Proyecto Electronica

“Proyecto Electrónica”

Universidad de Concepción
Fabricio Carra
Francesco Crovo

Electrónica 543208, Julio 2011

Introducción:
El proyecto se divide en dos partes, la primera consiste en diseñar un amplificador de corriente utilizando JFET conectados en cascada sin acoplamiento capacitivo que logre una ganancia igual a 100 y una resistencia de entrada mayor a 5 [kΩ], obtener todos losparámetros más importantes tales como: punto de operación, máxima excursión de señal, potencia disipada en cada elemento, impedancias de entrada y salida, ganancia de voltaje y respuesta frecuencial. La segunda parte consiste en diseñar un circuito lógico AND con tecnología BJT de dos entradas, evaluar su lógica y tiempos de retardo, Rise time y Fall time.
Diseño del amplificador de corriente
Alanalizar el problema se observa que, independientemente de la configuración elegida, se deben cumplir 5 ecuaciones: 4 de malla y una de ganancia. Por esto se concluye que la mejor configuración para diseñar el amplificador es acoplamiento por S común y señal de salida por S común. De esta manera tenemos 5 incógnitas: Rs1, Rd1, Rs2, Rd2 y Vg. Si no se usara esta configuración, se perderían lasincógnitas Rd1 o Rd2, quedando un sistema sobre condicionado, que es mucho más difícil de manejar.
Polarización: Debido a que se desea obtener máxima excursión de señal podemos imponer las siguientes corrientes:
ID1=IDss12 e ID2=IDss22.

Debido a que la ecuación que modela el comportamiento de un JFET corresponde a:
ID=IDss1-VgsVp2
El valor resultante de Vgs es:
Vgs=Vp1-12≈0.3Vp
La fuentede alimentación recomendada de 12 Vdc era demasiado baja para el transistor elegido, por lo tanto se decidió usar 20 Vdc, el que es suficiente para poder usar el criterio de polarización:
Vds=Vdd2=10[V]
Para el amplificador se decidió utilizar dos transistores JFET 2N3819 Canal N, por ser de uso general. Además alcanzan altas amplificaciones y frecuencias de corte. Sus parámetros típicos másrelevantes son los siguientes:
Parámetro | Valor | Parámetro | Valor |
IDss | 10 [mA] | Ciss | 2.2 [pF] |
Vp | -3 [V] | Crss | 0.7 [pF] |
IG | -20 [pA] | rDS | 150 [Ω] |

Fig. [ 1 ]: Circuito de polarización general.
Aplicando LVK en cada una de las mallas más importantes resulta el siguiente sistema de ecuaciones:
(1)Vgs1-Vg+Rs1ID1=0 | (3)Vds1-Vgs2-Rs2ID2+Rs1ID1=0 |(2)VDD-Vds1-(Rs1+Rd1)ID1=0 | (4)VDD-Vds2-(Rs2+Rd2)ID2=0 |

La ecuación de ganancia se encuentra usando el modelo de pequeña señal del circuito anterior.

Fig. [ 2 ]: Modelo de pequeña señal de circuito de polarización.
5 Ai=ILIin=RgRLgm1gm2Rd1RL||Rd21+gm1Rs11+gm2Rd2
En donde gm1 y gm2 corresponden a la pendiente de la curva ID en el punto de operación.
gm1=dID1dVgs1=2IDss11-Vgs1Vp1-Vp1=4.714 [mS]gm2=dID2dVgs2=2IDss21-Vgs2Vp2-Vp2=4.714 [mS]
Sin embargo, a pesar de variar los parámetros de todas las maneras posibles, los valores de Rs1 y Vg siempre resultan ser negativos, por lo que se decidió separar Rs1 en Rs1ac y Rs1dc agregando un condensador, y a su vez elegir Vg=0, es decir, eliminar la resistencia R2. De esta manera siguen habiendo 5 incógnitas.

Fig. [ 3 ]: Circuito depolarización.
Con estos valores se logra la siguiente polarización:
1 Vgs1+Rs1dcID1=0
2 VDD-Vds1-(Rs1dc+Rd1)ID1=0
3 Vds1-Vgs2-Rs2ID2+Rs1dcID1=0
4 VDD-Vds2-(Rs2+Rd2)ID2=0
Ahora, al variar los parámetros, se concluye que los más modificables e influyentes son Vds1 y Vds2. Estos serían idealmente 10, pero se llega a la conclusión de que es necesario bajar el valor del primero y/o el segundo para que todaslas resistencias sean positivas. Finalmente se eligió que Vds1=Vds2=8 [V].
Por lo tanto el sistema de ecuaciones tiene como solución:
1.1 Rs1dc=-Vgs1ID1

2.1 Rd1=VDD+Vgs1-Vds1ID1
3.1Rs2=Vds1+Rs1ID1-Vgs2ID2

4.1 Rd2=VDD+Vgs2-Vds2+Vds1+Rs1ID1ID2
Obtenidos estos valores procedemos a hacer el análisis AC en alta y baja frecuencia para determinar el diseño de la dinámica del circuito y...