República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior

I.U.P “Santiago Mariño”

Maturín – Edo – Monagas

Ing. Eléctrica (43)

Profesora: Realizado por:Mariangela Pollonais Rubén González C.I: 25.453.370

Marzo 2017

MODELO

HIBRIDO

INDICE

Introducción

Modelo híbrido {H} de transistor bipolar

Principio de Superposición.

Nomenclatura.

Recta de Carga Estática.

Recta de Carga Dinámica.

Modelo híbrido de un transistor.

Determinación gráfica de los parámetros h.

Conclusión

INTRODUCCIÓN

El análisis a pequeña señal consiste en usar un modelo del BJT basado en una red de dos puertas, el cual es reemplazado en la configuración amplificadora, para así determinarla ganancia, resistencia de entrada y salida del sistema. En este documento primero se definen los parámetros h, se muestra el modelo del BJT a pequeña señal para finalmente plantear un ejemplo de análisis.

El modelo híbrido o equivalente híbrido del transistor es un modelo circuital que combina impedancias y admitancias para describir al dispositivo, de allí el nombre de híbrido. La obtención de los parámetros híbridos involucrados dentro del modelo se hace en base a la teoría de cuadripolos o redes de dos puertos. La sustitución del símbolo del BJT por su modelo híbrido durante el análisis en c.a. permite la obtención de ciertos valores de interés como son: la ganancia de voltaje (Av), ganancia de corriente (Ai), impedancia de entrada (Zi) y la impedancia de salida (Zo). Estos valores dependen de la frecuencia y el símbolo circuital por sí solo no considera este aspecto, de allí la utilidad del modelo híbrido quien si lo considera.

Modelo híbrido {H} de transistor bipolar

En un amplificador de transistores bipolares aparecen dos tipos de corrientes y tensiones: continúa y alterna. La componente en continua o DC polariza al transistor en un punto de trabajo localizado en la región lineal. Este punto está definido por tres parámetros: ICQ, IBQ y VCEQ.

La componente en alterna o AC, generalmente de pequeña señal, introduce pequeñas variaciones en las corrientes y tensiones en los terminales del transistor alrededor del punto de trabajo. Por consiguiente, si se aplica el principio de superposición, la IC, IB y VCE del transistor tiene dos componentes: una continua y otra alterna, de forma que:

IC=¿ICQ+ic ¿IB=¿ IBQ+ib¿

ICE=¿ IC E Q+ic e ¿

Donde ICQ, IBQ y VCEQ son componentes DC, e ic, ib y vce son componentes en alterna, verificando que ic << ICQ, ib << IBQ y vce << VCEQ

El transistor para las componentes en alterna se comporta como un circuito lineal que puede ser caracterizado por el modelo híbrido o modelo de parámetros {H}. De los cuatro posibles parámetros descritos en las ecuaciones 2.1, los h son los que mejor modelan al transistor porque relacionan las corrientes de entrada con las de salida, y no hay que olvidar que un transistor bipolar es un dispositivo controlado por intensidad.

Los parámetros h de un transistor, que se van a definir a continuación, se obtienen analizando su comportamiento a variaciones incrementales en las corrientes (ib, ic) y tensiones (vbe, vce) en sus terminales. En la figura 2.6.a se muestran las ecuaciones del modelo híbrido cuando el transistor está operando con el emisor como terminal común al colector y la base (configuración emisor-común o EC).

El modelo híbrido de pequeña señal en E-C de un transistor NPN y PNP se indican en las figuras 2.6.b y 2.6.c respectivamente. Ambos modelos son equivalentes y únicamente difieren en el sentido de las corrientes y tensiones para dar coherencia al sentido de esas mismas corrientes y tensiones en continua.

Las expresiones de ganancia en corriente, ganancia en tensión, impedancia de entrada e impedancia de salida correspondientes a las ecuaciones 2.6, 2.7, 2.8 y 2.9 son idénticas para ambos transistores como se puede comprobar fácilmente.

Principio de Superposición.

En este capítulo vamos a abordar el análisis de este tipo de circuitos amplificadores. Para ello aplicaremos el principio de superposición. En cada punto o rama calcularemos las tensiones y corrientes de continua y de alterna por separado, de forma que al final las tensiones y corrientes finales serán la suma de las calculadas en cada parte.

Para ello vamos a suponer que el valor de la capacidad de los condensadores, así como la frecuencia de las señales que tenemos es tal que la impedancia que presentan los condensadores es lo suficientemente pequeña para considerarla nula. Mientras que en continua, estos condensadores presentarán una impedancia infinita. Es decir, consideraremos que en continua los condensadores se comportan como circuitos abiertos (impedancia ∞) mientras que en alterna equivaldrán a cortocircuitos (impedancia 0).

Aplicando estas consideraciones obtendremos los circuitos equivalentes en DC y en AC que tendremos que resolver separadamente.

Nomenclatura.

Al aplicar el principio de superposición, es conveniente ser cuidadoso con la nomenclatura de las distintas variables eléctricas para no confundir ni mezclar las variables de alterna con las de continua

Antes de pasar al estudio propiamente dicho del circuito de alterna vamos a definir un par de conceptos muy importantes a la hora de analizar el funcionamiento de un circuito amplificador con un BJT, estamos hablando de las rectas de carga estática y dinámica.

Recta de Carga Estática.

La Recta de Carga Estática representa la sucesión de los infinitos puntos de funcionamiento que puede tener el transistor. Su ecuación se obtiene al analizar la malla de salida del circuito equivalente en continua.

La Recta de Carga Estática está formada por los pares de valores (VCE, IC) que podría tener el transistor con esa malla de salida. Para obtener su ecuación matemática f(VCE,IC) = 0, planteamos las tensiones en la malla de salida del circuito equivalente en DC.

Recta de Carga Dinámica.

La Recta de Carga Dinámica se obtiene al analizar la malla de salida del circuito equivalente de AC. Está formada por la sucesión de los pares de valores (vCE, iC). Notar que a diferencia del caso anterior, en este caso nos referimos a los valores totales (alterna más continua) tanto de tensión como de corriente. Para obtener la ecuación 130 matemática de esta recta f(vCE,iC) = 0, analizamos la malla de salida del circuito equivalente en alterna

La Recta de Carga Dinámica siempre tiene más pendiente que la Recta de Carga Estática. Únicamente en el caso de un circuito en el que RE = 0 y la salida esté en circuito abierto (RL = ∞) ambas rectas coincidirán. La Recta de Carga Dinámica representa los pares de valores iC y vCE

Modelo híbrido de un transistor.

Si partimos de la suposición las variaciones de la señal en torno al punto de polarización son pequeñas, podremos suponer que los parámetros del transistor van a ser constantes. Si consideramos un transistor en la configuración emisor común, las tensiones y corrientes del mismo estarán relacionadas con ecuaciones de la forma: v fiv BE 1 B CE , correspondiente a las curvas características de entrada

CONCLUSIONES

El análisis a pequeña señal permite determinar la ganancia, resistencia de entrada y salida de un amplificador con transistores BJT. Al reemplazar el modelo del dispositivo, el circuito electrónico se transforma en una red lineal, pudiendo utilizar todas las herramientas en análisis disponibles para tal efecto. 13

Cálculo de Av: La ganancia de voltaje del amplificador es la relación entre el voltaje de salida Vo y el voltaje de entrada Vi, Av = VL/Vi. El valor de Av negativo es indicativo del desfasaje entre la señal de salida y la señal de entrada del amplificador emisor común. Cálculo de Ai: La ganancia de corriente del amplificador es la relación entre la corriente de salida i L y la corriente de entrada ii, Ai= i L/ii. La ganancia de corriente será también un valor negativo, puesto que Av es negativo.