INFORME PREVIO I 1 CONFIGURACIÓN EN CASCADA I.
II.
OBJETIVOS Verificar el concepto de amplificación en cascada del transistor. Comprobar las ganancias en un circuito en cascada. MARCO TEÓRICO
Un amplificador en cascada es un amplificador construido a partir de una serie de amplificadores, donde cada amplificador envía su salida a la entrada del amplificador al lado de una cadena. Una conexión entre etapas de amplificador es la conexión en cascada. Básicamente una conexión en cascada es aquella en la cual la salida de una etapa se conecta a la entrada de la segunda etapa La conexión en cascada proporciona una multiplicación de la ganancia en cada una de las etapas para tener una mayor ganancia en total. Las características generales de este tipo de amplificadores son:
La impedancia de entrada global es igual a la impedancia de entrada del primer amplificador. Impedancia de salida global es igual a la impedancia de salida del último amplificador. La ganancia global es igual al producto de las ganancias individuales (siempre y cuando se considere el efecto de carga entre cada par de etapas). Esto es válido para la ganancia de voltaje y también para la ganancia de corriente.
Se puede conectar cualquier número de amplificadores de esta forma, sin embargo, es común encontrar amplificadores en cascada compuesto de dos o tres etapas de amplificadores básicos. Si se consideran las seis configuraciones elementales con un solo LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II| FIEE 2016-I 2016 -I
INFORME PREVIO I 2 CONFIGURACIÓN EN CASCADA transistor (EC, BC, CC, FC, GC y DC) existen 36 posibles conexiones de dos etapas, y 216 de tres etapas, pero no todas las combinaciones son útiles. Por ejemplo, si se desea un amplificador de alta impedancia de entrada, alta ganancia de voltaje, e impedancia de salida media, se pueden elegir las siguientes opciones: CC-EC o FC-EC. Acoplamiento Existen tres tipos de acoplamiento, o formas de llevar la señal de un amplificador a otro: Acoplo capacitivo, acoplo magnético o inductivo, y acoplo directo Acoplo capacitivo: Los circuitos de polarización son independientes. La respuesta de frecuencia es pasa-altas. Acoplo magnético: Los circuitos de polarización son independientes. Debe considerarse el paso de corriente de polarización por los embobinados del transformador. La respuesta de frecuencia es pasa-altas. Es más caro y tiene más pérdidas que un acoplo capacitivo. Es útil para transformar impedancias. Agregando un capacitor en paralelo, resulta muy útil para acoplo de señales pasabanda en Radio Frecuencia. Acoplo directo: Los circuitos de polarización se combinan, de manera que se deben diseñar circuitos que polaricen simultáneamente a las etapas involucradas. Permite el paso de señales desde frecuencia cero (DC). No es necesario agregar un componente adicional para hacer el acoplo. · Es la elección preferente en el diseño de circuitos integrados.
III.
INFORME PREVIO 1) Explique cómo se obtiene la impedancia de entrada y de salida de un amplificador transistorizado en configuración común. La figura muestra el circuito amplificador emisor común con CE.
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INFORME PREVIO I 3 CONFIGURACIÓN EN CASCADA
El análisis con parámetros híbridos se realiza a partir del equivalente en c.a. del circuito el cual es mostrado en la figura.
La sustitución del símbolo del BJT por su modelo híbrido (figura 8) permite determinar los valores: Zi, Zo, Av y Ai.
El circuito equivalente del amplificador emisor común con CE utilizando el modelo híbrido queda como:
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INFORME PREVIO I 4 CONFIGURACIÓN EN CASCADA
Despreciando hre y hoe, el circuito de la figura 9 se representa ahora como el que se indica en la figura 10, en base al cual se realizan los cálculos de Zi, Zo, Av y Ai. Cálculo de Zi
La impedancia de entrada Zi se mide como la relación entre el voltaje de entrada y la corriente de entrada del amplificador, Zi = v i/ii, en el circuito se observa como aquella impedancia vista por la fuente vi a partir de la línea punteada.
Cálculo de Zo: La impedancia de salida Zo se mide como la relación entre el voltaje de salida y la corriente de salida del amplificador, Zo = v o/ io. Para el cálculo de Zo en el circuito de la figura se requiere el uso de una fuente de prueba vo y la eliminación de la fuente de entrada independiente vi, tal como muestra la figura 11.
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INFORME PREVIO I 5 CONFIGURACIÓN EN CASCADA
Si Vi=0, entonces iB=0 y por tanto hfeiB=0, resultando el circuito de la figura 12.
Del circuito de la figura se tiene que Zo = RC, la cual es la impedancia vista desde los terminales de salida del circuito.
2) Indique cuál es la ganancia de voltaje Av de un amplificador emisor común. Cálculo de Av: La ganancia de voltaje del amplificador es la relación entre el voltaje de salida vo y el voltaje de entrada vi, Av = VL/Vi.
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INFORME PREVIO I 6 CONFIGURACIÓN EN CASCADA El valor de Av negativo es indicativo del desfasaje entre la señal de salida y la señal de entrada del amplificador emisor común. Cálculo de Ai:
La ganancia de corriente del amplificador es la relación entre la corriente de salida iL y la corriente de entrada ii, Ai = iL/ii. La ganancia de corriente será también un valor negativo, puesto que Av es negativo
CALCULO DE LA IMPEDANCIA DE ENTRADA EXPIREMENTALMENTE LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II| FIEE 2016-I
INFORME PREVIO I 7 CONFIGURACIÓN EN CASCADA Poner una resistencia de valor conocido en serie con el generador, y mides la caída de tensión en sus bornes, y luego la tensión en bornes del generador. Aplicas la fórmula del divisor de tensión con el valor de resistencia conocido, y te queda simplemente despejar la impedancia de entrada. Eso sí, da un valor suficientemente alto de tensión en el generador.
CALCULO DE LA IMPEDANCIA DE SALIDA EXPERIMENTALMETE Poner un potenciómetro en la salida luego graduamos el potenciómetro hasta que el voltaje de salida sea la mitad sobre la rama RC, luego medimos el valor del potenciómetro, ese valor será la impedancia de salida. IV.
CÁLCULOS TEÓRICOS DEL CIRCUITO DEL EXPERIMENTO
R1=6.8KΩ
RC=1KΩ
R1=6.8KΩ
Ci1=10µF
RC=1KΩ
Ci2=10µF Q1
VIN
Ci3=10µF
R2=2.2KΩ
Q2
VCC=9V
R2=2.2KΩ RE=470Ω
RE=470Ω
CE=100µF
CE=100µF
El voltaje de salida estará dada por la siguiente fórmula: Vout = Ic x Rc = β x Ib x Rc = hfe x Ib x Rc
Ganancia de voltaje: ΔV = Vout / Vin = – Rc / Zin. (el signo menos indica que Vout esta 180° fuera de fase con la entrada Vin)
Ganancia de corriente: ΔI = (Vout x Zin) / (Vin x Rc) = ganancia de voltaje x Zin / Rc
Ganancia de potencia = ganancia de voltaje x ganancia de corriente = ΔP = Δ V x ΔI
Zin (impedancia de entrada) = R1 // R2 // hie, que normalmente no es un valor alto (contrario a lo deseado)
Zo (impedancia de salida) = Rc
La salida está 180° desfasada con respecto a la entrada (es invertida) = 30 = 300
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INFORME PREVIO I 8 CONFIGURACIÓN EN CASCADA
=
4.1.
30 + 300 2
= 165
ANALISIS EN CC
R1=6.8K Ω
RC=1KΩ
R1=6.8K Ω
RC=1KΩ
Q1
R2=2.2K Ω
Q2
VCC=9V
R2=2.2K Ω RE=470 Ω
RE=470 Ω
+9V RC=1KΩ
RBB=(2.2K)(6.8K)/(2.2K+6.8K)=1.66K Ω Q1
RE=470Ω RBB=9V(2.2K)/(6.8K+2.2K)=2.2V
MALLA I = −. + . + . + . = . + (( + ) ) . = = . µ . + ( + ) = = (. µ) = .
MALLA II
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INFORME PREVIO I 9 CONFIGURACIÓN EN CASCADA = + + = − − ( + ) = − (. ) − (. + . µ) = .
IC(mA)
Q
3.1
VCE(V)
4.3 ANALISIS EN AC hie=1.33KΩ +
Vi
+
R1=6.8K Ω
R2=2.2KΩ
hfe.ib
RC=1KΩ
-
Vo
-
Zi1
Zo1
= (. // . ) // (. ) = . Ω = = Ω ∆ = =− =− = −. ( ) .
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INFORME PREVIO I 10 CONFIGURACIÓN EN CASCADA hie=1.33KΩ +
Vi
+
R1=6.8K Ω
R2=100KΩ
hfe.ib
RC=1KΩ
-
Vo
-
Zi2
Zo2
= ( // ) // (. ) = . Ω = = Ω ∆ = =− =− = . ( ) .
Ganancia total=( . )(- . )=15390.92 V.
BIBLIOGRAFÍA http://es.scribd.com/doc/5811242/Amplificador-en-cascada#scribd http://es.slideshare.net/jorgegaxiola/amplificadores-en-cascada?qid=b2ec2509-d9cd488a-b9e1-c09d905215fe&v=&b=&from_search=1 http://es.slideshare.net/jorgegaxiola/amplificadores-en-cascada
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