Modelo π Híbrido

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MODELO π HÍBRIDO

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Diapositiva 1

MODELO HBRIDOMODELO HBRIDOEl ltimo modelo que presentaremos es el modelo hbrido, el cual incluye parmetros que no aparecen en los otros dos modelos, ante todo para proporcionar un modelo ms preciso de los efectos de alta frecuencia. Para frecuencias ms bajas pueden efectuarse las aproximaciones con los resultados del modelo re previamente presentado

MODELO HBRIDO

MODELO HBRIDOPara el anlisis de frecuencias bajas a medias, se pueden ignorar los efectos de capacitivos parsitos provocados por los muy altos niveles de alta reactancia asociados con cada uno. La resistencia re en general es tan pequea que la puede reemplazar un equivalente de cortocircuito y la resistencia rb en general es tan grande que puede ser ignorada en la mayora de las aplicaciones. El resultado es una red equivalente similar al modelo ru en emisor comn previamente presentado.MODELO HBRIDO Como el uso del modelo depende totalmente de la determinacin de valores de los parmetros para la red equivalente, es importante conocer las siguientes relaciones para extraer los valores de los parmetros de los datos tpicamente provistos:

VARIACIONES DE LOS PARMETROS DEL TRANSISTORSe pueden trazar varias curvas para mostrar las variaciones de los parmetros del transistor con la temperatura, la frecuencia, el voltaje y la corriente. Lo ms interesante y til en esta etapa del desarrollo incluye las variaciones con la temperatura de unin y el voltaje y la corriente del colectorEn esta situacin particular, el punto quiescente se encuentra en los valores tpicos de Vce=5.0V e Ic= 1.0 mA. Como la frecuencia y temperatura de operacin tambin afectan los parmetros, en las curva tambin se indican estas cantidades. La figura 5.124 muestra la variacin de los parmetros con la corriente del colector. Observe que con Ic= 1 mA el valor de todos los parmetros se normaliza a 1 sobre el eje vertical. El resultado es que la magnitud de cada parmetro se compara con los valores definidos en el punto de operacin definido.Como los fabricantes en general utilizan los parmetros hbridos para grficas de este tipo, son las curvas que se utilizan en la figura 5.124. Sin embargo, para ampliar el uso de las curvas tambin se agregaron los parmetros equivalentes re y hbrido.

VARIACIONES DE LOS PARMETROS DEL TRANSISTOR

La figura 5.124 revela clramente que para el intervalo total de valores de la corriente del colector el parmetro h(b) vara desde 0.5 de su valor del punto Q hasta un valor mximo de 1.5 veces ese valor con una corriente de aproximadamente 6 mA. Para un transistor con una b de 100, por consiguiente, vara de aproximadamente 50 a 150VARIACIONES DE LOS PARMETROS DEL TRANSISTORLa figura 5.125 muestra la variacin de la magnitud de los parmetros provocada por cambios en el voltaje del colector al emisor. Este conjunto de curvas est normalizado al mismo punto de operacin que las curvas de la figura 5.124, lo que permite comparar entre los dos. En este caso, sin embargo, la escala vertical est en porcentaje y no en nmeros enteros. El nivel de 200% define un conjunto de parmetros que es dos veces el del nivel de 100%. Un nivel de 100% reflejara un cambio de 10:1. Observe que la magnitud de hfe y hie es relativamente constante con variaciones del voltaje del colector al emisor, en tanto que con cambios de la corriente del colector la variacin es mucho ms significativa. En otras palabras, si desea que un parmetro como hie (bre) permanezca constante, mantenga la variacin de Ic al mnimo al mismo tiempo que se preocupa menos sobre las variaciones del voltaje del colector al emisor. La variacin de hoe y hie permanece significativa en el intervalo indicado del voltaje del colector al emisor. VARIACIONES DE LOS PARMETROS DEL TRANSISTOR

VARIACIONES DE LOS PARMETROS DEL TRANSISTOREn la figura 5.126, las variaciones de los parmetros estn graficadas para cambios de temperatura en la unin. El valor de normalizacin se considera como la temperatura ambiente, T = 25C. Ahora la escala horizontal es lineal en lugar de la escala logartmica empleada en las dos figuras anteriores. En general:Todos los parmetros de un circuito hbrido equivalente del transistor se incrementan con la temperatura.Sin embargo, de nuevo tenga en cuenta que la resistencia de salida real ro est inversamente relacionada con hoe , de modo que su valor se reduce con un incremento de hoe. El cambio ms grande ocurre en hie, aunque observe que el intervalo de la escala vertical es considerablemente menor que el de las otras grficas. A una temperatura de 200C el valor de hie es casi tres veces su valor del punto Q, pero en la figura 5.124 los parmetros se incrementan a casi 40 veces el valor del punto Q. De los tres parmetros, por consiguiente, la variacin de la corriente del colector es la que ms afecta los parmetros de un circuito equivalente de transistor. La temperatura siempre es un factor, aunque el efecto de la corriente del colector puede ser significativo.VARIACIONES DE LOS PARMETROS DEL TRANSISTOR

APLICACIONES PRCTICASMezclador de audioCuando dos o ms seales se tienen que combinar en una sola salida de audio, se emplean mezcladores como los de la figura 5.129. Los potencimetros en la entrada son los controles de volumen para cada canal, con el potencimetro R3 incluido para proporcionar un balance adicional entre las dos seales. Los resistores R4y R5 estn all para garantizar que un canal no descargue al otro, es decir, para garantizar que una seal que no aparece como carga ante el otro, no extraiga potencia y afecte el balance deseado en la seal mezcladaAPLICACIONES PRCTICAS

APLICACIONES PRCTICASEl efecto de los resistores R4 y R 5es tan importante que habr que analizarlo con cierto detalle. Un anlisis de cd de la configuracin de transistor da re= 11.71 , la cual establecer una impedancia de entrada al transistor de aproximadamente 1.4 kW. La combinacin en paralelo de R6|Zi tambin es de alrededor de 1.4 k . Si ambos controles de volumen se ajustan a su valor mximo y el control de balance R3 a su punto medio, se obtiene la red equivalente de la figura 5.13a. Se supone que la seal en v1 es un micrfono de baja impedancia con una resistencia interna de 1 k . Se supone que la seal en v2 es un amplificador de guitarra con una impedancia interna ms alta de 10 k . Como los resistores de 470 k y 500 k estn en paralelo en las condiciones anteriores, se pueden combinar y reemplazar con un solo resistor de casi 242 k . 2 Cada fuente tendr entonces un equivalente como el de la figura 5.130b para el micrfono. Aplicar el teorema de Thvenin muestra que es una excelente aproximacin simplemente disminuir el resistor de 242 k y suponer que la red equivalente es como se muestra para cada canal. El resultado es la red equivalente de la figura 5.130c para la seccin de entrada del mezclador. La aplicacin del teorema de superposicin da la siguiente ecuacin para el voltaje de ca en la base del transistorAPLICACIONES PRCTICAS

APLICACIONES PRCTICAS

APLICACIONES PRCTICASPreamplificadorLa funcin principal de un preamplificador es, como su nombre lo implica: un amplificador utilizado para captar la seal de su fuente primaria y luego manejarla en preparacin para su transferencia a la seccin del amplificador. En general, un preamplificador amplificar la seal, controlar su volumen y posiblemente cambiar sus caractersticas de impedancia de entrada, y si es necesario determinar su ruta a travs de las etapas subsecuentes: en suma, una etapa de cualquier sistema con una multitud de funcionesAPLICACIONES PRCTICAS

APLICACIONES PRCTICASGenerador de ruido aleatorio Un generador de ruido aleatorio es como su nombre lo indica: un generador que produce seales de amplitud y frecuencia aleatorias. El hecho de que estas seales casi siempre sean totalmente ininteligibles e impredecibles es la razn por la cual simplemente se conocen como ruidoEn la mayora de los casos, estas seales aleatoriamente generadas aparecen en el intervalo de los microvolts, pero con suficiente amplificacin pueden crear el caos en la respuesta de un sistema. Este ruido trmico tambin se conoce como ruido de Johnson (en honor del investigador original del rea) o ruido blanco (porque en ptica, la luz blanca contiene todas las frecuencias). Este tipo de ruido tiene una respuesta de frecuencia bastante plana como se muestra en la figura Un segundo tipo de ruido es el conocido como ruido de disparo, un nombre derivado del hecho de que suena como una lluvia de postas de plomo que chocan con una superficie o una lluvia intensa contra una ventanaUn tercer tipo es el ruido rosa, de titileo o 1/f, producido por la variacin de los tiempos de trnsito de los portadores que atraviesan varias uniones de dispositivos semiconductores.APLICACIONES PRCTICAS

APLICACIONES PRCTICASLa red de la figura 5.134 est diseada para que genere tanto ruido blanco como rosa. En lugar de un origen distinto para cada uno, primero se desarrolla ruido blanco (nivel que abarca todo el espectro de frecuencia) y luego se aplica un filtro para eliminar los componentes de mediana y alta frecuencia, y slo queda la respuesta de ruido a baja frecuencia

APLICACIONES PRCTICASFuente luminosa modulada por sonido La luz emitida por el foco de 12 V de la figura 5.136 variar a una frecuencia y una intensidad sensibles a la seal aplicada. La seal aplicada puede ser la salida de un amplificador acstico, un instrumento musical o incluso un micrfono. De particular inters es el hecho de que el voltaje aplicado sea de 12 V de ca en lugar de la fuente de polarizacin tpica de cd. La pregunta inmediata al no haber una fuente de cd, es cmo se establecern los niveles de polarizacin de cd para el transistor. En realidad, el nivel de cd se obtiene con un diodo D1 , el cual rectifica la seal de ca y el capacitor C2, el cual acta como un filtro de fuente de alimentacin para generar un nivel de cd a travs de la rama de salida del transistor. El valor pico de una fuente de 12 V rms es de casi 17 V, el cual produce un nivel de cd despus del filtrado capacitivo cerca de los 16 V. Si se ajusta el potencimetro de modo que R1 est cercano a 320, el voltaje de la base al emisor del transistor ser aproximadamente de 0.5 V, y el transistor se apagar. En este estado las corrientes de colector y emisor son en esencia de 0 mA y el voltaje a travs del resistor R3 es alrededor de 0 V. El voltaje en la unin de la terminal del colector y del diodo es por consiguiente de 0 V, con D2 apagado y 0 V en la terminal de compuerta del rectificador controlado de silicio (SCR). El SCR (vea la seccin 17.3) es fundamentalmente un diodo cuyo estado lo controla un voltaje aplicado en la terminal de compuerta. Sin un voltaje en la compuerta significa que el SCR y el foco se apaganAPLICACIONES PRCTICAS