Respuesta en baja frecuencia de un amplicador de una sola etapa MICHELLE LUNA ALAMA
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Facultad de Ingeniería Electrónica y Elctrica ! UNM"M Resumen--Los objeti objetivos vos de esta esta exper experienc iencia ia fueron determina inar las las cara caract cter erís ísti tica cass de operación de un amplificador de una sola etapa y respuesta en baja frecuencia, así como sus propiedades en alterna y continua. Utilizamos multí multíme metr tro o y osci oscilo losc scop opio io para para hall hallar ar los los volt voltaajes jes, cor corrient ientees y gana gananc ncia iass de los los tran transi sist stor ores es.. Se apre apreci ció ó ue ue los los resu result ltad ados os teóricos y simulados son distintos ya ue en la comp computa utado dora ra se pued puedee apre apreci ciar ar con con mayo mayor r precisión los valores ue ueremos, mientras ue ue el teór teóric ico o es una una apro aproxi xima maci ción ón de los los valore valoress y en el medid medido o se presen presenta ta factor factores es como el efecto de carga o peue!as variaciones debido a los elementos no ideales "n conclusión, funcionan muy bien, pero hay ue respetar su rango de trabajo. #eremos eremos conceptos conceptos como frecuenci frecuenciaa de corte corte superior e inferior, inferior, adem$s adem$s de los conceptos de función de transferencia y diagrama de bode.
"n esta esta expe experi rien enci ciaa anal analiz izar arem emos os nues nuestr tro o ampli amplific ficado adorr cuando cuando la se!al se!al de entrad entradaa se encuentra en el orden de las bajas frecuencia, por lo ue los condensadores ya no actuaran de la misma manera al depender su reactancia de de la frecuencia. "n el an$lisis encontraremos las frecuencias de cort cortee supe superi rior or,, en este este punt punto o es dond dondee la ganancia ncia de voltaj taje )*v.+ es igual a 0.707 Avmax
II ) MATERIALES Y MÉTODOS A. Equipos, materiales materiales y herramientas herramientas utilizadas
- transistor ----/0esistencias1 234,-4, 54,.24, 5.367,7 /(ondensadores )3#+1 -)--u8+, 55u8 / multímetro 9igital / generador de se!al / 8uente 9( / :0(
B. Esquemas "l circuito a implementar en esta experiencia de laboratorio es el siguiente1
Imagen de una de las gráficas de bode
I # IN$%&'UCCI&N Los amplificadores con transistor %&' presentan variaciones al momento de su an$lisis an$lisis o uso en baja, baja, media y alta frecuencia. (omo omo ya hem hemos vist visto o en las las ante nteriore ioress experiencias, en frecuencias medias ignoramos el efec efecto to de los los con condens densaadore doress ue ue son considerados como corto circuito.
/Sobre el transistor1 ;ay ue tener en cuenta la disposición de las patas de este dispositivo, es decir, la posición de la base, el emisor y el colector. "n las siguientes im$genes lo mostraremos1
salida para hallar su ganancia. Los datos se adicionar$n a la tabla >.. 2. *hora, considerando como punto de inicio a la frecuencia m$s baja de la tabla >.-, variaremos la frecuencia a las distintas indicadas en la tabla mencionada. Se determinar$ la ganancia en cada caso y se anotar$ en la tabla >.-. ote ue el punto de corte inferior se produce a una frecuencia en ue la ganancia )*v+ alcanza el 5.@5@ de su m$ximo valor. 3. (ambiando ( por uno de 5.u8 y ( por uno de 5.?@u8, realizaremos el mismo procedimiento descrito en el paso 2. Los datos obtenidos ser$n adicionados a la tabla >.-. @. 8inalmente desacoplaremos ambas resistencias de emisor con el condensador de --Uf y repetiremos los pasos 2 y 3. (on los datos obtenidos se llenar$ la tabla >.>.
III# %E"UL$A'&"
/Sobre el condensador1 "l circuito nos solicita el uso de condensadores electrolíticos, los cuales presentan una determinada polarización ue se debe respetar. * la pata m$s corta le corresponde el negativo y a la m$s larga el positivo. (on esas dos acotaciones procedimos implementar el circuito en el laboratorio1
a
Procedimiento
.
. 'omamos las medidas del punto de trabajo y rellenamos la tabla >.. ?. Luego, para el an$lisis *(, agregamos los componentes restantes y procederemos a medir la entrada y la
(al,r calculad, (al,r simulad, (al,r medid,
(ce)*# -.
Ic+)mA# ./
A* 0.1
/./
.22
0
/.0
1.3
4
TABLA 4.1 TABLA 4.2
Aostraremos una imagen del osciloscopio usado para una determinada frecuencia especifica ue ser$ en -55 ;B, y de la cual obtendremos la ganancia1
8
79H:
0 9H:
4 9H:
A* / 9H:
C,;0./uF C8;3.3
7.-
0.14
0.0
0.51
0.5
0.-
0.-
F,
7 9H:
0 9H:
4 9H:
/ 9H:
3 9H:
13 9H:
43 9H:
C,;3.0/u F C8;3.uF
1.17
1.17
1.17
1.17
1.17
1.1
1
3 9H:
13 9H:
43 9H:
!anancia"dB# $s frecuencia 3.3.5 Siendo la señal amarilla la entrada y la señal aul la de salida.
3.0 3.1
=ara una frecuencia de -55 ;B la ganancia es1
3 !3.1 3
Av =560 mV / 360 mV =1.56
33 133 733 033 433 533 /33 -33
Craficando la relación Canancia vs frecuencia1
5) Desacople ambas resistencias de emisión con el condensador de 22 uF.
a) Grafica obtenida para el caso: Co= 4.7 uF Cf = !.!" uF
"l circuito para este problema ser$1
!anancia"dB# $s %recuencia 3.3.5 6anancia
3.0 3.1 3 !3.1
3 4333334331333
b) Grafica obtenida para el caso: Co= !.47 uF Cf = !." uF
TABLA 4.&
A*
4.5-
0 9H: 4./5
4 9H: 4./2
A* / 9H: 4./2
7 9H: 7./4
0 9H: 7./4
4 9H: 7./4
/ 9H: 7./4
8
79H:
C,;0./uF C8;3.3 F, C,;3.0/u F C8;3.uF
3 9H: 4./2
13 9H: 4./2
43 9H: 4./
3 9H: 7./4
13 9H: 7./4
43 9H: 7./4
8 C,;0. /uF C8;3.3 F, C,;3. 0/uF C8;3. uF
33H: 3./7
133H: .//
433H: 1.5/
/33H: 7.2
233H: 0.4-
.49H: 0.2/
33H: ./
133H: 7.5/
433H: 7.52
/33H: 7./
233H: 7./4
.49H: 7./4
!anancia"dB# $s %recuencia 3.3.5 6anancia
3.0
!anancia"dB# $s %recuenci
3.1
3
3.-
!3.1
3
433
333 433 1333
b#!raca obtenida para el caso' (o) ,.4* 3.5
6ana
u%+ (f ) ,.1 u%
3.0 3.1 3 3
13333
03333
53333
!3.1
a#!raca obtenida para el caso' (o) 4.* u%+ (f ) ,.,1 u%
I(# ANALI"I" 'E %E"UL$A'&"
Con respecto a la primera tabla, para el primer caso )(oD?.@ u8 , (fD5.5 u8+ , podemos observar ue la frecuencia de corte esta entre las frecuencias de 3KHZ y 4KHZ , ya ue a partir de ella la anancia se empie!a a estabili!ar entre 4.25 y 4.4 .
*hora para el segundo caso )(oD5.?@ u8, 5. u8+, podemos observar "ue la frecuencia de corte esta entre las frecuencia de 3## y 5## H! ya ue a partir de esta frecuencia la anancia se empie!a a estabili!ar entre 2 y 2.22. "sta diferencia entre las frecuencias de corte es posible ya ue en ambos casos estamos variando
los valores de los capacitores, por lo cual esto influye de la siguiente forma, como sabemos1
Fc=
1 2 π ∗ Req∗Ceq
"ntonces si $ariamos el $alor de una de las capacitancias "ue determina la frecuencia de corte )la mayor de la causada por los condensadores ue forman el amplificador+, tambi%n modificaremos el $alor de la frecuencia de corte ue me indica el punto donde el amplificador sale de la zona de baja frecuencia y entra a la zona de alta frecuencia )ganancia m$xima y estable+. &'ora en la seunda tabla, cuando desacoplamos todas las resistencias del emisor, vemos ue1
(aso )(oD?.@ u8 , (f D 5.5 + 1 255E8corteEF55
"sto se desarrollara conclusiones .
*dem$s ue esta grafica nos muestra ue en la frecuencia de corte la ganancia de voltajes es igual a1 5.@5@*v #+ (:(LUS<:"S
C*+,-/0&1/
.(ompare sus c$lculos teóricos cob los obtenidos en el experimento. Si es necesario mencione a ue se deben las diferencias. "sto se vio en la parte del *n$lisis de resultados. -Crafiue en papel semilogaritmico la ganancia expresada en d% vs la frecuencia. La grafica se hizo mediante "xcel . ?+ GHuI conclusiones obtuvo del experimento J
de
K podemos ver ue en la zona de frecuencia media nuestro amplificador nos da la ganancia m$xima del amplificador )*v+ lo ue normalmente encontr$bamos ignorando el an$lisis con los condensadores.
(on una anancia de 3.(5.
*dem$s ue la frecuencia de corte es menor al circuito de la primera tabla para ambos casos.
sección
La grafica se relaciona a lo ue conocemos como raficas de ode, en este experiencia lo ue nos est$ indicando, es la zona donde nuestro amplificador esta operado1 baja frecuencia y media frecuencia, adem$s ue tambiIn nos da una idea del valor de la frecuencia donde est$ sucediendo este cambio de baja a media frecuencia.
-55;zE8corte E55;z
"ntonces de estos resultados podemos ver ue, obviamente la ganancia es mucho mayor a lo ue se dio en la primera tabla ya ue se desacoplo el emisor eso implica m$s ganancia.
la
>+ "xpliue la curva obtenida
(on una anancia de 5.( (aso - ) (oD5.?@ u8 , (f D 5. u8 + 1
en
"xiste un rango de frecuencias para el cual la ganancia es muy poca y donde va creciendo casi exponencialmente. "n la frecuencia de corte se obtiene una ganancia euivalente a1 5.@5@ *v. "l diagrama de bode nos permite relacional el logaritmo de la ganancia en un amplificador, con la frecuencia a la ue se le aplica en la se!al de entrada. * partir de la frecuencia de corte , la ganancia se empieza a estabilizar en su m$ximo valor , es decir se encuentra en la zona de frecuencia media .
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/1&F& 'eoría de circuitos y dispositivos electrónicos. *utor 1 %oylestad (ircuitos electrónicos 1 Schilling 'eoría de circuitos y dispositivos electrónicos 1 Aillman y ;al7ias .
