TAREA 3
PARÁMETROS HÍBRIDOS PARA REDES DE DOS PUERTOS
1.
Un
puerto (o puerta) es un par de terminales donde se
verifica que la corriente que ingresa por un terminal es igual a la corriente
que sale por el otro. Si un circuito presenta dos pares de terminales se lo
denomina red de dos puertos o cuadripolo.
El estudio de los
circuitos en las redes de dos puertos que cumplan las siguientes condiciones:
§
que no contengan energía almacenada, es decir con
condiciones iniciales nulas;
§
que tampoco contengan fuentes independientes; y
§
donde los puertos no se interconecten externamente
Los cuadripolos
son de gran utilidad para simplificar el análisis de circuitos. Cuando no
interesan los valores de las variables internas, el circuito puede considerarse
como una "caja negra" y por consiguiente ser modelado con apenas dos
ecuaciones simultáneas.
REDES
DE MULTIPUERTOS
2.
Parámetros híbridos
En un sistema de cuatro terminales existen cuatro variables de circuito: la
tensión y la corriente de entrada, y la tensión y corriente de salida. Estas
cuatro variables se pueden relacionar por medio de algunas ecuaciones,
dependiendo de cuales variables se consideren independientes y cuales
dependientes.
Así, es posible formar
seis sistemas de ecuaciones:
§
(V1,V2)
= f (I1,I2) y su inversa (I1,I2) = f (V1,V2)
§
(V1,I1)
= f (V2,I2) y su inversa (V2,I2) = f (V1,I1)
§
(V1,I2)
= f (V2,I1) y su inversa (V2,I1) = f (V1,I2)
El par de ecuaciones de parámetros híbridos (parámetros h) (y su circuito
equivalente) se utiliza a menudo para análisis de circuitos con BJT
(transistores bipolares de unión).
Análogamente, se pueden
obtener los parámetros:
·
y = parámetros admitancia
·
z = parámetros impedancia (se dan en Ohms)
·
a = parámetros transmisión o parámetros ABCD
·
b = parámetros transmisión inversa
·
h = parámetros híbridos (empleados en el análisis
de circuitos con transistores)
·
g = parámetros híbridos inversos
Cuando
se utilizan los parámetros híbridos para describir una red de transistores, el
par de ecuaciones se escribe como sigue:
Donde los parámetros h se definen como:
hi
= h11 = resistencia de entrada del transistor
hr = h12 = ganancia de tensión
inversa del transistor
hf = h21 = ganancia directa de
corriente del transistor
h0 = h22 = conductancia de salida del transistor
Si se toman en cuenta
éstos parámetros dentro de redes que manejan transistores, ahora tienen que ver
con el desempeño del transistor. Cuando los parámetros de entrada y de salida
se igualan en forma individual a cero, cada parámetro híbrido representa ya sea
una resistencia, una conductancia , una razón de dos
tensiones o una razón de dos corrientes.
Es muy útil contar con
alguna forma de distinguir entre las tres configuraciones, es decir, EC, CC y
BC. Se añade un segundo subíndice a cada parámetro híbrido para proporcionar
esta distinción. Por ejemplo, un circuito en EC suele tener hi en el
circuito de base, y se cambia a hie. De
manera similar para BC, hi se cambia por hib,
y para CC, se cambia a hic. Los tres
valores se relacionan entre sí como sigue
es
función del punto de operación (I El
valor real de β CQ) del transistor es. En la porción plana de
la curva de iC contra vCE
con iB constante, el cambio en β es
pequeño. Conforme el transistor se aproxima a la saturación, β empieza a
caer. A medida que el transistor se aproxima a corte, β también se
aproxima a cero.
Las impedancias se
encuentran anulando una de las variables independientes. Por ejemplo para
determinar los valores de los parámetros z, primero se anula I2 (condición de
circuito abierto de salida) y se obtiene:
Luego se restaura I2 y
se anula I1 (condición de circuito abierto de entrada) y se obtiene:
Para hallar la resistencia
de entrada en cortocircuito, es necesario ver el valor de los parámetros antes
de abordar la utilización de los circuitos equivalentes para el diseño y
análisis. Primero se desarrollan las ecuaciones para hie
y hib, que muestran la dependencia de
estos parámetros respecto a la ubicación del punto de operación.
La ecuación anterior es
útil para estimar el valor de hib.
Parámetros en EC
Las ecuaciones que definen los parámetros de amplificación en ca se derivan en las siguientes secciones. Se proporciona
dos ecuaciones de definición para cada parámetro. Estas se denominan como forma
larga y forma corta. La ecuación en forma corta es una versión simplificada de
la ecuación en forma larga y se deriva haciendo suposiciones acerca de los
tamaños relativos de algunos de los parámetros.
Resistencia de entrada,
Ren
Se utiliza el circuito de parámetros híbridos para derivar la ecuación de
la resistencia de entrada para cada tipo de configuración del amplificador. En
circuito equivalente se utiliza para derivar la resistencia de entrada, Ren. En general, b es bastante grande para
aproximar 1 + b como b . La corriente en RE
es, por tanto, aproximadamente igual a b ib.
(1.1)
Si RB es
despreciable comparada con b RE, la ecuación (1.1) se puede
simplificar más hacia la forma.
Ganancia de tensión, Av
La relación de división de corriente aplicada a la salida de un circuito
da
El signo negativo
resulta de la dirección opuesta de b ib
con respecto a iL. Entonces
(1.2)
La ganancia de
corriente se encuentra a partir de la formula de ganancia de impedancia,
ecuación (1.1).
Resistencia de salida,
R0
La fuente de corriente ideal exhibe una impedancia infinita, ya que se
mide la resistencia de salida como la entrada en circuito abierto (es decir, ib = 0). La resistencia de salida para el
transistor EC es entonces
Por lo general, el
parámetro hoe es bastante pequeño como
para ser despreciado en los cálculos, de modo que la magnitud de la resistencia
de salida del transistor se vuelve infinita.
Se sabe que un transistor opera en forma lineal excepto en las regiones de
corte y saturación. La operación en estas regiones o cerca de ellas provoca una
reproducción distorsionada de la señal de entrada. Por tanto, se deben evitar
estas regiones.
Para encontrar la resistencia de entrada, Ren
se considera el circuito ES (emisor-seguidor). Como antes, C1
y C2 se consideran cortocircuitos para frecuencias medias.
Ren = RB
La ganancia de tensión
esta dada por
Si hib es pequeña comparada con RE
ç ç RL, como es común, se obtiene la
expresión en forma corta
Av = 1
Ganancia de corriente, Ai se considera como:
Ai = RB/RL
La resistencia de salida depende de los parámetros
de entrada Rs y RB, a
diferencia del resultado para el amplificador EC, donde R0 depende
solo de RC.
Parámetros para el
amplificador BC
El circuito BC se dibuja a menudo con orientación horizontal..
De esta configuración, es fácil ver que la polarización es idéntica a la del
amplificador EC.
La ecuación en forma larga para Ren
se deriva en seguida. La corriente en Ren
es ien + (1+b )ib.
(1.3)
La ecuación en forma
corta se obtiene suponiendo que hib
<< RE y RB << b RE. Entonces
Ren = hib + RB/b (1.4)
Ganancia de corriente, Ai
La ganancia de corriente para el circuito se encuentra de la siguiente
forma:
(1.5)
Entonces, si RB
<< b RE y hib << RE,
se obtiene la expresión en forma corta de la ecuación (1.5)
Ganancia de tensión, Av
La formula de ganancia de impedancia se utiliza para encontrar Av.
Se usan Ai de la ecuación (1.5) y Ren de la ecuación (1.3) para obtener la
expresión en forma larga de la ecuación
Si se añade un capacitor de paso entre base y tierra,
RB/b y la expresión se simplifica.
Para la resistencia de
salida, R0, como en el caso del amplificador EC, el generador de
corriente dependiente, b ib, presenta una
resistencia elevada por tanto,
R0
= RC