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rµ
rb resistencia del bloque de base
rµ efecto de realimentación interna (normalmente despreciable)
rb
cp Capacidad incremental de difusión
(La unión base-emisor polarizada directamente)
cµ Capacidad incremental de deplexión .
(La unión base-colector polarizada inversamente)
Modelo de alta frecuencia del transistor bipolar
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La linealización de dispositivos no lineales de tres terminales, es un proceso de aproximación del modelo no lineal ,
a un modelo lineal, truncando los correspondientes desarrollos en serie de Taylor a partir de los términos de 2º Orden
Aunque el proceso es válido para cualquier dispositivo de tres terminales, vamos a particularizarlo para el transistor bipolar
Donde:
Introducción a la Teoría de Cuadripolos y Triterminales Lineales
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Llamando:
Donde los hje son los denominados:
Parámetros incrementales híbridos h referidos a emisor común
Introducción a la Teoría de Cuadripolos y Triterminales (Cont)
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De estas ecuaciones lineales, podemos
deducir el circuito incremental equivalente:
Introducción a la Teoría de Cuadripolos y Triterminales (Cont)
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Parámetros incrementales Híbridos h
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Límite inferior:La señal mínima que se podrá aplicar ,
depende del ruido eléctrico inherente al circuito
Límite superior:La señal máxima aplicada, depende de
la máxima distorsión admisible
En teoría, se demuestra que :
(véase bibliografía)
Donde vT es la tensión térmica
¡ a 27ºC, vbe debe ser menor o igual que 5 mv.!
Condiciones que debe de cumplir la señal aplicada para poder emplear el circuito incremental equivalente del B.J.T:
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CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEÑA SEÑAL
Una vez polarizado el transistor en un P.O. en la R.A.N., el siguiente paso es superponer una señal variable,aplicándola en un punto del circuito, y extraer la respuesta en algún otro punto, sin que el acoplamiento de la fuente se señal modifique el punto de operación del transistor cuando la fuente de señal es nula.
También, en el acoplamiento de la señal de salida de una etapa , a la entrada de otra etapa, no se puede alterar el P.O. de los transistores, si la señal variable de entrada es nula.
El acoplamiento de las señales, y el de etapas, puede realizarse de dos formas: Circuitos de acoplamiento directo, y circuitos de acoplamiento a través de capacidades
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CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEÑA SEÑALCIRCUITOS DE ACOPLAMIENTO DIRECTO
En la mayoría de los integrados, el acoplamiento de las señales, y entre etapas es directo.
Los circuitos de polarización deben diseñarse adecuadamente para que dicho acoplamiento no altere sensiblemente el P.O. de los transistores en ausencia de señal, (vs=0) (cortocircuito).
Además, en ausencia de señal, interesa normalmente que la tensión de salida sea también nula. Si el acoplamiento es directo, la única posibilidad es emplear alimentaciones dobles y/o fuentes de corriente constantes.
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CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEÑA SEÑALCIRCUITOS DE ACOPLAMIENTO DIRECTO (CONT)
En la figura a) vemos como al cerrar en interruptor, aún cuando la señal sea nula, el punto de operación del transistor se altera.
En la figura b), una alternativa poco práctica, superponer a la fuente de señal un nivel de continua igual a VBQ
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CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEÑA SEÑALCIRCUITOS DE ACOPLAMIENTO DIRECTO (CONT)
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS CIRCUITOS CON ACOPLAMIENTO DIRECTO:
VENTAJAS: Pueden procesar señales que varíen muy lentamente, amplificando tanto niveles de continua como de alterna.
Hay muchas magnitudes físicas en el entorno industrial, cuyas variaciones son muy lentas, como por ejemplo, temperatura, presión , deformaciones, humedad relativa, velocidad del viento, luminosidad ambiental,
INCONVENIENTES: Cualquier desviación del P.O. De alguno de los transistores del circuito, afecta a la salida en mayor o menor grado, provocando tensiones de desplazamiento a la salida en ausencia de señal.
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CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEÑA SEÑAL CIRCUITOS CON ACOPLAMIENTO CAPACITIVO
C1 es un condensador de acoplo de la señal de entrada a la base del transistor
C2 es un condensador de desacoplo de la componente alterna, para conseguir mas ganancia
C3 es un condensador de acoplo de la señal variable de salida a la carga
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CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEÑA SEÑAL CIRCUITOS CON ACOPLAMIENTO CAPACITIVO (CONT)
Al ser las capacidades circuitos abiertos para la componente continua, los puntos de operación no se ven afectados.
Normalmente las capacidades se diseñan para que a las frecuencias de trabajo se puedan considerar cortocircuitos
El procedimiento de análisis y diseño de las mismas es sencillo, aplicado análisis frecuencial en módulo y argumento
El mayor inconveniente del empleo de capacidades es que la frecuencia inferior de corte viene limitada por éstas, no pudiéndose emplear si se desea procesar señales de muy baja frecuencia o que varíen muy lentamente
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PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES EN PEQUEÑA SEÑAL
ANÁLISIS DEL CIRCUITO DE POLARIZACIÓN:
1º) Anular “las fuentes de señal”; dejar las fuentes de polarización de continua, ya sea de tensión o de corriente
2º) Sustituir los condensadores por circuitos abiertos, y las autoinducciones por cortocircuitos (salvo su resistencia interna).
3º) Utilizar el modelo de gran señal del transistor
4º) Hallar el P.O. De cada transistor, utilizando las ecuaciones de polarización, y el modelo del transistor de gran señal en la R.A.N..
En muchos casos el proceso se simplificará mucho utilizando la hipótesis de ß infinito.
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PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES EN PEQUEÑA SEÑAL
MODELO DE PEQUEÑA SEÑAL:
5º) De los datos del punto de operación de cada transistor, así como de las características suministradas por los fabricantes, calcular los parámetros incrementales de los transistores.
ANÁLISIS EN PEQUEÑA SEÑAL (SEÑAL INCREMENTAL)
6º) Anular las fuentes de polarización (fuentes ideales de tensión constantes cortocircuitos, fuentes ideales de corriente constante circuito abierto). En el caso de no ser ideales habrá que considerar su correspondientes resistencias equivalentes en alterna.
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