, ELECTRONICA , ANALOGICA Fernando Ramírez Rojas Á!l\casa abiertaaltiempo Universidad Autónoma Metropolitana Azca potza leo I I I \ ELECTRONICA ANALOGICA \ COLECCIÓN LIBRO DETEXTO 1993 Fernando Ramírez Rojas El.lECTRONICA ANALOGICA ~ UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA Casa ab,ellaalliempo UNIDAD AZCAPOTZALCO UNIVERSIDADAUrONOMA METROPOLITANA RectorGeneral Or. Gustavo A. ChapelaCastañares SecretarioGeneral Dr. EnriqueFemándezFassnacht UNIDADAZCAPOTZALCO Rector Lic.EdmundoJacoboMolina Secretario Mtro. AdriándeGaraySánchez CoordinadordeExtensiónUniversitaria JoséLever JefadelaSecciónEditorial Mtra.SilviaPappe Diseñodeportada LuisaMartínez Cuidadodelaedición Ma.EmiliaGonzález ISBN970-620-301-X © 1993UniversidadAutónomaMetropolitana UnidadAzcapotzalco Av. SanPabloNo. 180 Azcapolzalco,MéxicoD.F.,02200 la. edición, 1993 2•.edición,2005 ImpresoenMéxico PrintedinMéxico CREDITOS M. en C. Jerry ReiderBurstin lng. Vicente Yuri Plata Garnica lng. M. A. Martín GonzálezZúñiga lng. Carlos Raúl Espinosa Olivera lng. Hugo Julio Solano Cóndor lng. Nora Amaya Segura En forma especial, agradezco el trabajo realizado por la Ing. Sara Cruz Kato, ellng. Alejandro Altamirano Plascencia y Fernando Acosta Crespo, quienes estuvieron a cargo de la redacción, los diagramas y la revisión de estilo respectivamente. Fernando Ramírez Rojas México, D.F. a 22 de marzo de 1993. INDICE Prólogo II 1. CONVENCIONES Y MODELO DELTRANSISTOR 1.1 Factores de relación para inecuaciones 15 1.2 Convenciones (nomenclatura) 16 1.3 Modelo del transistor bipolarde unión aseñal grande 17 1.4 Región de activa directa 18 1.5 Efectos capacitivos de la unión PN 20 1.5.1 Comportamientode la región de deplesión de una unión PN en polarización directay polarización inversa 20 1.5.2 Efectos capacitivos en el transistoren la región de activa directa 21 1.6 Voltaje de rompimiento del transistor 22 1.7 Dypendenciade la gananciaen coniente del transistordebido a las condiciones de operación (nivel de corriente de colectory temperatura) 24 1.8 Parámetros de referencia para el transistor 24 1.9 .Modelo de peqneña señal para el transistor bipolarde unión 24 1.9.1 Definición de pequeña señal 24 1.9.2 Obtencióndel modelo híbrido1ten emisorcomún 26 1.9.3 Efectos de la frecuencia en el modclo de pequeña señal 29 1.9.4 Elementos parásitos en el modelo de pequeña señal 30 1.9.5 Modelo completode pequeña señal para el transistor bipolarde unión 31 1.9.6 Modelo híbrido1t simplificado parael transistorbipolarde unión 31 11. EL METODO DE PARALELOS APARENTES 11.1 Introducción 35 11.2 Justificación del método 35 11.3 Restricciones 35 11.4 Análisis tradicional de circuitos 37 11.5 Método de Paralelos Aparentes 42 11.6 Análisis de circuitos conel Método de Paralelos Aparentes 45 111. PAR DARLINGTON IlI.1 Introducción 55 111.2 Transistorequivalente del Par Darlington 55 111.3 Polarización del Par Darlington 59 111.4 Análisis en pequeña señal del Par Darlington CC -CE 59 111.5 Análisis comparativoentre un emisorcomún y el Par Darlington CC - CE 71 IV. PAR CASCODO (CE - CB) IV.I Introducción 77 IV.2 Configuración del circuito ParCascodo 80 7 IV.3 Análisis en CD (polarización) 81 IV.4 Análisis en pequeña señal 84 IV.S Análisis comparativoentre un emisorcomún y el ParCascodoCE-CB 88 IV.6 Circuitoscon cargas activas 90 V. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONSTANTE V.l Introducción 95 V.2 Espejo de Corriente 97 = V.2.1 Análisis en CD [/" F(l.)) 98 V.2.2 Análisis en CA [Cálculode r a pequeña señal] 100 , m V.3 Características de la Fuentede Corriente 100 V.4 Espejo de Corriente Mejorado 103 = VA.I Análisis en CD [/" F(l.)] 103 V.4.2 Análisis en CA [Cálculode r,,,, a pequeña señal] 104 V.S Espejo de CorrienteCascodo 106 V.S.I Análisis en CD[I"= F(l.)] 107 V.S.2 Análisis en CA [Cálculode r,", apequeñaseñal] 107 V.6 FuentedeCorriente Widlar 109 = V.6.1 Análisis en CD [/" F(l.)] 109 V.6.2 Análisis en CA [Cálculode r"" apequeña señal] 110 V.7 Fuentede Corrientecomocargaactiva 1ll V.7.1 Análisis enCD 111 = V.7.2 Análisis en CA [Cálculode r,,,,y Av V/Vi apequeñaseñal] 112 VI.PARDIFERENCIAL(PARACOPLADO POR EMISOR) VI.1 Introducción 117 VI.2 Análisis a señalgrande 119 VI.2.1 Análisis del comportamientodele ele enfunción de 120 V., I "2 11 VI.2.2 Análisis delcomportamientodeV"denfunción de Vid 122 VI.3 Rango deRechazo aSeñales en Modo Común 124 VI.4 Análisis en pequeñaseñal 126 VIA.l Análisis del Par Diferencial en función de los voltajes de entrada y de salida referidos a tierra. Cálculode lamatrizA 127 VI.4.2 Análisis del Par Diferencial en función de los voltajes de entrada y de salida diferenciales y comunes. Cálculode lamatriz~' 131 VI.S Razónde Rechazo en Modo Común 136 VI.6 El conceptodelMedio Circuito 137 VI.6.1 Análisis en ModoComún Puro 137 VI.6.2 Análisis en ModoDiferencialPuro 142 VI.6.3 Análisis de laresistenciade entrada 146 VI.7 Ejemplode análisis deun circuitoParDiferencialmediante el conceptodel Medio Circuito 147 8 VII. RESPUESTA EN FRECUENCIA VII.l Introducción 155 VII.2 Filtro pasivode pasobajode ler. orden(LP) 160 VII.3 Filtro pasivode pasoalto de ler. orden (l-IP) 164 VIIA Modelo híbrido1tde altafrecuencia 169 VII.S Estimación de la respuesta en frecuencia mediante el análisis del circuitoen frecuen cias bajas, frecuencias medias y frecuencias altas 174 VII.5.1 Análisis a freeuencias medias 177 VII.S.2 Análisis a frecuencias altas 179 VII.S.3 Análisis afrecuencias bajas 188 VII.S.3.1Efecto de los capacitores de acoplo e y Ce 189 B VII.S.3.2Efecto del capacitorde desvío CE 199 VII.6 Método de las Constantes deTiempo paraobtenerla respuestaen frecuencia de sis temas electrónicos 212 VIII. RETROALIMENTACION VIII.l Introducción 231 VIII.2 Relaciones básicasde los sistemas reU'oalimentados 231 VIII.3 Características generales de amplificadores con retroalimentación negativa 232 VillA Tipos de amplificadores y sus modelos 235 VIII.S Conceptos de sistemas retroalimentados 236 VIII.S.l Topología de amplificadores retroalimentados 239 VIIL5.2 Análisis de las resistencias deentrada yde salida 245 Vlll.6 El amplificador retroalimentado real 249 VIII.6.1 Análisis del bloque "P" 251 VIII.6.2 Identificaciónde los puntos de muestreo y comparación en circuitos con transistores 257 VIII.6.3 Método de análisis aproximado para amplificadores retroalimentados reales 261 Ejemplo I. Amplificador colectorcomún 262 Ejemplo11. Amplificador emisordegenerado 269 Ejemplo 111. Amplificador con dos transistores 277 IX. AMPLIFICACION DE POTENCIA IX.l Conceptos básicos de la amplificación de potencia 287 IX.2 Clasesde operación para amplificadores 289 IX.3 Cálculos de la eficiencia para los amplificadores clase "A" y clase"B" 289 A.l AmplifIcadores clase "A" con acoplamiento directo 289 A.2 Amplificadores clase"A" con acoplamiento portransformador 292 8.1 Amplificadorclase"B" 295 IX.4 Amplificadorde potenciaclase"B" ("AB") ensimetríacomplementaria 298 IX.4.1 Etapa de salida (amplificadorde transconductancia) 299 IX.4.1.1 Circuitode prepolarización 302 IXA.1.2 Circuito Bootstrap 312 IXA.1.3 Fuentes de corrientecomo sustitucióndel circuito Bootstrap 319 IX.4.1.4 Configuración de la etapade salidacon Pares Darlington 320 9