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jlr marrero, laboratorio de electrónica de comunicaciones, junio 2015
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L AB #1: A MPLIFICADORES DE PEQUEÑA SEÑAL : REPASO
En estos ejercicios prácticos usaremos el transistor bipolar 2N3904 en el estudio de algunos circuitos básicos
de amplificación. (El transistor 2N2222 es también válido para estos ejercicios.) Estos ejercicios han sido adaptados de algunos ejercicios del libro de T.C. Hayes, P. Horowitz, “Student Manual for the Art of Electronics",
Cambridge University Press, 1989. Este excelente libro es muy recomendable porque contiene muchos detalles
teórico-prácticos.
Amplificadores de pequeña señal: Emisor común
+15 V
56 k
33 pF
7.5 k
v0
1k
vS
+
−
1 µF
+
5.6 k
680
+
68 µF
Figura 1: Emisor común.
La Figura 1 muestra un circuito emisor común. La capacidad de 68 µF en el emisor del transistor bipolar
desacopla la resistencia de emisor. Este condensador permite aumentar la ganancia del circuito.
1. Monte el circuito emisor común de la figura (sin el condensador de 33 pF). Mida su punto de trabajo y su
ganancia. Compruebe estos resultados con los valores calculados.
2. Mida la frecuencia de corte inferior. La etapa que suministra señal a este circuito es modelada por una fuente
de señal vS y una resistencia de 1 kΩ.
El condensador de desacoplo de emisor presenta dos desventajas: menor margen dinámico y baja resistencia
de entrada.
Se denomina margen dinámico de entrada al margen de valores de la amplitud de la señal de entrada sin
distorsión a la salida. Hay dos tipos de distorsión que podemos observar en estos circuitos: distorsión blanda y
distorsión dura. Ambas son debidas a características no lineales de los transistores. La primera aparece cuando el
nivel de señal usado hace que el modelo lineal del transistor en modo activo no sea válido. La distorsión dura es
debida a que el transistor cambia de modo de funcionamiento, bien porque entra en corte o en saturación.
La distorsión dura es muy fácil de ver: las señales se recortan de forma ostensible. En cambio, no es fácil
detectar la distorsión blanda observando las formas de onda en el osciloscopio si usamos señales senoidales porque
los cambios en esta forma de onda son muy suaves. Por este motivo se usará una señal triangular en uno de los
puntos siguientes.
1. Aplique una señal triangular de 10 kHz y de muy pequeña amplitud. Aumente la amplitud hasta que casi se
produzca un recorte en la onda de salida. ¿Es la señal de salida una réplica de la señal de entrada? ¿Por qué?
2. Una forma sencilla de determinar el nivel de señal de entrada a partir del cual hay distorsión blanda es la
siguiente. Mida el punto de trabajo del transistor (la tensión de colector, por ejemplo) sin señal de entrada.
El nivel medio de esta tensión no cambia si aplicamos una señal senoidal de muy pequeña amplitud. Sin
embargo, para valores mayores de la señal de entrada el nivel medio de la tensión de colector cambia. Esto
es debido a la distorsión. ¿Qué margen dinámico tiene el amplificador?
3. Mida la ganancia sin distorsión y su resistencia de entrada.
jlr marrero, laboratorio de electrónica de comunicaciones, junio 2015
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4. ¿Qué ocurre si quitamos el condensador de 68 µF? Observe el aumento del margen dinámico del amplificador. ¿Por qué aumenta? ¿Qué ganancia tiene ahora el circuito? Mida la nueva resistencia de entrada.
Respuesta en frecuencia: Emisor común y circuito cascodo
La capacidad de la unión colector-base de un transistor bipolar limita seriamente el ancho de banda de algunas
etapas amplificadoras. Esto ocurre cuando la ganancia entre base y colector es muy grande y se conoce como efecto
Miller. El efecto Miller reduce considerablemente el ancho de banda de las etapas en emisor común.
Este ejercicio consta de dos partes. En una primera parte estudiamos la reducción del ancho de banda de un
circuito emisor común por efecto Miller. En la segunda parte estudiamos una modificación del circuito emisor
común para cancelar este efecto. El circuito resultante es conocido como circuito cascodo.
Efecto Miller en circuito emisor común
Vamos a estudiar la respuesta en alta frecuencia del circuito emisor común de la Figura 1. Mida la frecuencia
de corte superior. ¿Qué le ocurre a esta frecuencia si colocamos el condensador de 33 pF entre colector y base
del transistor? ¿Por qué ocurre esto? Calcule de forma aproximada esta frecuencia y compruebe que coincide con
la frecuencia medida. (Nota: La capacidad de la unión colector-base de este transistor es Cµ ≈ 2 pF. En estos
cálculos se puede ignorar, ¿por qué?)
Circuito cascodo
El circuito de la Figura 2 pretende eliminar el efecto Miller que redujo considerablemente el ancho de banda
del circuito anterior. El nuevo circuito es una modificación del circuito emisor común anterior, al que se le ha
añadido el transistor Q2 y su correspondiente red de polarización.
1. Monte el circuito cascodo. Mida su punto de trabajo y su ganancia. Compruebe estos resultados con los
valores calculados.
2. Mida la frecuencia de corte superior.
3. Conecte capacidades de 33 pF entre el colector y la base de ambos transistores y mida nuevamente su
frecuencia de corte superior.
4. Observe (usando el osciloscopio) las tensiones en la base y colector del transistor Q1 y en la base del
transistor Q2 . ¿Puede explicar la respuesta en frecuencia de este circuito en base a estas observaciones?
Agudo el cascodo!
+15 V
7.5 k
33 k
Q2
56 k
6.8 k
1k
vS
v0
+
1 µF
1 µF
+
Q1
+
−
5.6 k
Figura 2: Circuito cascodo.
680
+
68 µF