GUÍA DE PRÁCTICA No. 9 Tema: DISEÑO DE AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR ES EN LA CONFIGURACIÓN CONFIGURACIÓN COLECTOR COMÚN. 1. Obe!"#o$: •
•
Verifica erificarr las característic características as de funcionam funcionamiento iento del amplificad amplificador or Colector Común diseñado por el estudiante, para que cumpla con una ganancia de corriente definida. Comparar resultados calculados, simulados y medidos.
%. Ma!e Ma!e&" &"a' a'e$ e$ ( E)* E)*"+ "+o$ o$.. Materiales: Transistores Resistencias Capacitores Cables rotoboard
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!erramientas: Multímetro "uente de corriente continua #enerador de señales $sciloscopio • • • •
,. P&o&o-e"m e"m""e/! e/!o %.&.&. 'rmar el circuito amplificador Colector Común diseñado %.&.(. Verificar erificar el punto de operaci)n. %.&.%.Verificar %.&.%.Verificar la ganancia de *olta+e del amplificador. %.&..Verificar %.&..Verificar la ganancia de corriente del amplificador. %.&.-.Verificar %.&.-.Verificar la impedancia de entrada. %.&..Verificar %.&..Verificar la impedancia de salida. %.&./.Reali0ar el cuadro con los resultados obtenidos y comparar con los calculados y simulados.
0. "b "b'"o2 "o2&a34 &a34aa. &1 2oylestad 3. Robert, Robert, 4as5els6y 3ouis, 3ouis, 7lectr)nica: 7lectr)nica: Teoría Teoría de circuitos y dispositi*os dispositi*os electr)nicos, (889, 7spañol, rentice !all.
DEPARTAM DEPARTAMENTO ENTO DE SISTEMAS ELECTRÓNICOS ELECTRÓNICOS 737CTR4;C' ;
TRAA5O PREPARATORIO LAORATORIO LAORATORIO No. 9 Tema de la pr
Obe!"#o$: &.& Verificar Verificar el funcionamiento del amplificador Colector Común diseñado, &.( Comparar resultados resultados calculados, calculados, simulados simulados y medidos.
amplificador en la configuración Colector Común que cumpla con una %. Diseñar un amplificador ganancia de corriente específica y realizar las siguientes actividades:
DEPARTAM DEPARTAMENTO ENTO DE SISTEMAS ELECTRÓNICOS ELECTRÓNICOS 737CTR4;C' ;
TRAA5O PREPARATORIO LAORATORIO LAORATORIO No. 9 Tema de la pr
Obe!"#o$: &.& Verificar Verificar el funcionamiento del amplificador Colector Común diseñado, &.( Comparar resultados resultados calculados, calculados, simulados simulados y medidos.
amplificador en la configuración Colector Común que cumpla con una %. Diseñar un amplificador ganancia de corriente específica y realizar las siguientes actividades:
DATOS: DATOS: Todos los datos se obtu*ieron del datas5eet: β min =40 β tipico =100
β max= 300
V CE =40 V max
Icmax =200 mA
PCE = 625 mW max
V o=3 senwt senwt V V ¿ =3 senwtV
R L=560 Ω
f min=1 KHz
f max=20 KHz
Co/"-"o/e$ e "$e6o:
Condiciones para que no eista recorte:
−¿ 1. I E ( R E∨¿ R L ) ≥ Vinp¿ −¿+V SAT 2. V CE ≥Vop ¿
3. V CE ≥ 6
=e la primera condici)n se tiene que:
V ¿+¿ ( R E∨¿ R L ) I E ≥ ¿
V ¿+¿ ( R E∨¿ R L ) V E ≥¿ R E
V ¿+¿ ∗ R ( R E∨¿ R L ) E V E ≥ ¿ Tenemos % posibilidades para el *alor de las resistencias entonces comparamos
R E conR L :
&.
R E= R L → R E =560 Ω
(.
R E ≪ R L → R E=56 Ω
%.
R E ≫ R L → R E=5.6 Ω
•
Con R E=560 Ω
V ¿+¿ ∗ R ( R E∨¿ R L ) E V E ≥ ¿
V E ≥
3 V
(560 Ω∨¿ 560 Ω )
∗560 Ω
V E ≥ 6 V ara el diseño se utili0ar< la condici)n de tolerancia del (8>:
V E =6∗1.2 V E =7.2 V
V E I E = R E I E =
7.2 V 560 Ω
I E =12.86 mA
•
Con R E=56 Ω
V ¿+¿ ∗ R ( R E∨¿ R L ) E V E ≥ ¿
3 V
V E ≥
(56 Ω∨¿ 560 Ω)
∗56 Ω
V E ≥ 3.3 V ara el diseño se utili0ar< la condici)n de tolerancia del (8>:
V E =3.3 V ∗1.2
V E =3.96 V
V E I E = R E
I E =
3.96 V 56 Ω
I E =70.71 mA •
Con
R E=5.6
V ¿+¿ ∗ R ( R E∨¿ R L ) E V E ≥ ¿
V E ≥
3 V
(560 Ω∨¿ 5.6 Ω )
V E ≥ 33 V
∗5.6 Ω
ara el diseño se utili0ar< la condici)n de tolerancia del (8>:
V E =33 V ∗1.2
V E =39.6 V
V E I E = R E I E =
39.6 V 5.6
I E =7.07 mA
Con
R E=56 Ω
Con
R E=5.6 Ω
V CC
tenemos la corriente
I E
muy alta.
tenemos un *olta+e de emisor
V E
muy ele*ado lo que pro*oca un
m
!or esta razón en el diseño se implementar" la condición
RC = R L ⇒ RC =560 Ω :
R E=560 Ω V E =7.2 V I E =12.86 mA 3uego:
I ! → 0 I E = I C I C =12.86 mA
ara tener un di*isor de tensi)n
I 2 ≫ I !max
de esta manera se logra que no dependa de los
par
I C = β I !
ara que
I !max =
I !max =
I !
sea m
I C β min 12.86 mA 40
I !=321.5 "A
β min
de las especificaciones
I 2=10∗ I ! =10∗321.5 "A
⇒
I 2 =3.22 mA Voltaje en la Base:
V ! =V !E + V E V ! =0.7 V + 7.2 V ! =7.9 V
R ! 2=
⇒
R! 2 =
V ! I 2
7.9 V 3.22 mA
R! 2 =2453 Ω #alores comerciales cercanos: $.$%& $.'%
7n la base se toma el *alor de resistencia menor para que aumente la corriente: 'nali0ando la malla de salida :
−V CC +V CE + V E =0 V CC =V E + V CE 7n la segunda condici)n se tiene:
V CE ≥ V op+ V SAT V CE ≥ 3 V + 3 V V CE ≥ 6 V V CE =1.2∗6 V V CE =7.2 V
R ! 2=2.2
⇒
⇒
V CC =7.2 V + 7.2 V
V CC =14.4 V 4ecesitamos *erificar que la ganancia de corriente sea igual a %:
A I =
=
3
A V ∗#in R L
∗#in
1
1.8 KΩ
#in =5.4 KΩ @e obser*a que necesitamos una impedancia de entrada de -.AB
#in= Rt$ ∨¿ #inT % e +( R E ∨| R L ) ) #inT =( $fe + 1 )∗¿ 26 mV 5.33 mA
+( 1.8 KΩ∨|1.8 KΩ) )
#inT =( 40 + 1 )∗¿ #inT =37.1 KΩ #in=
Rt$ =
Rt$ =
Rt$∗ #inT Rt$ + #in T #in∗#inT
#inT − #in
∗ 37.1 KΩ −5.4 KΩ 5.4 KΩ 37.1 KΩ
Rt$ =5160 Ω R! 1∗ R! 2 Rt$ = R ! 1 + R! 2
R t$∗ R! 2 R! 1 = R ! 2− Rt$ R! 1 =
∗ 7744 −5160 5160 7744
R! 1 =15464 Ω
15 Ω
R! 1 =15464 Ω 18 Ω
•
C
& C! =
1 2 ' f min C
& C! ≪ #in max
#in ≫
C ! ≫
1 2 ' f min C ! 1
(
2 ' 1000
)( 5.4 KΩ )
C ! ≫ 0.0294 () C !=0.294 ()
tili0aremos un capacitor comercial de &u". ara me+orar la señal de salida en relaci)n a la de entrada utili0aremos un capacitor de &88u".
•
@i
& CC ≪ R L max
, entonces:
C C ≫
1
(
)(
2 ' 1000 Hz 1.8 KΩ
C C ≫ 0.0884 ()
)
C c ≫ 0.884 ()
tili0aremos un capacitor comercial de &u". ara me+orar la señal de salida en relaci)n a la de entrada utili0aremos un capacitor de &88u".
$.1.
Calcular el punto de operaci)n del transistor.
β =161
Equivalente Thevenin
V TH =
V TH =
V cc∗ R ! 2 R ! 1+ R ! 2
∗ 2.2 KΩ+ 2.2 KΩ
14.4 V 2.2 KΩ
V TH =7.2 V
RTH =
R ! 1∗ R ! 2 R ! 1+ R ! 2 RTH =
∗ 2.2 KΩ+ 2.2 KΩ 2.2 KΩ 2.2 KΩ
RTH =1.1 KΩ
−V TH + I !∗ RTH +V !E + I E∗ R E=0 I E = I !+ I C I E = I !+ β∗ I ! I E = I !∗(1+ β )
−V t$ + Rt$∗ I ! +V !E + R E∗ I !∗(1 + β )=0
I !=
I !=
V t$ −V !E Rt$ + ( 1+ β )∗ R E
−0.7 V 1.1 KΩ +(162∗560 Ω) 7.2 V
I !=70.8 (A I C = β∗ I ! I C =161∗12.33 (A I C =11.39 mA I E = I !+ I C I E =11.46 mA V E = I E∗ R E V E =11.46 mA ∗560 Ω V E =6.41 V
V ! =V E + V E V ! =1.12+ 0.7 V ! =7.11 V V C =V cc V C =14.4 V V CE =V C −V E V CE =19 V −6.77 V V CE =8 V
(.(. Calcule Din, Do, '*, ';.
*esa%% o ++o ,e+ mo,e+o,e+t%ansisto% : ic =$fe - i.
ic $ fe= = β =161 i.
$ie =( $ fe + 1 ) ¿ % e
%e=
26 mV
I E
=
26 mV 11.46 mA
=2.26
Ganancia de voltaje:
A V =
V o Vin
R E∨| R L )∗i E V o=¿ R E ∨| R L ) Vin= i.∗$ie + ie ¿
R E∨| R L )∗i E
¿ R E∨| R L ) i.∗$ie + ie ¿ ¿ A V =¿
R E ∨| R L ) ( $fe+ 1)
¿ R E ∨| R L ) ( $fe+ 1) i.∗ℜ( $fe + 1)+ i. ¿ i.∗¿ AV =¿ ∨|560 ) ¿ 560∨|560 ) 2.26 +¿ ¿ AV =¿ 560
A V =0.99 Impedancia de entrada:
#in= Rt$ ∨¿ #inT #inT =
VinT
¿T
R E ∨| R L )
¿ ( ) i.∗ $fe + 1 ∗% e + i. ∗( $fe + 1 )∗¿ #inT =¿ % e +( R E ∨| R L ) ) #inT =( $fe + 1 )∗¿ #inT =( 161+ 1 )∗( 2.26 Ω + 280 Ω ) #inT =45.72 Ω #in= Rt$ ∨¿ #inT #in=1.1 Ω∨¿ 45.72 Ω #in =1.07 K Ω
Ganancia de corriente:
A I =
io i¿ V o
A I =
R L Vin #in V o
∗#in Vin A I = R L A I =
A I =
A V ∗#in R L
∗
0.99 1.07 Ω
A I =1.89
560 Ω
Impedancia de salida: /
# o = R E ∨¿ # o /
# o =
Vo / −i.∗$ie i. ( $fe + 1) ℜ = = io/ −ie i. ( $fe + 1 )
/
# o =ℜ /
# o =2.26 # o =560 Ω ∨¿ 2.26 Ω # 0 =2.25 Ω
(.%. #rafique el diagrama de *olta+es.
(.. Verifique el punto de operaci)n. V2
0e%%o%=
Vsim(+a,o −Vme,i,o ∗100 Vme,i,o
0e%%o%=
7.12
−8.2
8.2
0e%%o%= 9.5
∗100
V7
0e%%o% =
Vsim(+a,o −Vme,i,o ∗100 Vme,i,o
0e%%o%=
6.39
− 7.2
8.2
0e%%o% = 9.76
∗100
VC
0e%%o%=
Vsim(+a,o −Vme,i,o ∗100 Vme,i,o
0e%%o% =
14.4
−14.4
14.4
0e%%o%= 0
∗100
VC7
0e%%o%=
Vsim(+a,o −Vme,i,o ∗100 Vme,i,o
0e%%o% =
8.01
− 8.2
8.2
0e%%o%=2.3
∗100
$.(.
Verifique la ganancia de *olta+e del amplificador. Vin
Vo
Comparación
A V = A V =
V o V ¿
2.97 3
A V =0.99
Vin
Vo
A V =
V o V ¿ A V =
3 3.04
A V =0.98
0e%%o%=
Vsim(+a,o −Vme,i,o ∗100 Vme,i,o
0e%%o% =
0.99
−0.98
0.98
∗100
0e%%o% = 0.0032
$.).
Verifique la ganancia de corriente del amplificador. iin
io
A i= A i=
io i¿
3.73 1.97
A i=2
iin
io
A i= A i=
io i¿
3.68 1.83
A i=2.01 0e%%o%=
Vsim(+a,o −Vme,i,o ∗100 Vme,i,o
0e%%o%=
−2.01
2
2.01
∗100
0e%%o%= 0.54
$.'.
Verifique la impedancia de entrada. @abemos que la señal de entrada tiene un pico de %*
Conectamos en serie al primer capacitor al capacitor de la base de la siguiente forma y medimos el *olta+e sobre el circuito, *amos *ariando la resistencia, comprobaremos que el *olta+e se reducir< a la mitad cuando el *alor de la resistencia sea igual a la impedacncia de entrada Din # ¿ =1.07 K
7n la practica pudimos constatar que efecti*amente el *olta+e se redu+o a la mitad cuando la impedancia conectada era de &.8/A
# ¿ =1.07 K
0e%%o%=
Vsim(+a,o −Vme,i,o ∗100 Vme,i,o
0e%%o% =
1.07
−1.07
1.07
0e%%o%= 0
∗100
