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Amplificadores

Sintonizados

* Responsables:

- Oscar Gmez

- Juan Lobos

- Ricardo Mendez

*Profesor:

- Sr. Pedro Rey Clericus

Valdivia, Martes 21 de Septiembre del 2010

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Amplificadores sintonizados.

Los amplificadores sintonizados contienen circuitos resonantes en el circuito de

entrada, en el circuito de salida, o en ambos. Se usan para amplificar seales de banda

estrecha (es decir, seales cuyas componentes pertenecen a una estrecha banda de

frecuencias), mientras que rechazan las seales de las bandas de frecuencia adyacentes.Por ejemplo, los receptores de radio y televisin utilizan amplificadores

sintonizados para seleccionar una seal de entre las varias que llegan al receptor a travs dela antena.

En la imagen se muestra un amplificador sintonizado y el circuito equivalente en

pequea seal.

Suponemos que el condensador de acoplo de salida Cc es un cortocircuito para la

frecuencia de la seal. Obviamente, la funcin de Cc es evitar que la tensin continua de

polarizacin en el drenador de J1 llegue a la carga RL. La resistencia Rp mostrada en elcircuito equivalente representa las prdidas en la bobina. La bobina L, el condensadorCy

la asociacin en paralelo de RL, Rp y rd, forman un circuito resonante paralelo. Parasimplificar, comenzaremos nuestro anlisis despreciando las capacidades del dispositivo.

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La tensin de salida del amplificador es:

DondeZes la impedancia del circuito resonante paralelo. Sustituyendo Vgs=Vin,

tenemos que la ganancia de tensin es

Diseo de un amplificador sintonizado

Se debe disear un amplificador sintonizado con el JFET 2N5485. La frecuencia

central deber ser de 10 MHz, y el ancho de banda de 200 kHz. La tensin de la fuente de

alimentacin es 15DDV V=+ . Suponga que3

6.03 10m

g x S-= y 20,70dr = K .Desprecie

las capacidades parsitas del dispositivo en el diseo.

Calcule la ganancia para la frecuencia central del amplificador.

Desarrollo:

En primer lugar calculamos el factor de calidad total del circuito:

A continuacin, seleccionamos la bobina. Sabemos que los valores prcticos de

inductancia se encuentran entre 0,5 kH y 20 kH para una frecuencia de 10 MHz. Suponga

que seleccionamos una bobina de 1 kH, y que el factor de calidad de la bobina es

200bobina

Q = (ste es un valor tpico para una bobina de alta calidad).

Ahora despejamos la capacidad y sustituimos los valores:

La resistencia paralelo que representa las prdidas de la bobina es

De igual forma, la resistencia efectiva en paralelo del circuito sintonizado es

Se observa que la resistencia efectiva en paralelo es

DespejandoRL y sustituyendo valores, tenemos

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Para la frecuencia de resonancia, la impedancia del circuito es 3.142Z R K= = .

Calculamos la ganancia en resonancia y tenemos que:

El circuito completo se muestra en la Figura. Hemos seleccionado CcAC. Esto

garantiza que la impedancia del condensador de acoplo sea despreciable para la banda defrecuencias de inters.

Hemos simulado este circuito usando PSpice. Despus de ejecutar la simulacin,

hemos trazado la magnitud de la ganancia que se muestra a continuacin. El ancho de

banda y la ganancia para la frecuencia central cumplen las especificaciones del diseo. Sin

embargo, la frecuencia central es ligeramente ms baja.

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Esto se debe a las capacidades parsitas del dispositivo, que se han despreciado en

los clculos del diseo. Los resultados del anlisis del punto de trabajo dan como resultadolos siguientes valores para las capacidades parsitas del dispositivo:

Puesto que la tensin de entrada es pequea comparada con la de salida, el nodo dela puerta puede considerarse que est puesto a masa (aproximadamente). Por tanto, Cgd

est (aproximadamente) en paralelo con el condensador del circuito sintonizado. Debemos

reducirCpara compensar el efecto de la capacidad parsita del dispositivo. Si reducimos C

en 0,992 pF hasta un nuevo valor de 252,3 pF la simulacin de nuevo, comprobamos quela frecuencia de resonancia se acerca mucho ms al valor deseado. En la prctica,

posiblemente podramos usar una bobina o un condensador ajustable, de forma que el

circuito pudiera sintonizarse de forma precisa a la frecuencia de resonancia deseada.

Impedancia de Entrada

Un hecho interesante y potencialmente problemtico que afecta a los amplificadores

con circuitos de salida sintonizados es que la impedancia de entrada puede contener unaresistencia negativa.

La impedancia de entrada Zin del

dispositivo activo (o de cualquier otrocircuito lineal) puede representarse

mediante una asociacin en paralelo de la

resistencia Rip y de la reactancia Xip,

como se muestra en la Figura.Para obtener una grfica de la

resistenciaRip en funcin de la frecuencia

para el circuito usamos1/IR(VIN), que es simplemente la tensin de entrada dividida entrela parte real de la corriente (el signo menos es necesario debido al sentido de referencia de

la corriente). La parte real de la corriente fluye a travs de Rip, y la parte imaginaria a

travs de Xip. De igual forma, la reactancia se obtiene dibujando 1/II(VIN). Las grficasresultantes pueden verse en la Figura de ms adelante.

Observe que Rip es negativa para frecuencias inferiores a la de resonancia. Esta

resistencia de entrada negativa es consecuencia de la capacidad de realimentacin Cgddel

dispositivo activo. Debido al desplazamiento de fase del circuito resonante, el efecto Millerconvierte la impedancia puramente reactiva de Cgd en una impedancia compleja que

presenta una resistencia negativa.

Uno de los problemas asociados con esta resistencia negativa es que puede dar lugara la oscilacin (muy poco deseable) de un circuito que debiera ser un amplificador.

Por ejemplo, si el circuito de entrada es tambin un circuito resonante, es posible

que la resistencia paralelo neta del circuito de entrada sea negativa (las resistenciasnegativas pueden asociarse en serie o paralelo de la forma usual, con otras resistencias).

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Si la entrada del circuito resulta tener una resistencia equivalente negativa, los

transitorios del circuito contendrn trminos senoidales con crecimiento exponencial para lafrecuencia de resonancia. Esto hara que los circuitos se convirtieran en osciladores y

dejaran de ser tiles como amplificadores.

Observe tambin que la reactancia Xip cambia rpidamente en la proximidad de la

frecuencia de resonancia. Esto puede afectar al circuito de entrada, haciendo que la curva

de respuesta se desplace. Adems, la sintonizacin del circuito de entrada depende de lasintonizacin del circuito de salida. Esta interaccin de los puntos de sintonizacin hace

que el circuito sea difcil de ajustar.

Neutralizacin

Un mtodo para evitar la

realimentacin a travs de Cgdes usar

un circuito de neutralizacin paracancelar la realimentacin. Un ejemplo

de dicho circuito puede verse en la

Figura. En este circuito, se acopla una

segunda bobina con la inductancia delcircuito resonante. Suponiendo un

acoplamiento igual a la unidad y una

relacin de vueltas tambin igual a launidad, la tensin en la segunda bobina

es la inversa de lacomponente alterna

de la tensin drenador-fuente. Por tanto, si se conecta un condensadorCneut = Cgdentre elsecundario y la puerta, una corriente igual en magnitud (peroopuesta en fase) a la corriente

que fluye a travs de Cgd, fluir a travs de Cneut hasta lapuerta. De este modo, se cancela

(o neutraliza) la realimentacin a travs de Cgd.

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A veces no es conveniente usar una relacin de vueltas unitaria. A pesar de ello para

otras relaciones de vueltas puede tambin encontrarse un valor para Cneut de forma que secancele la realimentacin a travs de Cgd. Por ejemplo, si la relacin de vueltas es de dos a

uno, de modo que la tensin en la bobina de neutralizacin es vds/2, debe cumplirse que

Cneut = 2Cgdpara conseguir la cancelacin.

Configuraciones alternativas de amplificadores sintonizados

Hemos visto que la capacitancia de realimentacin puede neutralizarse para evitar

oscilaciones en los amplificadores sintonizados. Sin embargo, los circuitos de

neutralizacin son engorrosos, y tienen que ser ajustados para acomodarse a las diferencias

entre dispositivos. Un mtodo alternativo es usar una configuracin de circuito que poseauna capacidad de realimentacin prcticamente nula. Algunos circuitos tiles son el

amplificador en puerta comn (o en base comn), el circuito cascodo y el amplificador

diferencial.