Valor
Encontrar el valor de I E en Q2 a) 0.35mA b) 0.07mA c) 1.9mA d) 2.09mA
V
24[V]
|Vp|
4[V]
V BE
0.7[V]
IDSS
1[mA]
β
100
R 1
1[MΩ]
R 2
1.5[KΩ]
R 3
2.2[KΩ]
R 4
8.2[kΩ]
R 5
2.2[kΩ]
+Vcc
R2
ID
Q1
VS R1
Q2
ID
R3
IG = 0
VG
IE
ID R4
R5
28
Reemplazando VGS en la ecuación 1
El JFET (Q1) es de canal tipo n => V P = - 4[V] Reemplazando valores:
Resolviendo la ecuación cuadrática:
Calculando el valor de la corriente de emisor:
29
Problema No 24. Dispositivo Valor
Determine el voltaje V E de Q1 a) 2.1V b) 5.34V c) 6V d) 4.6V
V
24[V]
|Vp|
4[V]
V BE
0.7[V]
IDSS
1[mA]
β
100
R 1
1[MΩ]
R 2
1.5[KΩ]
R 3
2.2[KΩ]
R 4
8.2[kΩ]
R 5
2.2[kΩ]
30
Problema No 25. Dispositivo Valor
Calcular el voltaje V DS1 en Q1 a) 17.9V b) 11.3V c) 4.7V d) 23,3V ANÁLISIS DC
V
24[V]
|V P|
4[V]
V BE
0.7[V]
IDSS
1[mA]
β
100
R 1
1[MΩ]
R 2
1.5[KΩ]
R 3
2.2[KΩ]
R 4
8.2[kΩ]
R 5
2.2[kΩ]
31
||||
32
Problema No 26.
Calcular en el transistor Q2 el valor de VCE a) 23.3V b) 11.3V Dispositivo Valor c) 19.4V d) 17.9V
ANÁLISIS DC
V
24[V]
|Vp|
4[V]
V BE
0.7[V]
IDSS
1[mA]
Β
100
R 1
1[MΩ]
R 2
1.5[KΩ]
R 3
2.2[KΩ]
R 4
8.2[kΩ]
R 5
2.2[kΩ]
33
Problema No 34. En el siguiente circuito, la corriente continua ID en el transistor Q2 es:
a) b) c) d)
*VGSQ: VGS en el punto de operación de Q2 4.4 mA 4.6 mA 0.3 mA 1.3 mA
ELEMENTO VALOR R1
1MΩ
R2
100KΩ
R3
5KΩ
R4
1KΩ
R5
8KΩ
R6
2KΩ
+Vcc
22V
K
0.3mA/V2
VT
1V
VGSQ
2V
Q1
Β=100
34
Problema No 35. En el siguiente circuito, el voltaje continuo V DS del transistor Q2 es:
ELEMENTO VALOR
a) b) c) d)
*VGSQ: VGS en el punto de operación de Q2 22 V 11 V 3V 20.5 V
R1
1MΩ
R2
100KΩ
R3
5KΩ
R4
1KΩ
R5
8KΩ
R6
2KΩ
+Vcc
22V
K
0.3mA/V2
VT
1V
VGSQ
2V
Q1
Β=100
COMO SE PIDE VDS SE DEBE ANALIZAR EL CIRCUITO EN DC DEBIDO A ESTO LOS CAPACITORES SE ABREN
35
|
+ V D S -
36
Problema No 22. Determine la corriente ID en (DC) del transistor Q 1 Dispositivo Valor
a) b) c) d)
6.49mA 2.02mA 0.51mA 2.24Ma
V
24[V]
|Vp|
4[V]
V BE
0.7[V]
IDSS
1[mA]
β
100
R 1
1[MΩ]
R 2
1.5[KΩ]
R 3
2.2[KΩ]
R 4
8.2[kΩ]
R 5
2.2[kΩ]
37
Problema No 30.
Dado
.
Calcule el Punto de operación de Q 1 a)
b)
c)
d)
I1
Ie IB
IG
Ic
ID
38
( ) ;
39
Problema No 31.
Dado
.
Calcule el Punto de operación de Q 2 a)
b)
c)
d)
40
Problema No 32.
Dado
.
Determine de Q1 a) 1.567 V b) 0.9728 V c) 0.853 V d) Ninguna de las anteriores
41
Problema No 33. a) Calcule los puntos de operación de Q1, Q2, Q3 b) Encuentre Vx Datos: Q1: IDSS= 8mA, Vp= -5V; β=
Q2: K= 0.3 mA/
, VT= 2V;
Q3:
42
2. AMPLIFICADORES DE PEQUEÑA SEÑAL CON BJT Y FETs Problema No12. En el siguiente circuito, asumiendo que los transistores se encuentran en la zona lineal, determine Zi, Zo, Av (Vo/Vi).
Datos Q1: Q2: Q3:
,
,
.
,
,
Solución: Análisis DC: 43
Análisis AC:
| | | ||
44
Problema No11. En el siguiente circuito, asumiendo que los transistores se encuentran en la zona lineal, determine Zi, Zo, Av.
Datos. Q1:
,
,
Q2:
Solución: Análisis DC:
| | | | |
Análisis AC:
45
| | | | | || - 3,68
2.14 M Ω
46
Problema No13. Para el siguiente circuito determine: a) La expresión literal y valor numérico para la impedancia de entrada Zi. b) La expresión Literal y valor numérico para la impedancia de salida Zo. c) La expresión Literal y valor numérico para la ganancia de voltaje Av.
Datos Q1: Q2:
,
,
.
,
Solución
| | ||| | re = 0.0099
47
| | || Problema No14. Determine:
Datos K=0,3[mA/ ],
,
,
β=99, hie=1k
v 1=
=15II1.5II =
II10MII(1+1)= 15II1.5II0.087II10000II2=0.078
=
=
= -12.6
48
=
= -0.074
=
= 0.5
=
= 0.04
= 135M = 0.0052k =5.2 Zo=0.01II Zi=
Problema No15. En el siguiente circuito calcular: a) Av=Vo/Vi* b) Zi c) Zo
Datos.- Q1: gm=6uV Q2: hfe=100, hie=1K
Rd2=R 1||R 2 Rd2=4K Zi=R G=0.5MΩ Zo=R C=2.2K
49
|| ||| 202
=-0.0134
Problema No16. Para el siguiente circuito encuentre:
a) La expresión literal y valor numérico para la ganancia de voltaje
⁄ ⁄
.
b) La expresión literal y valor numérico para la impedancia de entrada c) La expresión literal y valor numérico para la impedancia de salida
d) La expresión literal y valor numérico para la ganancia de corriente
; ;
.
.
.
50
Análisis DC
⁄ =
;
Ω
51
Problema No17. Asumiendo que los transistores se encuentran en la zona activa. Determine
⁄
⁄
Solución: Se procede a realizar el análisis en AC
52
⁄
Asumo que
es grande por lo tanto usando el siguiente circuito tenemos:
Reemplazando
en
Reemplazando
Como anteriormente.
Ω
entonces se puede concluir que esta correcto lo que se asumió
53
Para hallar
Si
Si
Ω
se analiza el siguiente circuito:
⁄
Para hallar
54
Problema No19. Para el siguiente circuito se pide: a) Graficar el circuito equivalente en AC b) La expresión literal y el valor numérico de la ganancia de voltaje A v =Vo /Vi c) La expresión literal y el valor numérico para la impedancia de entrada Z i d) La expresión literal y el valor numérico para la impedancia de salida Zo e) La expresión literal y el valor numérico para la ganancia de corriente Ai=Io /Ii +Vcc
R2
R5
R8
2kΩ
2kΩ
1kΩ
C6
C2
Q3
C4
R4
RL 2kΩ
300kΩ
Q1
Q2
C1
R7 100kΩ
Vi
R1 3MΩ
R3 1kΩ
C3
R6 1kΩ
C5
55
a) Circuito equivalente en AC
V i
3 R M 1 Ω -
V g s
+
g m V g s 2 R k 2 Ω
Z m i
h i e
Z m o
V x
1 k Ω
R 4
i b h f e 2 R k 5 Ω
V y
1 R 0 7 0 k Ω 1 R k Ω 8
h i e 2
2 R k L Ω V o
i b h f e 2
56
b) Ganancia de voltaje Av =V o/V i
| | ‖‖ ; ‖‖ ; ; ; ‖‖‖ ‖ ; ‖ ‖ ; ; ‖‖
Suposición:
Evaluando las ecuaciones:
‖ ‖ ‖‖‖‖ || ; 57
c) Impedancia de entrada:
d) Impedancia de salida:
e) Ganancia de corriente:
AMPLIFICADORES MULTIETAPAS Problema No20. Dado el siguiente ejercicio: a) Calcular los puntos de operación Q 1 y Q2 b) Calcular Av, Zo. DATOS: Q1(VT=1V, K=0.3mA/V2) Q2 (hfe=100, V EB=0,7V) Vcc=22v
58
ANÁLISIS DC
Capacitores: Circuito Abierto VTH= 22(
) = 2V = V
G1
VGS1 = VG1 - VS1 = 2 - 0 = 2V ID1 =k(VGs1 - VT)2
ID1 = 0.3m(2 -1)2= 0.3mA
m1: -22 + 5(0.3) + V 1= 0 V1= 22 -1.5 = 20.5V IB ≈ 0 59
m2: V1-22+0,7 +1IE = 0 IE= 0.8mA IC= (
IC= ( IB
IE= (
IB
IE =0,79mA
IB = 7,9u A
Q1 (ID=0.3mA, VG1 = 2V)
Q2 (IC=0.79mA, VCE = 19.62V)
ANÁLISIS AC
re =
= 32.5
Ω
Zo = 2k Ω ΔvT= Δv1 Δv2 Δv3=
( ) ( )
ΔvT= -(0.98)(2.78)(0.95) = 2,58
Obs. la ganancia es negativa por que la configuración es Source Común.
60
Problema No 21. En el siguiente circuito determinar: a) Punto de operación b) Av1, Av2, Zi, Zo1, Zo2
DATOS:
hFE=100, VBE= 0.7V, VZ=10
R Z= 1K
ANALISIS EN DC
Análisis AC
61
Zi 1k Zo1 10 Zo 2 100
62
Problema No 27.
Dispositivo Valor
Calcular el valor de A VT de todo el sistema (Análisis Ac) a) 2 b) 0.96 c) 7 d) Ninguna de las anteriores
V
24[V]
|Vp|
4[V]
V BE
0.7[V]
IDSS
1[mA]
β
100
R 1
1[MΩ]
R 2
1.5[KΩ]
R 3
2.2[KΩ]
R 4
8.2[kΩ]
R 5
2.2[kΩ]
En AC
R= R 4|| R mo||R 2||R 5= 8.2||R mo||1.5||2.2 R= 0.8KΩ
63
Rs=Rmi || (Rmo || R+Re)(hfe+1) Rmi--> ∞ , Rmo-->∞ Rs=(R+re)(hfe+1)= 82.05K
64
Problema No28. Dispositivo Valor
Calcular el valor de Z i(Análisis Ac) a) 1 MΩ b) 2 MΩ c) 25MΩ d) 1.5 MΩ
V
24[V]
|Vp|
4[V]
V BE
0.7[V]
IDSS
1[mA]
β
100
R 1
1[MΩ]
R 2
1.5[KΩ]
R 3
2.2[KΩ]
R 4
8.2[kΩ]
R 5
2.2[kΩ]
65
Problema No29. Dispositivo Valor
Calcular el valor de Z O(Análisis AC) a) 0.038kΩ b) 100kΩ c) 2MΩ d) 32kΩ
V
24[V]
|Vp|
4[V]
V BE
0.7[V]
IDSS
1[mA]
β
100
R 1
1[MΩ]
R 2
1.5[KΩ]
R 3
2.2[KΩ]
R 4
8.2[kΩ]
R 5
2.2[kΩ]
Analisis AC
66
Problema No 33. En el siguiente circuito, la impedancia de entrada operación en banda media es:
, para una frecuencia de
a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l)
1 MΩ 100 KΩ 91 KΩ
ELEMENTO VALOR
1.1 MΩ
R1
4K Ω
R2
0.8KΩ
R3
2KΩ
R4
2KΩ
R5
4KΩ
R6
2KΩ
+Vcc
22V
K
0.3mA/V2
VT
1V
VGSQ
2V
Q1
Β=100
67
Problema No 36. En el siguiente circuito, la ganancia de Voltaje total frecuencia de operación en banda media es:
*VGSQ: VGS en el punto de operación de Q2 a) 2.7 b) 2 c) 1.5 d) 1
ELEMENTO VALOR R1
1MΩ
R2
100KΩ
Mediante las siguientes ecuaciones podemos obtener ie R3 que necesario para el cálculo re y de gm que son R4 R5 necesarios para calcular la ganancia. R6
, para una
5KΩ 1KΩ 8KΩ 2KΩ
+Vcc
22V
K
0.3mA/V2
VT
1V
VGSQ
2V
Q1
Β=100
68
El cálculo de la ganancia para este circuito está dado por:
Donde la ganancia de colector común de la segunda etapa es aproximadamente uno (
). Para el análisis de ganancia de la primera etapa:
| || ||
Si se quiere ser preciso con los valores podemos calcular la ganancia de la segunda etapa
69
Problema No 37. En el siguiente circuito, La impedancia de salida de operación en banda media es:
*VGSQ: VGS en el punto de operación de Q2 a) 0.66 KΩ b) 2 KΩ c) 73.01 Ω d) 100 Ω
– – * +
, para una frecuencia
ELEMENTO VALOR R1
1MΩ
R2
100KΩ
R3
5KΩ
R4
1KΩ
R5
8KΩ
R6
2KΩ
+Vcc
22V
K
0.3mA/V2
VT
1V
VGSQ
2V
Q1
Β=100
70
Problema No 38. En el siguiente circuito, la impedancia de entrada operación en banda media es:
a) b) c) d)
, para una frecuencia de
2.1 KΩ 1 KΩ 250 KΩ 239 KΩ
ELEMENT O
VALOR
R1
2.1MΩ
R2
270KΩ
R3
2.4KΩ
R4
1.5KΩ
R5
10KΩ
R6
47KΩ
R7
1.1KΩ
R8
2.4KΩ
Rin
1KΩ
RL
1KΩ
Q2
IDSS=8ma VP=-4V
Q1
β=120
+V
+16Vdc
71
Problema No 39. En el siguiente circuito, la impedancia de salida operación en banda media es:
a) b) c) d)
, para una frecuencia de
1 KΩ 0.7 KΩ 2.1 MΩ 2.28 KΩ
ELEMENTO
VALOR
R1
2.1MΩ
R2
270KΩ
R3
2.4KΩ
R4
1.5KΩ
R5
10KΩ
R6
47KΩ
R7
1.1KΩ
R8
2.4KΩ
Rin
1KΩ
RL
1KΩ
Q2
IDSS=8ma VP=-4V
Q1
β=120
+V
+16Vdc
72
Problema No 40. En el siguiente circuito, la ganancia de voltaje operación en banda media es:
a) b) c) d)
2.56 1 0.5 10
, para una frecuencia de
ELEMENTO
VALOR
R1
2.1MΩ
R2
270KΩ
R3
2.4KΩ
R4
1.5KΩ
R5
10KΩ
R6
47KΩ
R7
1.1KΩ
R8
2.4KΩ
Rin
1KΩ
RL
1KΩ
Q2
IDSS=8ma VP=-4V
Q1
β=120
+V
+16Vdc
73
Problema No 41. En el siguiente circuito, la ganancia de corriente banda media es:
a) b) c) d)
-0.65 -2.2 -1 -0.01
para una frecuencia en
ELEMENTO
VALOR
R1
2.1MΩ
R2
270KΩ
R3
2.4KΩ
R4
1.5KΩ
R5
10KΩ
R6
47KΩ
R7
1.1KΩ
R8
2.4KΩ
Rin
1KΩ
RL
1KΩ
Q2
IDSS=8ma VP=-4V
Q1
β=120
+V
+16Vdc
74
Problema No 42. En el siguiente circuito, la corriente continua I D en el transistor Q2 es:
a) b) c) d)
4.10 mA 1.21 mA 2.4mA 10 mA
ELEMENTO
VALOR
R1
2.1MΩ
R2
270KΩ
R3
2.4KΩ
R4
1.5KΩ
R5
10KΩ
R6
47KΩ
R7
1.1KΩ
R8
2.4KΩ
Rin
1KΩ
RL
1KΩ
Q2
IDSS=8ma VP=-4V
Q1
β=120
+V
+16Vdc
75
Problema No 43. En el siguiente circuito, el voltaje continuo V DS del transistor Q2 es:
a) b) c) d)
3.40 V 6.64 V 6.15 V 1.82 V
ELEMENTO
VALOR
R1
2.1MΩ
R2
270KΩ
R3
2.4KΩ
R4
1.5KΩ
R5
10KΩ
R6
47KΩ
R7
1.1KΩ
R8
2.4KΩ
Rin
1KΩ
RL
1KΩ
Q2
IDSS=8ma VP=-4V
Q1
β=120
+V
+16Vdc
||
Como se puede observar se elige el Id2 porque el Vgs1 es muy pequeño a
Vp.
76
Problema No 44. En el siguiente circuito, el voltaje continuo V E del transistor Q1 es:
a) b) c) d)
4.53 V 13.19 V 13.89 V 9.35 V
ELEMENTO
VALOR
R1
2.1MΩ
R2
270KΩ
R3
2.4KΩ
R4
1.5KΩ
R5
10KΩ
R6
47KΩ
R7
1.1KΩ
R8
2.4KΩ
Rin
1KΩ
RL
1KΩ
Q2
IDSS=8ma VP=-4V
Q1
β=120
+V
+16Vdc
77
Problema No 62. En el siguiente circuito calcule la ganancia ∆V Q1: hie1 =0.524 K, hf e1 =100, β1 =100
Q2: hie2 =9.42 K, hf e1 =100, β2 =100
Solución: Análisis AC:
78
Primera etapa: es una configuración emisor común; por lo tanto:
Por lo tanto:
Segunda etapa: también es una configuración emisor común:
Tercera etapa: es un divisor de tensión:
Por lo tanto: 79
Problema No 45. Determinar Av, Zi, Zo
Datos: Q1: K= 0.3mA/
, VT= 2v, V GS= 3v;
Q2: β=99
80
Problema No 45. Encuentre una expresión literal y los valores para Av, Zo, Zi Datos: Q1: K= 0.3 mA/
, VT= 2V;
Q2, Q3: β= 100
81
3. RESPUESTA DE FRECUENCIA Problema No 45. Determine el punto de operación de Q 1.
a)
c)
En análisis DC, los capacitores se abren.
b)
Dispositivo Valor Vcc
24[V]
Rs
100[Ω]
V BE
0.7[V]
β
100
R 1
7.5[KΩ]
R 2
1.87[KΩ]
R E
1[KΩ]
R C
3[kΩ]
CE
54.4[ F]
Cs
50.42[ F]
Cc
1.32 [ F]
RL
1[KΩ]
82
Problema No 46.
gm=3mA/V a) Encontrar las frecuencias de corte en baja frecuencia. b) Graficar bode |Δv| vs f. c) Determinar la función de transferencia Δv(s).
83
Para determinar fo, asumo Cs -> cortocircuito Xcs a la frecuencia de fo
=> Se cumple aceptablemente, luego, asumo que Cs se cortocircuita Cs: cortocircuito; Vgs=0 => gmVgs=0 Y por lo tanto la fuente se abre. Luego:
Redibujando el circuito:
84
=>
Se ha encontrado Voca e Iocc en términos de Vi, porque Vi es el único parámetro que no cambia si abro o cortocircuito la salida. Se debe de tomar muy en cuenta que no es lo mismo los parámetros en C.A. que en C.C. (Vgsca≠Vgscc) Calculando la frecuencia de corte:
85
Grafica de bode: aquí se necesita encontrar los valores de la magnitud en |Δv|=> Δvmax Δvmin Δvmax => el circuito tendrá a los capacitores en cortocircuito
Cs->0 Ci->0 Co->0
En forma general:
(Si existe un Cs)
86
|| Grafico de Bode
) B d ( a i c n a n a g
0
50
100
150
200
250
frecuencia (Hz)
Chequeando el resultado para comparar con lo asumido:
Ci: fs2=39.88 Hz fs1=15.92 Hz
=> está cercano a 1, que fue lo que nos dice el
cortocircuito Ci
Esto quiere decir que asumir Ci en cortocircuito fue correcto
A fsi ya el efecto no es tan despreciable, sin embargo
, y esto es que
para más del 71% de la señal Vi lo asumido es correcto.
87
Co: fs2=39.88 Hz fs1=15.92 Hz
=> asumir Co en cortocircuito es correcto
A fs2 el efecto puede ser ya considerado, sin embargo el error que se introduce es Δv≈-10.59, es decir 6% de error. Lo asumido es correcto. Podría considerarse entonces que, en realidad, la frecuencia encontrada de esta forma, sobre todo fs1, es una frecuencia minima. Viéndolo desde un diseño: Cs seria el minimo valor Cs entre estas frecuencias, se supone que Cs esta desde un circuito abierto hasta en corto = 0 no es necesario hacer un cálculo. Sin embargo, a fo=2.12 Hz.
Función de transferencia:
88
Problema No 47.
;
; Cbe1=80pF
; Cbe2=4pF
a) Encontrar las frecuencias de corte en alta y baja frecuencia 89
b) Graficar bode |Δv| vs f c) Determine el ancho de banda del circuito d) Si se desea una fh=200KHz, rediseñe el circuito (realice los cálculos necesarios) f1 (asumo C2 en cortocircuito):
‖‖
Verifico que Xc2 -> 0
f2:
4.
f3: (asumo C4 cortocircuito)
‖‖ 90
Verificación:
f4:
‖‖ ‖
f5:
‖ 91
‖‖‖
92
‖‖‖ ¡Esto no existe! Se podría tomar a f1 como una década encima de 4.88x10 5 Hz, porque R1 -> ∞
‖‖‖ 93
‖ Grafica de bode Grafico de Bode
B d a i c n a n a G
frecuencia Hz
Ancho de banda
Si se desea una fh=200KHz 94
Coloco un capacitor C6 a la salida
Debido a que C3=10pF
95
Problema No 48. Calcular y graficar Bode en alta y baja frecuencia
ANALISIS DC: Ib= 16,34 uA hie=1,59k ANALISIS AC:
38
96
* +
⁄ 97
98
99
Problema No 49. Determinar Frecuencia de Corte FL, FH y Ancho de Banda
20log
100
101
102
103
Problema No 50. En el siguiente circuito, determinar los valores de las resistencias R1, R2, Rd y R4, para que se cumplan las siguientes condiciones de diseño: Vcc=24v , Vds=8V, Zi=1M, Zo=10K, Av=-8, Q1:|Vp|=4v,
Idss=8mA
DC
Zo=Rd=10K
Vgs=Vg-Vs
(1)
Vcc- RdId – Vds - RsId=0
(2)
24-RdId-8-RsId=0 16-Id(Rd+Rs)=0 (3)
AC 104
Zi=R1||R2 1M=R1||R2
(4)
R1=6.0505MΩ
Vx=Vi(R1+R2)1000 =R1R2 De (6)
Av=-8=-gm(Rd||Rl)
||
| | ||
En (1)
Reemplazo en (2)
(5)
(6)
Reemplazo R1 en (6) R2=0.198(6.0505M) R2=1.2MΩ
Reemp. Id y Rd en (3)
105
Problema No 51.
R1= 10 k Vce= 10V F2= 20 HZ. AV= -10 Ic= 5mA.
Hallar R1, R2, Rc, Re, Cs, Co, Ce β=100
Análisis DC Ic=5mA
20-Ic.Rc-10-Ie.Re=0 10-Rc-5.05Re=0 : I
106
Si lo hacemos independiente de β: 10R2= (β+1) Re; 10R2=101Re : II ya que como demostramos más adelante, no se puede simplificar.
Condicion de Li=10R1R2
Análisis AC
:
III
|| || ||
1 2
De II
R2=19.473K
De III
398.46=203.228+10.4364R1 R1=17.844K
107
Como va a salir negativo no se cumple esta conclusión
Fe=frecuencia de corte
|||| ⁄
Req=Reflejada al emisor =
Para
(una década antes)
Puede asumirse también
108
Problema No 52. Grafique en Bode en alta y baja frecuencia Rediseñe el circuito para f L L=500Hz y f H H=100KHz Cbe = 40 pF; Cbc = 3pF; Cce = 1 pF; Cwi = 5 pF y Cwo = 7 pF.
Análisis DC
Análisis Ac
109
Se encuentra el Av
Av(dB)= 20 log (66.08)= 36.40 36.40 dB
Respuesta de baja frecuencia Cs: Asumir Ce, Cc en corto circuito
110
Comprobamos:
Como observamos Xce > Re, Asumimos bien b ien
Cc: asumir Ce, Cs en corto circuito ci rcuito
Ce:
CE: f LCE LCE =
1
2 2 20 mF
3.979 Hz
Respuesta de alta frecuencia
111
112
Rediseño Baja Frecuencia fc=500Hz
Altas Frecuencias fH= 100KHz
C=
Tengo que poner una capacitancia en paralelo de C=2569.6pF.
A la
entrada del amplificador. Esta capacitancia no interfiere en baja frecuencia, pues es un sistema abierto, ya que Kc es muy grande.
113
Problema No 53. Se desea diseñar un amplificador basado en el circuito mostrado de tal forma que las frecuencias de corte para baja sean: fLCs= 2 Hz;fLCc= 30 Hz;fLCe= 400 Hz.
Para
el diseño
considere lo siguiente: * Q1:
VBE= 0,7 V
* Vcc= 24 V ; Rs= 100 Ω (Resistencia de la fuente alterna) ; RL= 1 KΩ (Resistencia de la carga).
* Vc= Vcc/2 para tener igual excursión alterna máxima alrededor del punto de operación. * ICQ= 4 mA; R1= 4R2 y RC= 3RE. * Cbe= 40pF; Cbc= 3pF; Cce= 1pF; Cwi= 5pF; Cwo= 7 pF. Determine los valores de RC, RE, R1, R2, CS, CE, CC.
Determine las frecuencias de corte en alta Fhci; Fhco. a) b)
, ,
114
c)
,
Análisis DC
) = ( )= ( ) = 4.8V )= R1||R2 = ( )= ( =0.8R2
VTHV= 24(
24
24
R CIC= 1/2(Vcc) (Criterio de Diseño) R C = 0.5(24) / 4 = 3K Ω R E= R C /3 = 1K Ω IC=4mA IB= IC / β = 40uA IE= β+1/ β= 4.04mA 4.8 - O.8R 2IB - 0.7 - R EIE = 0 R 2 = 4.8 - 0.7 - 1(4.04) /0.8(40x10 -3) = 1.87K Ω R 1 = 7.48 K Ω re= 26mV/ IE= 26/4.04 = 6.43 Ω Valores de las capacitancias:
||) || ( |||| 115
AV = Rc || RL / re + Re = -0.01 RL=
(||) = 7.38
RC|| RL = 7.32
116
Problema No 54. Determine las frecuencias de corte en baja.
Dispositivo Valor
a)
b)
Vcc
24[V]
Rs
100[Ω]
V BE
0.7[V]
β
100
R 1
7.5[KΩ]
R 2
1.87[KΩ]
R E
1[KΩ]
R C
3[kΩ]
CE
54.4[ F]
Cs
50.42[ F]
Cc
1.32 [ F]
RL
1[KΩ]
c)
ANÁLISIS DC VTHV= 24(
) = 4.79V
RTH= R1||R2 = 1.50Ω
4.8 - 1.5IB - 0.7 - 1IE = 0 4.8 - 1.5 (IE / β+1) - 0.7 - 1IE = 0 IE = 4.03mA
117
re= 26mV/ IE= 26/4.03 = 6.45 Ω Valores de Frecuencias
||) || ( ||||
118
Problema No 55. Determine el ancho de banda del circuito.
Dispositivo Valor
25 MHz b) Bw= 400 MHz c) Bw= 4928 KHz
Vcc
24[V]
Rs
100[Ω]
V BE
0.7[V]
β
100
R 1
7.5[KΩ]
R 2
1.87[KΩ]
R E
1[KΩ]
R C
3[kΩ]
CE
54.4[ F]
Cs
50.42[ F]
Cc
1.32 [ F]
RL
1[KΩ]
a) Bw= 19.
119
Problema No 56. En el siguiente circuito, Determine el ancho de banda BW dado que la respuesta de frecuencia en alta es 1.2Mhz: *Asuma Resistencia en el emisor de Q1 y Q2 Re = 2Ω
ELEMENTO VALOR
a) b) c) d)
1.2Mhz 1.1942Mhz 1.105Mhz 1.1998Mhz
Análisis DC
Ri
1KΩ
R1
4KΩ
R2
0.8KΩ
R3
2KΩ
R4
2KΩ
R5
4KΩ
R6
2KΩ
R7
2 KΩ
R8
0.8KΩ
RL
5KΩ
Cs1
470uF
CE1
47uF
Cs2
33uF
CE2
1uF
Co
470uF
β (Q1 Y Q2) 100
120
Primer análisis: Rth=R1||R4 -> Rth=1.333KΩ
Segundo análisis:
Análisis AC:
121
[( )||]} *| | + [( )||]} *| | +
122
Problema No 57. En el siguiente circuito, La Frecuencia de corte es: *Asuma Resistencia en el emisor de Q1 y Q2 Re = 2Ω
ELEMENTO VALOR a) b) c) d)
6 Khz 4 Khz 5.8 Khz 10 Khz
Ri
1KΩ
R1
4KΩ
R2
0.8KΩ
R3
2KΩ
R4
2KΩ
R5
4KΩ
R6
2KΩ
R7
2 KΩ
R8
0.8KΩ
RL
5KΩ
Cs1
470uF
CE1
47uF
Cs2
33uF
CE2
1uF
Co
470uF
123
Problema No 58. En el siguiente circuito, determine la respuesta de frecuencia en alta dado su ancho de banda BW=10Mhz :
*Asuma Resistencia en el emisor de Q1 y Q2 Re = 2Ω
*Asuma que el circuito esta operando normalmente. a) b) c) d)
9.99Mhz 10Mhz 9.87Mhz 9.97Mhz
ELEMENTO VALOR Ri
1KzΩ
R1
4KΩ
R2
0.8KΩ
R3
2KΩ
R4
2KΩ
R5
4KΩ
R6
2KΩ
R7
2 KΩ
R8
0.8KΩ
RL
5KΩ
Cs1
470uF
CE1
47uF
Cs2
33uF
CE2
1uF
Co
470uF
124
Problema No 59. En el siguiente circuito, la ganancia |Av|db es:
Asuma resistencia en el emisor de Q1 y Q2 a) 51 db b) 35 db c) 61 db d) 72 db
Re = 2Ω
ELEMENTO VALOR Ri
1KΩ
R1
4KΩ
R2
0.8KΩ
R3
2KΩ
R4
2KΩ
R5
4KΩ
R6
2KΩ
R7
2 KΩ
R8
0.8KΩ
RL
5KΩ
Cs1
470uF
CE1
47uF
Cs2
33uF
CE2
1uF
Co
470uF
125
Problema No 60. En el siguiente circuito,
la ganancia de Voltaje total
frecuencia en banda media es:
para una
*Asuma resistencia en el emisor de Q1 y Q2 Re = 2Ω a) b) c) d)
1153 2551 3575 1222
ELEMENTO VALOR Ri
1KΩ
R1
4KΩ
R2
0.8KΩ
R3
2KΩ
R4
2KΩ
R5
4KΩ
R6
2KΩ
R7
2 KΩ
R8
0.8KΩ
RL
5KΩ
Cs1
470uF
CE1
47uF
Cs2
33uF
CE2
1uF
Co
470uF 126
Problema No 61. En el siguiente circuito, la respuesta en alta frecuencia es:
*Asuma resistencia en el emisor de Q1 y Q2 Re = 2Ω *Asuma que el circuito se encuentra operando ELEMENTO correctamente. Ri a) b) c) d)
3.55Mhz 30.94 Mhz 22.28Mhz 4.21Mhz
VALOR 1KΩ
R1
4KΩ
R2
0.8KΩ
R3
2KΩ
R4
2KΩ
R5
4KΩ
R6
2KΩ
R7
2 KΩ
R8
0.8KΩ
RL
5KΩ
127
Cs1
470uF
CE1
47uF
Cs2
33uF
CE2
1uF
Co
470uF
Cw1=Cw2=Cw3 5pf
Solución:
a)
Cbe1
80pF
Cbe2
4pF
128
b)
c)
Respuesta: la frecuencia de corte en alta es 14 MHz
129
3.1) En el circuito de la figura: a) Calcule el punto de polarización del transistor JFET ( ID, VDS1) b) Calcule el punto de polarización del BJT (IC, VCE2) c) Dibuje el circuito para frecuencias medias. Calcule las impedancias Z 1, Z2, Zi. d) Calcule la frecuencia de corte superior utilizando el método de las constantes de tiempo. e) Calcule la frecuencia de corte inferior asociada a los condensadores C 1 y C2. Utilice el método de las constantes de tiempo. C3= C4 ∞ Datos: Idss=10[mA], Vp= -3[V], VBE=0.6 [V], β=200 Cgs1 =1[pF], Cgd10, Cu2=0, Cπ2=0.5 [pF]
130
ANÁLISIS DC
131
| ||
ANALISIS DE FRECUENCIA MEDIA
132
| | | ⁄ | | ANALISIS DE FRECUENCIA BAJA
() (||) ANALISIS EN FRECUENCIA ALTA
133
| ||
134
3.2) El circuito de la figura es un amplificador multi-etapa con transistores bipolares. a) Obtenga el punto de polarización de ambos transistores. b) Dibuje el circuito equivalente en frecuencias medias. Calcule Zi (Vg/I Rg), Z2 (Vb2 /Ib2), Z3 (Vo/Ie) y Gv. c) Calcule las frecuencias de corte superior. d) Calcule las frecuencias de corte inferior. DATOS: Considere C1=C3∞ , Cu1=0.5pF , Cπ1= Cπ2= Cu2 =0 VBE=0.6[V] β=200
ANALISIS DC
135
| | |
136
ANALISIS EN FRECUENCIA MEDIA
| | | | | * | + | | | (||) || * +|(||)| ANALISIS DE FRECUENCIA EN BAJA
137
| | |
138
(||)
139
3.3) El circuito de la figura es un amplificador multi-etapa de gran ancho de banda. a) Obtenga las tensiones V 1 y V2 en corriente continua. Desprecie la corriente de base de Q1 y Q2 b) Obtenga el punto de polarización de ambos transistores. c) Dibuje el circuito equivalente para frecuencias medias. Calcule la ganancia G v. d) Calcule Zi y Ze e) Calcule la frecuencia de corte inferior utilizando el método de las constantes de tiempo. f) Dibuje el equivalente para frecuencias altas y calcule la frecuencia de corte superior.
140
ANALISIS DC
Subiendo que las corrientes base de cada transistor son despreciables, la corriente que pase por R 1 es igual a la corriente que pasa por las resistencias R 2 y R 3. Como las resistencias son iguales entonces tendremos la misma caída de tensión en cada una. Son 3 resistencias entonces cada una tiene una caída de 5[v]. Vb1=10[V]
y
Vb2=5[V]
1mA)=5[V]
[V]
141
5V)
ANALISIS DE FRECUENCIA MEDIA
| | | | ANALISIS DE FRECUENCIA BAJA
| ANALISIS DE FRECUENCIA EN ALTA
142
| ||
143
3.4) El circuito mostrado es un amplificador en configuración cascada, constituido mediante transistores BJT, considere el valor de
y
.
muy grande y que se conocen
a) Exprese literalmente la ganancia de voltaje desde Vi hasta Vo. b) Encuentre literalmente la respuesta en baja frecuencia del circuito. c) Encuentre literalmente las frecuencias de corte en alta frecuencia, considerando la existencia de y como capacitancias parasitas. d) Si no existe, determine literalmente la respuesta en alta de frecuencia. e) Grafique la ganancia de voltaje respecto de la frecuencia para el literal b) y c).
144
4. AMPLIFICADORES DE POTENCIA 4.1. AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE A 90. En el siguiente circuito, determine R para obtener la máxima excursión de salida.
145
91. Diseñar un amplificador que ceda el máximo de potencia, sin distorsión a una carga de Rι=750Ω. Se ha escogido ICQ= 0.2 A para
ubicar el punto Q.
a) Obtener la línea de carga alterna que satisfaga este requerimiento de potencia. - La línea de carga DC. - Los valores de VCEQ, R1, R2, R 3, R4. - Máxima excursión de salida
₁ ₂
Nota: asuma VR4= 3V y R R = 45Ω
b) Suponga que este máximo requerimiento se lo quiere proporcionar a una carga de 5Ω a través de un transformador. Obtener:
-
El número de vueltas que satisfaga esa línea de carga alterna para máxima potencia. La eficiencia.
-
Los valores R , R , R4, requeridos
-
Nota: asuma VRE= 3V.
-
₁₂
146
92. En el siguiente circuito, determinar:
Datos.- Q3: hfe= 50, hie= 8.66Ω
a) Pin
₁ ₂
b) a= N /N /N =? para un correcto acoplamiento de carga. c) Si , halle Vsmáx para evitar distorsión en Vo. d) MES (máxima excursión de salida sin distorsión)
147
93. Para el circuito de la figura, la potencia entregada a la carga es 0.3W. Determine: a) La eficiencia. b) La potencia que disipa el transistor.
₁₂
Datos.- N /N /N =4/1, hfe= 60
148
Problema No 63. Dado el siguiente circuito clase A. Determine el valor de la resistencia R2 a) b) c) d) e)
149
Problema No 64. Dado el siguiente circuito. Determine la eficiencia máxima si
:0.7V,
y
150
Problema No 65.
Dispositivo
Valor
hfe
100
VEB
0.7[V]
RB1
3.6[kΩ]
RB2
20[kΩ]
RE
4[Ω]
RL
4[Ω]
Transformador Valor Rp
1[ Ω ]
Rs
0.1[Ω]
Np
3000
Ns
750
Determine el punto de operación de Q 2.
a)
b) c)
151
Problema No 66. Transformador Valor Rp
1[ Ω ]
Rs
0.1[Ω]
Np
3000
Ns
750
Dispositivo
Valor
hfe
100
VEB
0.7[V]
RB1
3.6[kΩ]
RB2
20[kΩ]
RE
4[Ω]
RL
4[Ω]
Encontrar los valores de Vcep e ip del circuito (considerar recta de carga)
a)
b) c)
Problema No 67. Transformador Valor Rp
1[ Ω ]
Rs
0.1[Ω]
152
Np
3000
Ns
750
Dispositivo
Valor
hfe
100
VEB
0.7[V]
RB1
3.6[kΩ]
RB2
20[kΩ]
RE
4[Ω]
RL
4[Ω]
Calcul ar las potencia del circuito Pin ,Po
a)
b) c)
153
Problema No 68. En el siguiente circuito amplificador clase A, la corriente ICQ= 4.3 mA, encuentre la potencia PL máxima para estas condiciones.
ELEMENTOS a) b) c) d)
14.46 W 28.93 W 14.42 W 28.84 W
TRANSISTOR Q1 25
β
VBE
0.7 V
TRANSFORMADOR R P
40Ω
N1
74
N2
14
154
Problema No 69. En el siguiente circuito amplificador clase A, la corriente ICQ= 4.3 mA, determine el Vi para obtener la potencia máxima en la salida.
ELEMENTOS a) b) c) d)
24.35 mV, 29.85 mV 24.98 mV 30.96 mV
TRANSISTOR Q1 β
VBE
25 0.7 V
TRANSFORMADOR R P
40Ω
N1
74
N2
14
155
Problema No 70. En el siguiente circuito amplificador clase A, determine la eficiencia de potencia, para estas condiciones.
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1 β
a) b) c) d)
22% 25% 30% 40%
VBE
25 0.7 V
TRANSFORMADOR R P
40Ω
N1
74
N2
14
156
Problema No 71. En el siguiente circuito amplificador clase A, determine la eficiencia de potencia, para estas condiciones.
a) b) c) d)
11% 20% 6.5% 26%
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1 K
0.03
VT
3V
TRANSFORMADOR
R P
3Ω
R S
0.25 Ω
N1
2
N2
1
157
Problema No 72. En el siguiente circuito amplificador clase A, determine la potencia máxima en la salida.
a) b) c) d)
2.3 W 9.3W 1.4W 5.6 W
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1
K
0.03
VT
3V
TRANSFORMADOR
R P
3Ω
R S
0.25 Ω
N1
2
N2
1
158
Problema No 73. En el siguiente circuito amplificador clase A, determine el V1 para obtener una eficiencia de 26%.
a) b) c) d)
2.3 Vp 3 Vp 2.5 Vp 2
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1
K
0.03
VT
3V
TRANSFORMADOR
R P
3Ω
R S
0.25 Ω
N1
2
N2
1
159
Problema No 74. En el siguiente circuito amplificador clase A, Si V1= 1Vp, determine la Potencia en la Carga y la eficiencia del circuito para estas condiciones. ELEMENTOS TRANSISTOR Q1
K
0.03
VT
3V
TRANSFORMADOR
a) b) c) d)
1.04W, 4% 1.44W, 7% 0.36W, 1.6% 0.26W, 1.2%
R P
3Ω
R S
0.25 Ω
N1
2
N2
1
160
Problema No 75. Para el siguiente circuito determine el valor de V1(RMS) para que la eficiencia del circuito sea máxima . *Asuma ganancia total del circuito 3000
a) b) c) d)
14 Vrms 10 Vrms 5 Vrms 7Vrms
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1 β
VBE
150 0.7 V
TRANSFORMADOR
N1
400
N2
100
161
94. Dado el siguiente circuito, encontrar:
a) La máxima potencia que se puede desarrollar en la carga sin saturación o corte
b) La máxima eficiencia del circuito. c) La potencia disipada en el transistor (P QDC)
Datos.- Resistencia del primario= 10Ω, U2=N1/N2= 4/1
162
95. En este amplificador de clase A la corriente ICQ=0.5 A. Calcular:
a) La máxima potencia de salida disponible. b) La eficiencia del sistema. c) La potencia disipada en el transistor.
Datos.- hfe=49, U2=N1/N2=4/1
163
96. Dado el siguiente circuito, encontrar: a) La máxima potencia simétrica en la carga R L= 3Ω. b) La relación que debería tener el transformador para obtener la máxima potencia de salida. c) Icmáx y la potencia disipada en el transistor para PLmáx.
Datos: ß=24, U2=N1/N2= 4/1
164
97.Dado el siguiente circuito, determinar: a) Vo/Vs b) Po/Ps
Datos.- hfe= 100, U2=N1/N2=3/7
165
98. Dado el siguiente circuito y la corriente del colector Ic=130 mA, determinar: a) Los valores R1, R2, R3 b) La recta de carga c) La eficiencia del circuito
Datos.- hfe= 22, U2= N1/N2= 3/1
166
4.2. AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE B 99. Dado el siguiente circuito y una Pomáx=20W, determinar: a) Vcc b) Ic c) Vin d) La potencia disipada en cada transistor.
167
100. dado el siguiente circuito, determinar: a) la eficiencia b) La potencia disipada por cada transistor c) V i(rms) máx d) La eficiencia cuando Vi= V i(rms) máx Nota: para los literales a) y b) asuma Vi= 12Vrms
168
101. En el siguiente circuito, asumiendo condiciones óptimas de operación, determine: a) PL b) Pin (DC) c) Eficiencia(η)
d) Potencia disipada en cada transistor
169
102. En el siguiente circuito, asumiendo Vi=8 Vrms, determine: a) PL b) Pin (DC) c) Eficiencia(η)
d) Potencia disipada en cada transistor
170
103. En el siguiente circuito, asumiendo Vcc= 40V y Vi= 18 Vrms, determine: a) PL b) Pin (DC) c) Eficiencia (η)
d) Potencia disipada en cada transistor
171
105. En el siguiente circuito, determinar: a) Los puntos de operación (V CE , IC) de los transistores b) PLmáx b) Pinmáx c) V imáx d) Potencia máxima que podría disipar uno de los transistores de salida
Datos.- hfe1=hfe2=100 y hfe3=hfe4=50
172
106. En el amplificador, si Q tiene una corriente de colector máxima de 100mA y una potencia de disipación de 600 mW, determinar la potencia máxima en la carga. si
Datos.- hfe3=hfe4=20
173
107. En el circuito mostrado, si V CE= 18 Voltios, determinar: a) La caída de voltaje en R2 b) La corriente a través de Q2 c) La impedancia a la entrada del circuito (después de Vi) d) La ganancia de voltaje (Vo/Vi) e) La máxima potencia disipada en la carga
Datos.- R1=R4= 120Ω, R2= 5.6Ω, R6=R7=0.68Ω y RL= 8Ω, ß= 50
174
Problema No 76. Dado el siguiente circuito clase AB .Determine el valor de V CEQ1 y la corriente de colector ICQ1
a)
b) c)
175
Problema No 77. Dado el siguiente circuito, en condiciones de máxima eficiencia, determine la potencia de entrada Pin y la potencia de salida Po.
a)
b) c)
d)
176
Problema No 78. Dado el siguiente circuito, determine la eficiencia máxima a) b) c) d) e)
177
Problema No 79. Del siguiente circuito Amplificador clase B, encontrar la expresión (ecuación) en el análisis AC para la recta de carga.
Nota: asuma R3=R4 y Vcc1=Vcc2 a)
b) c) d) e)
178
Problema No 80. Del siguiente circuito amplificado clase B, encontrar
valor de ).
a) b) c) d) e)
(Nota: No hace falta
58.90 [W] 54.76 [W] 52.35 [W] 50.68 [W] 56.43 [W]
179
Problema No 81. En el siguiente circuito amplificador clase B, determine la potencia máxima de salida.
a) b) c) d)
30.9 W 39.1 W 34.6 W 36.8 W
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2
K
2
VT
1[ V]
180
Problema No 82. En el siguiente circuito amplificador clase B, determine el Vcc necesario para una eficiencia de 50% si su potencia de salida es 40[W].
a) b) c) d)
40 [V], 25 [V] 15 [V] 20[V]
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2
K
2
VT
1[ V]
181
Problema No 83. En el siguiente circuito amplificador clase B, determine la eficiencia del circuito y la potencia de salida Po para un V 1(pico)= 10V
a) b) c) d)
28.6%, 5.54[W] 31.4%, 6.25[W] 50.3%, 7.55[W] 78.5%, 5.54[W]
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2
K
2
VT
1[ V]
182
Problema No 84. En el siguiente circuito amplificador clase B, determine la potencia máxima de salida para tener la máxima eficiencia.
a) b) c) d)
54.9[W] 70.7[W] 56.3[W] 55.5[W]
183
Problema No 85. En el siguiente circuito amplificador clase B, determine la potencia que entregan las fuentes de alimentación, cuando Vi=10 a) b) c) d)
(V).
23.9 [W] 70.7[W] 23.6[W] 54.9[W]
184
Problema No 86. En el siguiente circuito amplificador clase B, determine el máximo valor que puede tomar Ve(t) cuando a) b) c) d)
(V).
10 Vp -10 Vp -20 Vp -30Vp
185
Problema No 87. En el siguiente circuito amplificador clase B, determine la potencia máxima AC que se desarrolla en R L a) 57.7 [W] b) 58.3[W] c) 61.3 [W] d) 60 [W]
186
Problema No 88. En el siguiente circuito amplificador clase B, determine el máximo valor que puede tomar Ve(t) (voltaje en emisor), para la máxima eficiencia del circuito. a) b) c) d)
34[Vpico] 39[Vpico] 29[Vpico] 30[Vpico]
187
Problema No 89. En el siguiente circuito amplificador clase B, determine el máximo valor que puede tomar Ve(t)(voltaje emisor) para V 1p=5V y – Vcc1 =Vcc2= -40V a) 4.95[V] b) 7.85[V] c) 6.85[V] d) 12.95[V]
188
5. AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Problema No 109. En el siguiente circuito amplificador diferencial, el valor de R que permite una razón de rechazo en modo común de 40dB es:
a) b) c) d)
7.4 KΩ 5.5 KΩ 3.4 KΩ 6.5 KΩ
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2 β
VBE
60 0.7 V
189
Problema No 110. En el siguiente circuito Amplificador Diferencial, Determine la Ganancia Diferencial
a) b) c) d)
-267 267 -182 182
ELEMENTOS VCC
10[V]
RC1
10 KΩ
RC2
17.2 KΩ
RD
18.6 KΩ
RE
10 KΩ
VD
0.7[V]
VBE
0.7[V]
hie
5KΩ
hfe
200
190
Problema No 111. En el siguiente circuito Amplificador Diferencial, Determine la Ganancia Diferencial.
a) b) c) d)
442 332 632 580
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2 β
VBE
100 0.7 V
TRANSISTOR Q3 K
0.39
VT
3[V]
rDS
100K
191
Problema No 112. En el siguiente circuito Amplificador Diferencial, Determine la Ganancia en Modo Común.
a) b) c) d)
465 0 100 332
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2 β
VBE
100 0.7 V
TRANSISTOR Q3 K
0.39
VT
3[V]
rDS
100K
192
Problema No 113. En el siguiente circuito amplificador diferencial, determine la corriente I en DC
a) b) c) d)
6.5 3.2 1.4 2.2
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2 β
VBE
100 0.7 V
TRANSISTOR Q3 K
0.39
VT
3[V]
rDS
100K
193
Problema No 114. En el siguiente circuito amplificador diferencial, determine la ganancia diferencial.
a) b) c) d)
331.7 0 1 444.2
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2 β
VBE
100 0.7 V
TRANSISTOR Q3 β
100
VBE
0.7 V
hoe
10-7 mΩ
194
Problema No 115. En el siguiente circuito Amplificador Diferencial, Determine la Ganancia en Modo Común.
a) b) c) d)
331.7 0 1 444.2
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2 β
VBE
100 0.7 V
TRANSISTOR Q3 β
100
VBE
0.7 V
hoe
10-7 mΩ
195
Problema No 116. En el siguiente circuito amplificador diferencial, determine la ganancia diferencial.
a) b) c) d)
150 0 1 300
ELEMENTOS TRANSISTOR Q1,Q2 β
80
VBE
0.7 V
TRANSISTOR Q3 β
80
VBE
0.7 V
hoe
5uΩ
196
Problema No 117. En el siguiente circuito amplificado diferencial, encontrar los valores de todas las resistencias.
a.
b.
c.
d.
197
Problema No 118. Hallar la corriente de cola (la que pasa a través de la resistencia R2)
Dispositivo
a) b) c) d) e)
Valor
Rc1
21k
Rc2
21k
VEB
0.7[V]
0.28 [mA] 0.63 [mA] 0.7[A] 0.56 [mA] 1 [mA]
198
Problema No 1119. Calcule la ganancia A VD y A VMC del sistema
a)
b) c)
Dispositivo
Valor
Rc1
21k
Rc2
21k
VEB
0.7[V]
199
Problema No 120. Calcule la relación de rechazo en modo común CMRR:
a) b) c) d)
-52.7 [db] 60[db] 0.7[db] 52.68 [db]
Dispositivo
Valor
Rc1
21k
Rc2
21k
VEB
0.7[V]
e) 1 [db]
200
Problema No 121. Calcule el punto
a)
b) c)
de
operación
de
Dispositivo
Q3:
Valor
Q1,Q2,Q3 β
80
VEB
0.7[V]
Q3 1/hoe
100k
201
Problema No 122. Calcule la ganancia A VD y A VMC del sistema
a)
b) c)
Dispositivo
Valor
Q1,Q2,Q3 β
80
VEB
0.7[V]
Q3 1/hoe
100k
202
Problema No 123. Para el circuito calcule el valor del CMMR
a. -52.7 b. 21
]
Dispositivo
Valor
Q1,Q2,Q3
c. 6.59
β
80
d. 130.5 e.
VEB
0.7[V]
Q3 1/hoe
100k
7.2) En el siguiente circuito mostrado, determine: 203
a) los puntos de operación de Q1, Q2, Q3 b) Ganancia diferencial Ad c) Ganancia en modo común Ac d) CMRR en dB
Datos.,
,
,
204
205
|
206
En el siguiente circuito mostrado, encuentre: a) Ganancia diferencial Ad b) Ganancia modo comun Ac c) CMRR Datos: Q1,Q2,Q3,Q4: β=200, Vbe=0.7 J1: Idss=12mA, Vp=-4, rds=100kΩ
207
En el siguiente circuito, determinar: a) hie (Q3) y gm (Q1 y Q2) b) Ganancia diferencial Ad c) Ganancia modo común Ac d) CMRR (dB) 208
Datos: Vz=5.6[V]; Vd=0.7[V]; Rd=0[Ω] Q1,Q2: K=42 [mA/V2 ]; VT=-1.4[V]
209
; ; ; ( ) ; ;
210
;
211
71.29
212
Dado el siguiente circuito amplificador diferencial: a) Calcular el CMRR b) Graficar Vo(t) Datos: hfe=100, hoe=10-7 ohm, Vbe=0.7
213
| 214
215
;
216
| ; | |
217
6. AMPLIFICADOR OPERACIONAL 6.1. OPAMP REAL 6.1 Demostrar que:
218
6.2. Calcular: a) Vo/Vs. b) Si se quitan los resistores de 1k y 3k dejando R=∞ en lugar de 1k y 3k, calcular Vo.
219
6.3. Para el amplificador mostrado, asumiendo una resistencia de entrada infinita, una resistencia de salida cero, y una ganancia diferencial finita:
:
a) Obtener una expresión para la ganancia ΔVf= Vo / Vs b) Demostrar que cuando ΔV ∞ (en el límite), ΔVf = n+1. →
220
1) Obtenga la curva de transferencia Vo vs. Vs
221
Problema No 124. Dado el siguiente circuito, determine:
a) Vx, Vy e en términos de Vi b) El intervalo de Vi para el cual son válidas las expresiones anteriores
Datos.- β=200, |VBE|= 0.7[V]; OPAMs ideales Suponemos que Q1 esta operando en Zona Lineal. Dado que el OPAM opera con +15V y -15V tomamos el valor de +15V, este valor se vera reflejado en la salida del amplificador ya que tomando este valor tendremos una caída de voltaje positiva en nuestro transistor y por consiguiente una Ib mayor a cero. Vo = Voltaje de salida en el transistor
222
Vo = 15V Si Vo=15 Vi – Vo + 0.7 > 0 Vi > 14.3
Opam 1: Comparador
() 0≤Vi≤7.6 V
223
Opam 2: Asumiéndolo en Zona Lineal
224
Problema No 125.
Obtener Vx y Vz en función de Vi. Asuma que Vi=Sen (2 60t). Datos.- R1=R3=R4=R5=R6=R8=R9; R2=2R1; R7=2R1
a) b) c) d)
, , , ,
225
OPAMP 1: ZONA LINEAL
=
5=
= - (ix + iy)
-
Vi = -(Vo1-
)
Vi = -Vo1
-
Vo1 = 2Vx -
Vi = - (2Vx -
Vx = -0.5Vi + 0.5 Vx= 2.5 - 0.5Vi
OPAMP 2: ZONA LINEAL
= Vo1=
Vs= 3
Vo - 3
Vo = 7
= 3
7 Vo1
Vo= - 7Vi
226
Problema No 126. Diseñe un OPAMP que cumpla con: R12=2 R11, Gráfico es la respuesta.
227
Problema No 127. Obtener Vo en función de Vi.
Vo
Datos.- R2=R4=R7=10R1; R6=R5=2R1; R3=R8
b) Vo= Vi c) Vo= Vi d) Vo= Vi a) Vo= Vi
228
229
Problema No 128. En el siguiente circuito con amplificadores operacionales, determine la expresión de V1(t).
∫ ∫ ∫ - - ∫ ∫ ∫ a)
b) c)
d)
Circuito Integrador =
=
;
V1(t) = -
V1 = ;
V1(t) = -
V1(t) = -
230
Problema No 129. En el siguiente circuito con amplificadores operacionales, determine la expresión de V2(t).
a) b) c) d)
= =
V1 =-
Expresión del ejercicio 5
-
+ SC2 V1
V2 = V2 =
Vi
Vi
Vi2
; V1 =
Vi2
V2 = -1.5 Vi – 0.5 Vi2
Problema No 130.
231
En el siguiente circuito con amplificadores operacionales, determine el mínimo valor que toma Vo(t), dado las Vi1 y Vi2.
a) b) c) d)
-15[V] -6[V] -10[V] -9[V]
; Valor mínimo: observando las gráficas dadas (valores picos) tomamos el valor de Vi2 (por ser negativo) y el máximo de Vi1 (por ser positivo) 232
Vo = (2.5)(6) + 0.5 (-12) = 15-6 Vo =9V
233
Problema No 131. En el siguiente circuito, determine la expresión que relaciona a Vi con I.
b) c) d) - a)
234
Problema No132. En el siguiente circuito, determine la salida Vo en términos de Vi.
a) b) c) d)
235
Al tener realimentación negativa, se asume que el circuito opera en la zona activa:
+ = =
= 0.5 Vo
-
=Vo( )
-
=
=
236
Problema No 133. En el siguiente circuito, considere V1=8 Sen (wt) [V], Vcc=15V. Determine Va, Vb, Vc. R2
R4
Va
Vb 10k
20k R3
30k
Vc
-Vcc lm741 R1
4 2
V-
-
50k
V1
5 6
3
+ U1
1 7
V+
+Vcc
Va= 0[Vp], b) Va= 8[Vp], c) Va= 0[Vp], d) Va= 0[Vp], a)
Vb= 8/5[Vp], Vc= -88/15 [Vp] Vb= -8/5[Vp], Vc= -88/15 [Vp] Vb= -8/5[Vp], Vc= -88/15 [Vp] Vb= 8/5[Vp], Vc= 88/15 [Vp]
237
Va =0
238
Problema No 134. En el siguiente circuito, determine el mínimo valor que toma Va(t). Considere Vcc=15V C1
20uF +6v -Vcc
R3
D1
Diodo ideal 40k
lm741 R1
-Vcc 2
Vs
4 -
50k
R4
V6
3
Vo
5
Va 20k
1
+
lm741 4 2 V-
6
U2 7
3 V+ +Vcc R2
5
1
+ U3 7
50k
V+ +Vcc
Vs(V)
4
t(s) 1
a) b) c) d)
3
-15[V] -4[V] -0[V] -8[V]
Va = -8 V
Problema No 135.
239
En el siguiente circuito con amplificadores operacionales, determine el mínimo valor que toma Vo(t). Considere Vcc=15V
C1
20uF +6v -Vcc
R3
D1
Diodo ideal 40k
lm741 R1
-Vcc 2
Vs
4 -
50k
R4
V6
3
Vo
5
Va 20k
1
+
lm741 4 2 V-
6
U2 7 R2
50k
5
3 V+ +Vcc
1
+ U3 7 V+ +Vcc
Vs(V)
a) b) c) d)
4[V] 2[V] 0[V] -2[V]
4
t(s) 1
3
240
Problema No 137. Dadas las gráficas de Va, Vb y Vc, grafique Vo1 y Vo2. +15v R1 2
Etapa 2 -
200k
C1 +15v
VA
Vo1
R11 3
+12v
10uF -
R2
+
11k
Etapa 1
R7
R10
1k -15v
VB
Vx
100k
5k
+ R6 -15v C2
10k
20uF +15v +15v
Etapa 4
-
R3
Etapa 3
VC
-
Vy
R4 +12v
Vo2
R8
50k
+
+ 5k R9
10k
10k
-15v
R5 2k -15v
241
