Electrnica Aplicada IIITrabajo practico Clase C

UTN-FRBA

10 de octubre de 2013

Ejercicio 1El circuito de la figura corresponde a un mosfet trabajando como amplificador en clase C, con las siguientes caractersticas:

Figura 1: Circuito 1

El angulo de circulacin de corriente de drain = 120o .La tensin de excitacin en gate es absolutamente senoidal.El Q cargado de ambos tanques (Gate y Drain) es de 10. El Qo de las bobinas de 300.La frecuencia de trabajo es 10 MHzRL = 50 Rg = 1000 V S = 1 V eff

Symbol Parameter Value UnitV(BR)DSS Drain source voltage 100 VVGS Gate source voltage 100 VID Drain current 10 A

V(min)DS Drain source voltage min. 10 V

Cuadro 1: Absolute maximum ratings

1

Figura 2:

Determinar:

A) VGG y Vg ( valor pico de la componente alterna de la excitacin)B) Ido, Id1, Id2 e Id3.C) PdcD) PMOSFETE) PRLF) L2, C1, n1 y n2 (relacin de vueltas del transformador de entrada)G) L4, C2, n3 y n4 (relacin de vueltas del transformador de salida)H) Relacion de 2 y 3 armonica sobre la cargaI) Determinar la potencia entregada por el generador de seal

Ejercicio 2El amplificador push pull de la figura opera en clase C segn los siguientes valores:

VDD= 110 V (dc)VGG= -5 V (dc)Vg = 15V. cos(wo.t)fo= 1 MHzEl tanque de salida formado por L y C est sintonizado a 1 MHzTrafo de entrada sin prdidasTrafo de salida Qo = , Q= 10

Figura 3: Circuito 2

2

Symbol Parameter Value UnitV(BR)DSS Drain source voltage 250 VVGS Gate source voltage 100 VID Drain current 10 A

V(min)DS Drain source voltage min. 10 V

Cuadro 2: Absolute maximum ratings

Figura 4:

Para mxima potencia de salida sin recorte de envolvente determinar:

A) Id0, Id1 (de cada mosfet)B) Id2, Id3 (de cada mosfet)C) Po (potencia total de salida en fundamental sobre RL)D) N2/N1, L, CE) Pototencia disipada en cada mosfetF) Po(2 MHz): potencia total de segunda armnica disipada en RLG) Po(3 MHz): potencia total de tercera armnica disipada en RL

Ejercicio 3El amplificador clase B de la figura est excitado por una portadora modulada en AM.

Figura 5: Circuito 3

Vg = 5 . (1 +m . cos(wm.t)) . cos(wo.t) [V ]fo = 1MHz fm = 1KHz m = 0,8El Q cargado de ambos tanques (Gate y Drain) es de 10. El Qo de las bobinas es infinito.

3

Symbol Parameter Value UnitV(BR)DSS Drain source voltage 150 VVGS Gate source voltage 100 VID Drain current 10 A

V(min)DS Drain source voltage min. 10 V

Cuadro 3: Absolute maximum ratings

Figura 6:

Para mxima excursin de tensin a la salida determinar:

A) RL, L, CB) PEP (Potencia pico de envolvente sobre RL)C) Pc (potencia de carrier sobre RL)D) RendimientoE) mo Indice de modulacin a la salida mo =

VpicoVvalleVpico+Vvalle

F) Po(1001) (Potencia sobre RL en 1001 KHz)G) Po(1002) (Potencia sobre RL en 1002 KHz)H) Po(1003) (Potencia sobre RL en 1003 KHz)

Ejercicio 4Dado el amplificador Clase C de la figura que opera en onda continua (CW), fo = 10MHz, disear para que la potencia de

portadora sobre RL sea 100 Watts con un rendimiento de 80

Figura 7: Circuito 4

El Q cargado de ambos tanques (Gate y Drain) es de 15. El Qo de las bobinas es infinito.Rg = 1000

4

Symbol Parameter Value UnitV(BR)DSS Drain source voltage 150 VVGS Gate source voltage 100 VID Drain current 10 A

V(min)DS Drain source voltage min. 10 V

Cuadro 4: Absolute maximum ratings

Figura 8:

Determinar:

A) RL y ngulo de conduccin en condicin de pico, carrier y valleB) L, CC) Potencia entregada por la fuenteD) Pc (potencia de carrier sobre RL)E) PMOSFETF) Po(2armonica)

Ejercicio 5Dado el amplificador Clase B de la figura disear para mxima excursin de salida sin recorte de envolvente:

Figura 9: Circuito 5

Vg = 7 . (1 + Vmod(t))) . cos(wo.t) [V ]fo = 1MHzfm = 1KHzL1=L2

5

L3=L4Qo infinito (ambos)Q= 10 (salida)

Symbol Parameter Value UnitV(BR)DSS Drain source voltage 150 VVGS Gate source voltage 100 VID Drain current 10 A

V(min)DS Drain source voltage min. 10 V

Cuadro 5: Absolute maximum ratings

Figura 10:

Dada la seal cuadrada:

Figura 11: Seal cuadrada

A) RL, L, CB) PEP: Potencia pico de envolvente sobre RLC) Pocarrier: Potencia de Portadora sobre RLD) Poprom: Potencia que se disipa sobre RLE) PV DD: Potencia de continua entregada por la fuenteF) PMOSFET : Potencia disipada en el MosfetG) Rendimiento.H) Dibujar lo que muestra un osciloscopio (Acoplamiento DC) conectado en el drain del Mosfet indicando puntos singulares

(Tensiones mximas y mnimas, perodos)I) Dibujar lo que muestra un analizador de espectro conectado en el drain del Mosfet barriendo en frecuencia desde 994 Khz

hasta 1006 Khz. Respetar los tamaos relativos de las seales e indicar en que frecuencia est cada una de ellas.

Suponga ahora que la seal Vmod se modifica a una seal triangular.

6

Figura 12: Seal Triangular

I.1) Calcular PEP: Potencia pico de envolvente sobre RLI.2) Pocarrier: Potencia de Portadora sobre RLI.3) Poprom: Potencia que se disipa sobre RLI.4) Pdc: Potencia de continua entregada por la fuenteI.5) Pdis: Potencia disipada en el MosfetI.6) Dibujar lo que muestra un osciloscopio (Acoplamiento DC) conectado en el drain del Mosfet indicando puntos

singulares (Tensiones mximas y mnimas, perodos)I.7) Dibujar lo que muestra un analizador de espectro conectado en el drain del Mosfet barriendo en frecuencia desde 994

Khz hasta 1006 Khz. Respetar los tamaos relativos de las seales e indicar en que frecuencia est cada una de ellas.

NOTA: Considerando el ancho de banda del tanque puede suponerse que el mismo no altera el contenido armnico de laenvolvente.

Ejercicio 6El amplificador de la figura trabaja en clase B. La caracterstica de transferencia del Mosfet est dada por:

Figura 13: Circuito 6

Con id en Amperes y Vgs en Volts

El Tanque PI de salida (Cd, Cc y L) transforma RL en Rc reflejada al Drain.

La salida est sintonizada a la frecuencia de la seal Vs y la carga que ve el Drain es Zc= Rc + j0

El Tanque PI opera con Q=10 y Qo=infinito

El Choque de Gate, CHg es un circuito abierto para todas las frecuencias de inters

El Choque de Drain, CHd es un circuito abierto para RF

El Capacitor de Paso Ca es un cortocircuito para todas las frecuencias de inters

7

Symbol Parameter Value UnitV(BR)DSS Drain source voltage 250 VVGS Gate source voltage 12 VID Drain current 10 A

V(min)DS Drain source voltage min. 12 V

Cuadro 6: Absolute maximum ratings

Figura 14:

Se definen como componentes de intermodulacin (IDM) de 3er orden las que se encuentran en frecuencias:

|2(f1 f2)| y |2(f2 f1)|NOTA: Dentro de los parntesis se desprecian los signos mas, ya que dichas componentes son eliminadas por el tanque PI de

salida.

VGG = 0VVDD = 110VVg : Seal de BLU formada por dos tonos de igual nivel (5 Vpico cada uno) y frecuencias f1=999 KHz y f2=1001 KHz.Se desprecia la impedancia interna del generador Vs debido a la alta Zin del Mosfet.

Disear para obtener mxima potencia de salida sin sobrepasar los Absolute Maximun Ratings.

Determinar:

A) Valor pico de la componente fundamental de la corriente de drain correspondiente a la seal de 999 Khz. Id1(f1)B) Valor pico de todas las componentes de IDM de 3er orden de la corriente de drainC) Valor pico de la segunda armnica de la componente de la corriente de drain Id2(f1), Id2(f2)D) RcE) Potencia total a la salida (RL)F) Pdc: Potencia entregada por la fuente de alimentacin de drainG) Potencia disipada por el Mosfet

Ejercicio 7El amplificador de la figura trabaja en clase B

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Figura 15: circuito 7

Symbol Parameter Value UnitV(BR)DSS Drain source voltage 250 VVGS Gate source voltage 12 VID Drain current 10 A

V(min)DS Drain source voltage min. 12 V

Cuadro 7: Absolute maximum ratings

Figura 16:

El Tanque PI de salida (Cd, Cc y L) transforma RL en Rc reflejada al Drain.La salida est sintonizada a la frecuencia de la sean Vs y la carga que ve el Drain es Zc= Rc + j0 .El Tanque PI opera con Q=10 y Qo=infinito.El Choque de Gate, CHg es un circuito abierto para todas las frecuencias de inters.El Choque de Drain, CHd es un circuito abierto para RF .El Capacitor de Paso Ca es un cortocircuito para todas las frecuencias de inters Se definen como componentes de intermodula-cin (IDM) de 3er orden las que se encuentran en frecuencias:

|(2f1 f2)| y |(2f2 f1)|Se definen como componentes de intermodulacin (IDM) de 5to orden las que se encuentran en frecuencias:

|(3f1 2f2)| y |(3f2 2f1)|NOTA: En ambos casos (IDM de 3 y 5 orden) se desprecian dentro de los parntesis los signos mas ya que dichas componentesson eliminadas por el tanque PI de salida.Disear para obtener mxima potencia de salida sin sobrepasar los Absolute Maximun Ratings

V gg = 0V y V dd = 110VVs Seal de BLU formada por dos tonos de igual nivel (5 Vpico cada uno) y frecuencias f1 = 999KHz y f2 = 1001KHz

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Se desprecia la impedancia interna del generador Vs debido a la alta Zin del Mosfet

Determinar:

A) Componentes fundamentales de la corriente de drain Id1(f1), Id1(f2)B) Componentes de IDM de 3er orden de la corriente de drainC) Componentes de IDM de 5to orden de la corriente de drainD) RcE) Se cambia el elemento activo por otro, que posee la siguiente caracterstica id(A)=vgs(V) para todo vgs positivo y cero

para todo vgs negativo, el resto de los elementos del circuito y la excitacin permanecen constantes.

E.1) Calcular la potencia total sobre la cargaE.2) Calcular la Potencia entregada por la fuenteE.3) La potencia disipada en el mosfet

Ejercicio 8AMPLIFICADOR DE AMMOSFET : MRF134

Figura 17: Circuito 8

Vg = Vg . (1 +m . cos(wm.t)) . cos(wo.t) [V ]fo = 1000KHzfm = 2KHzm = 0,7

El tanque PI opera con BW=20, Qo del L es 100 (Qo=100).En el pico positivo de modulacin el amplificador opera con un ngulo de circulacin de corriente de drain de 160.VDD = 12V Po = 2W (Potencia de salida de carrier)Excitacin y polarizacin estn diseados para que el amplificador entregue mxima potencia.Determinar:

A) VGG y VgB) RL, C2, L1, y C3.C) Potencia pico envolvente (PEP).D) ngulo de circulacin de la corriente de drain en condicin de carrier y de valleE) Indice de modulacin a la salida: mo= (V pico/V valle4)/(V pico+ V valle)F) PV DD y PMOSFETG) Determinar la Distorsin de Envolvente = (Pot eficaz P fundam)/ P fundam)

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