Experiencia 3 Respuesta en Baja Frecuencia

[UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS]

Ingeniería Eléctrica

19 de OCTUBRE de 2017

INGENIERÍA ELÉCTRICA

[LABORATORIO DE CIRCUITOS

ELECTRÓNICOS II ] Laboratorio de Circuitos Electrónicos II-Experiencia n°3

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Ingeniería Eléctrica FACULTAD: Ingeniería Electrónica y Eléctrica ESCUELA: Ingeniería Eléctrica (19.2) CURSO:

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II PROFESOR: ING. PONCE MARTINEZ LUIS

INTEGRANTES: •

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

Cermeño Torres Jhorman Adrian Zapata Yarleque Kevin Luque Cisneros Miguel Angel Huari Montoya George Angel

13190028 15190130 15190198 15190196

TEMA:

RESPUESTA EN BAJA FRECUENCIA DE UN AMPLIFICADOR DE UNA SOLA ETAPA (experiencia 03)

Laboratorio de Circuitos Electrónicos II-Experiencia n°3

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RE SPUE STA E N BAJA F RE CUE NCI A DE UN AMPL I F I CADOR DE UNA SOLA E TAPA Cermeño Torres Jhorman Adrian Huari Montoya George Angel Luque Cisneros Miguel Angel Zapata Yarleque Kevin

F acultad de I ngeniería Eléctrica y E lectrónica, Universidad Nacional Mayor De San Marcos, Perú, L ima Resumen En este artículo analizaremos la región de baja frecuencia del amplificador BJT de una sola etapa, en la cual las combinaciones de RC formadas por los capacitores Ci, Ce y Co y los parámetros resistivos de la red determinan las frecuencias de corte. Se variara la frecuencia y determinaremos la frecuencia a la cual la ganancia de voltaje se reduce a 0.707 de su valor máximo. Una vez que determinemos las frecuencias de corte variaremos los capacitores, compararemos los diagramas de bode para cada caso. Palabras Claves — Osciloscopio, Generador de Señales, Protoboard, Multímetro Digital, Fuente DC, Respuesta en Baja Frecuencia, Amplificador BJT, Condensadores, Transistor, Ganancia de Voltaje, Frecuencia de Corte Inferior.

Abstract In this paper we will analyze the low frequency region of the single-stage BJT amplifier, in which the combinations of RC formed by the capacitors Ci, Ce and Co and the resistive parameters of the network determine the cutoff frequencies. The frequency will be varied and we will determine the frequency at which the voltage gain is reduced to 0.707 of its maximum value. Once we determine the cutoff frequencies we will vary the capacitors, we will compare the goat diagrams for each case. Key Words-Oscilloscope, Signal Generator, Protoboard, Digital Multimeter, DC Power Supply, Low Frequency Response, BJT Amplifier, Capacitors, Transistor, Voltage Gain, Low Cutting Frequency.


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1 Introducción

Figura 1.1_ Combinación de RC que definirá una frecuencia de corte inferior .

El análisis de esta sección empleará la configuración de polarización por medio del divisor de voltaje para el BJT, aunque los resultados se pueden aplicar a cualquier configuración de BJT. Basta encontrar la resistencia equivalente apropiada para la combinación RC. Los capacitores Ci, Ce y Co determinarán la respuesta en baja frecuencia de la red de la figura 1.1.

Obviamente, la ganancia máxima está disponible cuando R E es de 0. A bajas frecuencias, con el capacitor de puenteo Ce en su estado equivalente de “circuito abierto” toda la R E aparece en la ecuación de la ganancia previa y el resultado es la ganancia mínima. A medida que se incrementa la frecuencia, la reactancia del capacitor Ce se reducirá y también lo hará la impedancia en paralelo de R E y Ce hasta que el resistor R E queda “efectivamente en cortocircuito” por C e. El resultado es una ganancia de banda media o máxima determinada por Av=- RC/re. A la ganancia será de 3 dB por debajo del valor de banda media determinado con R E en “cortocircuito”. Antes de continuar, tenga en cuenta que C i, Ce y Co afectarán sólo la respuesta en baja frecuencia. Al nivel de frecuencias de banda media, se pueden insertar los equivalentes de cortocircuito de los capacitores. Aunque cada nivel afectará la ganancia Av=V o /V i en un intervalo similar de frecuencia, el corte en baja frecuencia máximo determinado por C i, C e o Co tendrá el impacto máximo porque será el último que se presente antes del nivel de banda media. Si las frecuencias están relativamente separadas, la frecuencia de corte máxima determinará en esencia la frecuencia de corte inferior para todo el sistema. Si hay dos o más frecuencias de corte “superiores”, el efecto será incrementar la frecuencia de corte inferior y reducir el ancho de banda resultante del sistema. En otras palabras, hay una interacción entre los elementos capacitivos que puede afectar la frecuencia de corte inferior resultante. Sin embargo si las frecuencias de corte establecidas por cada capacitor están suficientemente separadas, el efecto de una en la otra puede ser ignorada con un alto grado de precisión.


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2 Importancia De La Experiencia La experiencia realizada en este laboratorio es muy importante ya que nos permite observar y comprender que a bajas frecuencias sólo se tendrán en cuenta los condensadores de acoplo y desacoplo, comportándose como circuitos abiertos las capacidades internas de los dispositivos activos. Mediante esta experiencia aprenderemos a determinar la frecuencia de corte inferior a la cual el voltaje de salida se reduce a 0.707 de su valor máximo. Además veremos que esta frecuencia de corte inferior se define como la frecuencia a la cual el valor de la característica de transferencia disminuye 3dB por debajo del valor máximo de frecuencias medias. Y todo ello contribuirá de manera eficaz en nuestro aprendizaje y comprensión.

3 Objetivos De La Experiencia -Investigar la influencia de los condensadores de acoplo y desacoplo sobre el punto de corte inferior en un amplificador de audio.

4 Equipos y Materiales Utilizados -Osciloscopio

-Generador de señales de audio frecuencia -Multímetro digital -Fuente DC -Resistores de ¼ W de 56K, 0.47K, 12K, 10K (2), 1K, 0.22K, 1.5K -Condensador de 16 V de 0.1uF, 0.01uF, 4.7uF, 22uF. -Protoboard -Cables de conexión diversos -Transistores 2N2222

5 Software Utilizado Utilizaremos como herramienta software al Proteus para la simulación de los circuitos eléctricos que emplearemos en esta experiencia y así podernos brindar una respuesta aproximada de lo que es el comportamiento en lo real.


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6 Metodología Procedimiento realizado

a) Implemente el circuito de la Figura 1

Figura 1.2 Circuito 1

b) Sin aplicar señal, medir.

 = 7.77  c)

 = 1.94 

Aplicar una señal hasta obtener la máxima señal de salida sin distorsión (1KHz) .Bajo esta condición medir.

e


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Figura 1.3- Entrada y Frecuencia de 1KHz

d) Llenar la tabla. Note que el punto de corte inferior se produce a una frecuencia en que la ganancia de voltaje alcanza el 0.707 de su valor.

e



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e


e



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e

Figura 1.7- Entrada y Frecuencia de 1.5KHz

e

Figura 1.8- Entrada y Frecuencia de 900Hz


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e


e



10




e

m


e

m



11




e

m

m


e



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e


e



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e


e



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e


e

Figura 1.20- Entrada y Frecuencia de 1.5KHz


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e


e



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e


e



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e) Desacople las resistencias de emisor con el condensador de 4.7uF. Anote el nuevo valor de la ganancia y el nuevo punto de corte inferior.

e


Figura 1.25- Frecuencia De Corte 156.6hz


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7 Cuestionario

  ∆

VALORES

VALORES

TEORICOS

EXPERIMENTALES

18  8.06  −5.56

1.94  7.77  −4.69

Estas variaciones que presentan nuestros resultados teóricos comparados con nuestros resultados experimentales, se deben en mayor parte a que en los cálculos teóricos trabajamos con valores ideales, los cuales no siempre coinciden con los valores reales con los que trabajamos en el laboratorio.

Para:

 = 4.7,  = 0.01

()

∆

∆()

5000

4.534

13.129

4000

4.314

12.697

3000

4.078

12.209

1500

2.980

9.484

900

2.118

6.518

700

1.686

4.537

500

1.176

1.408

300

0.745

-2.557

200

0.436

-7.210

100

0.175

-15.189


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Figura 1.26- Ganancia expresada en dB Vs la Frecuencia

Para:

 = 0.47,  = 0.1

()

∆

∆()

7000

4.679

13.40

6000

4.679

13.40

5000

4.679

13.40

4000

4.592

13.24

3000

4.679

13.40

1500

4.518

13.09

1000

4.254

12.58

700

4.226

12.52

500

3.962

11.96

100

1.434

3.13

Figura 1.27- Ganancia expresada en dB Vs la Frecuencia


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En el grafico tenemos a ciertas frecuencias medias una ganancia casi constante, pero cuando llegamos a cierta frecuencia tenemos una caída de ganancia de 0.707 de su valor, a esta frecuencia donde se produce esta efecto de caída se llama frecuencia de corte inferior, que es la que ocasionan condensadores de acoplo y desacoplo  ,  ,  . Después de esta caída de ganancia observamos una brusca caída de ganancia conforme disminuimos la frecuencia a partir de la frecuencia de corte inferior.





A bajas frecuencias los capacitores de desacoplo y acoplo generan conjunto con los elementos resistivos del sistema determinan nuestra frecuencia de corte inferior. Cuando la ganancia de voltaje del amplificador cae en 0.707 de su valor máximo en frecuencias medias, observamos que se da a cierta frecuencia la cual se conocerá como la frecuencia de corte inferior.


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8 Conclusiones y Recomendaciones De La Experiencia  



  











La región de baja frecuencia se caracteriza por una frecuencia de corte inferior. Generalmente, el análisis en frecuencia de un amplificador se realiza sobre un rango muy variable de valores de frecuencia. Para facilitar su caracterización se utiliza escalas logarítmicas en términos de decibelio. Se estudia los efectos en frecuencia introducidos por condensadores, generalmente externos, que limitan la frecuencia baja de operación del amplificador. Los condensadores de acoplo y desacoplo limitan su respuesta a baja frecuencia. La presencia de condensadores en un amplificador hace que la ganancia de éste dependa de la frecuencia. Un incremento en el número de etapas amplificadoras conectadas en cascada también limitan a su vez la respuesta a bajas frecuencias. Se establecerá una red RC por cada elemento capacitivo y determinaremos la frecuencia a la cual el voltaje de salida se reduce a 0.707 de su valor máximo. Si las frecuencias están relativamente separadas, la frecuencia de corte máxima determinará en esencia la frecuencia de corte inferior para todo el sistema. Hay una interacción entre los elementos capacitivos que puede afectar la frecuencia de corte inferior resultante. Sin embargo si las frecuencias de corte establecidas por cada capacitor están suficientemente separadas, el efecto de una en la otra puede ser ignorada con un alto grado de precisión. El corte en baja frecuencia máximo determinado por C i, Ce o Co tendrá el impacto máximo porque será el último que se presente antes del nivel de banda media. Sin duda, la más alta de las frecuencias de corte inferiores tendrá el mayor impacto en la frecuencia de corte inferior para el sistema.


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R eferencias [1] ROBERT L. BOYLESTAD LOUIS NASHELSKY -

Electrónica: Teoría De Circuitos Y Dispositivos Electrónicos [2] KATSUHIKO OGATA -Ingeniería De Control Moderna

[4] http://146.83.206.1/~jhuircan/PDF_CTOI/ieeerf03.pdf [5] http://www.fceia.unr.edu.ar/enica3/rtafrec.pdf. [6]http://146.83.206.1/~jhuircan/PDF_ELECTRONICA/Rf01 b.pdf. [7]https://sites.google.com/a/goumh.umh.es/circuitoselectronicos-analogicos/transparencias/tema-5#TOCRespuesta-a-bajas-frecuencias:-C-lculo-de-wL-


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Experiencia 3 Respuesta en Baja Frecuencia

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