Universidad Distrital “Francisco José de Caldas”

Laboratorio de Comunicaciones Analógicas

Pr. Héctor Fernando Cancino de Greiff

Práctica 4

El objetivo de esta práctica es diseñar e implementar un amplificador de RF pequeña señal,

sintonizado a una frecuencia de trabajo y un ancho de banda a partir de las especificaciones dadas
por el fabricante del dispositivo mediante los parámetros “y”

I. INTRODUCCIÓN
Parámetros Y.

Son usados para caracterizar el comportamiento de un transistor en ciertas frecuencias y

puntos de polarización. La Fig. 1 muestra los montajes que se utilizan.

A Emisor Común B. Base Común C. Colector Común

Fig. 4.1 Montajes para un transistor BJT.

Una configuración de “caja negra” es usada para crear la caracterización de los “parámetros
Y”. Fig. 2

Fig. 4.2 Cuadripolo generalizado

1
Los parámetros Y o de corto circuito para la configuración de 2 puertos son:

I1 I1 I2 I2
yi = yr = yf = yo = (4.1)
V1 V = 0 V2 V1 = 0
V1 V2 = 0
V2 V1 = 0
2

Dónde: yi = Admitancia de entrada de corto circuito

yr = Admitancia de transferencia inversa de corto circuito

y f = Admitancia de transferencia directa de corto circuito

yo = Admitancia de salida de corto circuito

Matemáticamente, las ecuaciones que caracterizan el cuadripolo generalizado se

muestran en las ecuaciones (5.20) y (5.21).

𝐼1 = 𝑦𝑖 𝑉1 + 𝑦𝑟 𝑉2 (4.2)

𝐼2 = 𝑦𝑓 𝑉1 + 𝑦𝑜 𝑉2 (4.3)

Cuadripolo Generalizado

Fig. 4.3 Parámetros de Admitancia

Se emplean los parámetros de admitancia del cuadripolo en C.C.

• Para operación lineal con señal débil el dispositivo activo se puede caracterizar
por un cuadripolo con las siguientes ecuaciones:

𝐼1 = 𝑦𝑖 𝑉1 + 𝑦𝑟 𝑉2 = −𝑉1 𝑌𝑆 ; Donde: 𝑦𝑖 , 𝑦𝑟 , 𝑦𝑓 , 𝑦𝑜 ∶ Parámetros de admitancia

𝐼2 = 𝑦𝑓 𝑉1 + 𝑦𝑜 𝑉2 = −𝑉2 𝑌𝐿 ;𝑌𝑆 , 𝑌𝐿 : Admitancia de fuente y de carga

De estas ecuaciones se derivan:

a. Ganancia de Voltaje:

2
 V2 −yf
Av = = Si yL  ,Av  (4.4)
V1 yo + yL

b. Ganancia de Corriente:

I2 − y f yL
AI = = y = determinante de y
I1 y + yI yL (4.5)
y = yi yo − yf yr

c. Admitancia de entrada:

I1 y f yr
Y1 = = yi − (4.6)
V1 yo + yL

d. Transferencia de Voltaje inversa:

V1 yr
=− (4.7)
V2 yi + yS

e. Admitancia de salida:

I2 y f yr
Y2 = = yo − (4.8)
V2 yi + yS

Estabilidad del Amplificador

El amplificador es inestable si parte de la energía de salida se retroalimenta al puerto de

entrada con la fase adecuada.

• El acoplamiento se efectúa a través de la capacitancia de retroalimentación c y

la posibilidad de oscilar es mayor en RF

• El objeto del diseño en RF es alcanzar máxima ganancia en potencia con un

grado de estabilidad predecible

a. Factor C de estabilidad: Estabilidad de Linvill

Es la medida de estabilidad bajo condiciones hipotéticas del peor caso, es decir con ambos
puertos en circuito abierto.

El factor C de Linvill está dado por:

yf yr
C= (4.9)
2 gi g o − Re  yf yr 

3
𝑔𝑖 =parte real de 𝑌𝑖 ; 𝑔𝑜 parte real de 𝑌𝑜 , Re (...) denota la parte real de (…)

• Si C=1 El dispositivo es CRITICAMANTE ESTABLE

• Si C<1 El dispositivo es ESTABLE INCONDICIONALMENTE
• Si C>1 El dispositivo es POTENCIALMENTE INESTABLE

Muchos transistores son potencialmente inestables en algún rango de frecuencias a causa de

las capacidades internas de retroalimentación

EJEMPLO: Un transistor tiene los siguientes parámetros “y” a 90 MHz con 𝑉𝐶𝐸 = 9 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠
𝐼𝐶 = 4.5 𝑚𝐴.

𝑦𝑖 = 7 + 𝑗4 𝑚𝑚ℎ𝑜𝑠 𝑦𝑓 = 30 + 𝑗10 𝑚𝑚ℎ𝑜𝑠

𝑦0 = 1 + 𝑗2 𝑚𝑚ℎ𝑜𝑠 𝑦𝑟 = 0 + 𝑗0.5𝑚𝑚ℎ𝑜𝑠

Diseñar un amplificador que provea máxima ganancia de potencia en la fuente con 50 y
en la carga con 50 a 90 MHz

Solución:

1. Cálculo del factor de estabilidad de Linvill:

yf yr ( 30 − j10 )( 0 − j 0.5) 15.81

C= = = = 0.79
2 gi g o − Re  yf yr  2  7 1 − Re ( 30 − j10 )( 0 − j 0.5 )  14 + 5

C = 0.79  El dispositivo es incondicionalemente estable

2. Cálculo de MAG

30 − j10
2 2
yf
MAG = = = 35.7  15.5dB
4 gi g o 4  7 1

3. Cálculo de las admitancias de fuente y de carga para acoplamiento conjugado

simultáneo:

 2 gi go − Re( yf yr ) − yf yr 14 + 5 − (15.8)

2 2 2 2

Gs = = = 5.28 mmhos
2 go 2
Im( yf yr ) −15
Bs = − jbi + = − j7 + j = − j14.5 mmhos
2 go 2

4
Por tanto, la admitancia de fuente que el transistor debe “ver” para máxima transferencia de
potencia es 5.28 − 𝑗14.5 𝑚𝑚ℎ𝑜𝑠 en consecuencia la admitancia de entrada del transistor
debe ser 5.28 + 𝑗14.5 𝑚𝑚ℎ𝑜𝑠.

Para la carga:

 2 gi go − Re( yf yr ) − yf yr
2 2
Gsgo 5.28
GL = = = = 0.754 mmhos
2 gi gi 7
Im( yf yr ) −15
BL = − jbo + = − j2 + j = − j 3.07 mmhos
2 gi 14

Para máxima transferencia de potencia la admitancia de carga debe ser: 0.754 −

𝑗3.07𝑚𝑚ℎ𝑜𝑠 luego la admitancia de salida del transistor debe ser el conjugado complejo:
0.754 + 𝑗3.07𝑚𝑚ℎ𝑜𝑠. Fig. 4.4.

Fig. 4.4 Redes de entrada y de salida del ejemplo

Para el diseño de la red de acoplamiento de entrada se emplea la carta de Smith que se

trabaja con valores normalizados y para 𝑦𝑠 = 5.28 − 𝑗14.5 𝑚𝑚ℎ𝑜𝑠.

Empleando 𝑁 = 100, por tanto:

𝑦𝑠 ′ = 100 × (5.28 − 𝑗14.5) = 0.528 − 𝑗1.45 𝑚ℎ𝑜𝑠

El circuito de acople de entrada debe transformar la impedancia de fuente de 50

(normalizada: 50⁄100 = 0.5) a en la admitancia de salida representada por 𝑦𝑠 ′ , que se
muestra en la Fig. 4.4. Partiendo del punto A en la curva de la carta de Impedancia debe
interceptar en B la curva que parte que se origina en el punto C en la carta de admitancias.

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 Fig. 4.5 Carta en la red de acople de entrada

En consecuencia, se tiene una red de dos elementos que corresponden en la carta al camino
más simple y conveniente por costos:

𝐴𝑟𝑐𝑜 𝐴𝐵 = 𝐶 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 = − 𝑗1.1 

𝐴𝑟𝑐𝑜 𝐵𝐶 = 𝐿 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 = − 𝑗1.97 𝑚ℎ𝑜𝑠

Valor de los componentes:

6
 1 1
C1 = = = 16 pF
 XN 2 (90 x10 )(1.1)(100)
6

N 50
L1 = = = 89.8nH
 B 2 (90 x106 )(1.97)

El circuito correspondiente de la red de entrada y de salida se indica en la Fig. 4.6.

Fig.4.6 Circuitos de acople de entrada de salida

4. Diseño de la red de acoplamiento de salida: con un procedimiento similar, pero

empleando N=200 se normaliza 𝑦𝐿 .

𝑦𝐿 ′ = 200(0.754 − 𝑗3.07) = 1.5 − 𝑗0.65 𝑚ℎ𝑜𝑠

Escogiendo una red de 2 elementos, como se indica en la Fig. 5.15, se obtiene:

𝐴𝑟𝑐𝑜 𝐴𝐵 = 𝐶 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 = −𝑗1.06

𝐴𝑟𝑐𝑜 𝐵𝐶 = 𝐿 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 = − 𝑗 2.514 𝑚ℎ𝑜𝑠

1
C2 = = 14.4 pF
2 (90 x10 )(0.614)(200)
6

200
L2 = = 140.7nH
2 (90 x106 )(2.514)

7
 Fig. 4.7 Diseño de la red de acople de salida del ejemplo

Diseño del circuito de polarización:

Fig. 4.8 Circuito de Polarización del Ejemplo

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a. Punto de trabajo: 𝐼𝑐 = 4.5 𝑚𝐴 𝑉𝐶𝐸 = 9𝑣 𝑉𝑐𝑐 = 20𝑣  = 50

b. Asumir 𝑉𝐸 = 2.5𝑣

c. 𝐼𝐸𝐼𝑐 = 4.5 𝑚𝐴  = 50

VE 2.5
d. Cálculo de 𝑅𝐸 ; RE = = = 555  500
I E 4.5 10−3

e. Cálculo de 𝑅𝐶 :

Vcc − Vc 20 − (9 + 2.5)
Rc = = = 2K
Ic 4.5 10−3

f. Cálculo de 𝐼𝐵 :

Ic 4.5mA
IB = = = 0.09 mA
 50

g. Cálculo 𝑉𝐵𝐵 : VBB = VE + VBE = 2.5 + 0.7 = 3.2 volts

h. Asumiendo: 𝐼𝐵𝐵 = 1.5𝑚𝐴

i. Cálculo de R1 :

VBB 3.2
R1 = = = 2133  2 K 
I BB 1.5 10−3

j. Conociendo 𝑉𝑐𝑜, VBB, IBB e IB se calcula R2:

Vcc − VBB 20 − 3.2 17.8

R2 = = −3
= = 11.2 K  12 K
I BB + I B (1.5 + 0.09) 10 1.59 10−3

7. Circuito final incluyendo la red de polarización

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 Fig.4.9 Circuito final del ejemplo

II. PREINFORME:
Diseñar un amplificador de RF pequeña señal empleando un transistor comercial donde se
conocen los parámetros “y” con fuente de alimentación de +15 volts., impedancias de
entrada y salida de 50 , montaje: Emisor Común, frecuencia de operación de10 MHz,
polarización según datos del fabricante. Señal de entrada 1 𝑚𝑉𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜 𝑝𝑖𝑐𝑜 y Ganancia en
voltaje del orden de 100 en magnitud.

III. PRÁCTICA:
• Diseñar el amplificador con las especificaciones dadas (Estabilidad, Redes de
acople de entrada y de salida, circuito de polarización, circuito final).
• Montar el circuito sobre una baquelita
• Conectar un generador a la frecuencia de 10 MHz y 1VPP empleando una carga de
50  y Medir la tensión pico de entrada y de salida.
• Establecer si se presenta onda reflejada.
• Comenzar un barrido de frecuencia entre 8 y 12 MHz en pasos de 100 KHz,
anotando en una tabla los valores correspondientes al voltaje de entrada y de
salida.
• Establecer la ganancia en el rango de frecuencias especificado y graficar.
• Conclusiones.

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