Amp Pequeña Señal










AMPLIFICADORES DE RF DE PEQUEÑA SEÑAL

DISEÑO USANDO PARÁMETROS Y y S
POLARIZACIÓN
REDES TÍPICAS DE ADAPTACIÓN EN LA ENTRADA Y SALIDA





















ING. RAFAEL SOTELO

Introducción


El presente trabajo aborda la problemática del diseño de amplificadores de radiofrecuencia de pequeña señal, dando un proceso sistemático para llevarloadelante.

Está basado en la siguiente bibliografía, tanto desde el punto de vista teórico como de los ejemplos e imágenes que se incluyen:

RF CIRCUIT DESIGN – Chris Bowick – Howard W. Sams & Co., Inc. – 1982 – ISBN 0-672-21868-2

MICROWAVE TRANSISTOR AMPLIFIERS, Analysis and Design – Guillermo González – Prentice-Hall, Inc. – 1984 – ISBN 0-13-581646-7

AN215A – RF Small Signal Design UsingTwo-Port Parameters – Motorola Semiconductors

AN-267 – Matching Network Design With Computer Solutions – Motorola Semiconductors



POLARIZACIÓN

Comenzamos nuestro trabajo sobre amplificadores de radiofrecuencia estudiando su comportamiento en corriente continua. El lector podrá preguntarse por qué lo hacemos justamente por el extremo opuesto a las frecuencias de interés.
La respuesta esque la polarización de continua tiene un efecto importante sobre el comportamiento en RF. Esto se debe a que los parámetros relevantes en RF de un transistor son muy dependientes de su polarización de continua, en particular de su corriente de colector.
Debemos conseguir una polarización estable frente a cambios de temperatura.

Hay dos características importantes que tienen un efecto profundosobre el punto de funcionamiento de continua del transistor: ΔVBE y Δβ
Pretendemos minimizar los efectos de estos parámetros.
El voltaje base emisor baja cuando la temperatura sube 2,5 mV/ºC. Recordamos que un transistor de silicio tiene VBE=0,7V a 25ºC.
Veamos el proceso: si VBE baja, se permite fluir más corriente de base, lo que produce más corriente de colector. Buscaremos métodos paraevitar este comportamiento porque tal como dijimos deseamos mantener estable la corriente de colector para mantener estables los parámetros del transistor aunque cambie la temperatura.

En primer lugar, veamos el efecto del voltaje de emisor, VE. (Ver Fig. 1). El descenso en VBE con la temperatura causaría un aumento en la corriente de emisor, y así un aumento en VE. Este aumento en VE constituyeuna realimentación negativa que tiende a polarizar en reversa la unión base emisor, logrando un descenso en la corriente de colector.
Téngase en cuenta que tampoco es deseable un VE demasiado alto ya que puede causar pérdida de potencia y una señal de AC menor.
Puede agregarse un capacitor en paralelo con RE para anular su comportamiento en RF y mejorando la ganancia de AC.
Como norma general Vese puede elegir entre 2 y 4 V.

El segundo factor es la ganancia de corriente en continua del transistor, .
Se debe tener una polarización estable frente a los cambios de . Éstos pueden provenir de:
- cambios en temperatura. Puede variar alrededor de 0,5% por ºC.
- dispersión en fabricación. Variación entre unidad y unidad producida del mismo modelo.

El cambio en la corriente de colectorrespecto de  es:

Ecuación 1

Donde,
IC1= la corriente de colector en β = β1,
β1= el valor menor de β
β2= el valor mayor de β
Δβ= β2 - β1
RB = el paralelo entre R1 y R2 (en Fig. 1)
RE= la resistencia del emisor.

Vemos que para disminuir la influencia de  debemos mantener pequeño RB/ RE. Debemos notar que de esta forma se disminuye además la ganancia de corriente del amplificador. Agrandes rasgos, esa relación debe ser menor de 10.

Veamos algunos ejemplos de polarizaciones en transistores:

Ejemplo

Figura 1. Red de polarización 1

1. Escoger el punto de operación para el transistor.

IC = 10 mA, VC = 10V, VCC = 20 V, β = 50

2. Asumir un valor para VE que considere estabilidad de polarización.

VE = 2,5 volts.

3. Asumir IE ≈ IC para transistores de...