UNMSM Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica
APELLIDOS Y NOMBRES:
CÓDIGO:
Lizama Lucero, Leonardo Jean Pierre
16190297
CURSO:
TEMA:
Circuitos Electronicos II
Respuesta en Baja Frecuencia de un Amplificador de una sola etapa
INFORME:
FECHAS:
Previo
NOTA
REALIZACIÓN:
ENTREGA:
13-05-2018
15-05-2018
NÚMERO:
4
GRUPO:
PROFESOR:
“L8” / Lunes 18:00 – 20:00
Cordova Ruiz Russell
“
RESPUESTA EN BAJA FRECUENCIA
DE UN AMPLIFICADOR DE UNA SOLA ETAPA”
I.
OBJETIVOS - Investigar la influencia de los condensadores
de acoplo y desacoplo sobre el punto de corte inferior de un amplificador de audio.
II.
MARCO TEÓRICO
La respuesta en frecuencia en los amplificadores establece el rango en el cual trabajará el sistema sin distorsionar la señal. Este se conoce como ancho de banda (BW, Band Width) y determina las frecuencias para las cuales se produce el proceso de amplificación. La determinación de este parámetro depende de los dispositivos y de la configuración amplificadora. La respuesta en frecuencia de un amplificador consta de tres áreas bien definidas: • La región de baja frecuencia, descrita por la respuesta de un filtro pasa-alto. • Una región independiente de la frecuencia (área central de la curva). • La región de alta frecuencia, descrita por la respuesta deun filtro pasa-bajos.
La región de baja frecuencia se caracteriza por una frecuencia de corte inferior fL (ó ωL), la región de alta frecuencia se describe a través de la frecuencia de corte superior, fH (ó ωH ). Se define ancho de banda como:
En la práctica, si los circuitos son acoplados directamente, BW = fH . Para determinar la respuesta en frecuencia de un amplificador monoetapa, se consideran tanto los efectos producidos por los condesadores de acoplo, como los efectos capacitivos del dispositivo activo. Para el BJT se debe usar un modelo que describa los efectos de alta frecuencia, éste se conoce como modelo híbrido π.
Modelo híbrido π
El circuito de la figura siguiente, es el modelo de alta frecuencia del BJT, donde Cπ , es la suma de la capacitancia de difusión en el emisor y la capacitancia de la unión en el emisor, debido a que el primero es mayor se considera casi igual a la capacitancia de difusión. C μ, es la capacidad de union del colector, rx (ó rb) representa un efecto resistivo parásito de contacto (llamada resistencia de difusión de la base), rπ , equivale a la resistencia de la base.
Los parámetros Cπ y C μ , son llamados Cbe y Cbc respectivamente y en las hojas de especificación de transistores aparecen como Cib (capacitancia de entrada en base comun) y Cob (Capacitancia de salida en la configuración base común) respectivamente. El modelo puede ser completado usando un resistor ro en paralelo con la fuente de corriente. El parámetro gm, se conoce como transconductancia y se define en términos de los parámetros de polarización como gm = IC/VT y en términos de hf e se tiene que gm = hfe/rπ
III.
CUESTIONARIO PREVIO 1.- En el circuito calcular teoricamente Vb, Vceq, Icq.
Hacemos el equivalente Thevenin:
Vth=12*12K/ (12K+56K) =2.12v Rth=12K//56K=12K*56K/ (12K+56K) =9.88kΩ
En la primera malla:
LVK:
2.12=9.88K*IB+VBE+690*IE
Pero:
IE=IC+IB
Y
IC=βIB
1.47=9.88K+690+690*β*IB Sabemos que β=120 y reemplazando obtenemos el valor de IB IB=15.74 μA
→
ICQ=1.89 mA
En la segunda malla:
LVK:
12=1.5K*IC+VCE+690*IE
Reemplazando los valores de IC=1.89 mA y de IE= (1+ β) IB=121*15.74 μA=1.9mA Y despejando VCEQ se tiene:
VCEQ=7.85 V
2.-Despreciando el efecto de los condensadores (frecuencias medias) calcular la ganancia de voltaje, Al despreciar el efecto de los condensadores y realizar el circuito equivalente en corriente alterna nos quedaría de esta forma:
Av=VoVg=Vo/ib*ib/Vi*Vi/Vg
hie=120*26 mV/1.89 mA hie=1.65KΩ RB=R1//R2=12K//56K=9.88KΩ Tenemos: Vo=βib(Rc//RL) Voib=β(Rc//RL) Vi=ib(hie+β+1Re1) ibVi=1(hie+β+1Re1) Vg(Rg+RB//(hie+Re1(β+1)))RB//(hie+Re1(β+1))=Vi ViVg=RB//(hie+Re1(β+1))(Rg+RB//(hie+Re1(β+1))) Finalmente: Av=VoVg=Voib*ibVi*ViVg Av=β (Rc//RL)*1(hie+(β+1)Re1)*RB//(hie+Re1(β+1))(Rg+RB//(hie+Re1(β+1))) Reemplazando: Av=120(1.3K)*1(1.65K+121*220)*9.88K//(1.65K+220(121))(470+9.88K//(1.65K +220(121))) Av= (91K)*1(16.69K)*6.21K(6.68K) Av=5.18V
3.-Encontrar la frecuencia de corte para Ci, Co y Ce, mostrando los circuitos equivalentes.
Analizando con el efecto del condensador Ci:
Primero se halla la resistencia total en los bornes del capacitor Ci Rin=R1//R2// (hie+ (Re1) (1+hfe))
Rin=9.88K//(1.65K+0.22K*121)=8.8K Entonces: fLi=1/2π (Rg+Rin) Ci fLi=1/2π (1K+7.32K) *22μ fLi=0.869Hz
Analizando con el efecto del condensador Co:
Hallo la resistencia Thevenin para Co Ro=Rc+RL Ro=1.5K+10K=11.5K Entonces la frecuencia de corte es: fLi=1/2π(Rc+RL)Cc fLi=1/2π(1.5k+10K)*22μ fLi=0.62 Hz
Analizo con el efecto del condensador de desacoplo Ce:
Calculando la resistencia Thevenin para el capacitor Ce Re’=[[(Rg//RB+hie)/(β+1)]+Re1]//Re2 Re’=[[(1K//9.88K+1.65K)/(120+1)]+220]//470 Re’=241.1//470 Re’=159Ω Entonces la frecuencia de corte debido a Ci es: fLi=1/2πRe’Ce fLi=1/2π*159*47 μ fLi=21.56 Hz
4.- ¿Cuál de las frecuencias de corte es la que influye en las respuestas de bajas frecuencias del amplificador?¿Por que? . Como las frecuencias de corte de los condensadores de acoplamiento son muchos menores con respecto a la frecuencia de corte del condensador de desacoplo: 21.56 Hz>>0.62 Hz
y
21.56 Hz>>0.869Hz
Entonces la frecuencia de corte máxima determinara en esencia la frecuencia de corte inferior para todo el sistema. Eso quiere decir que la frecuencia de
corte que influye en las respuestas de baja frecuencia es la del condensador de desacoplo.
IV.
PROCEDIMIENTO
Se procede a armar y simular el circuito en un programa simulador llamado Proteus:
RESULTADOS
V.
Mediante simulación se obtuvo los siguientes valores: Valor simulado
VI.
ICQ 1.0mA
DISCUSIÓN DE RESULTADOS -
VII.
VCEQ 7.899v
A frecuencias altas, la onda de salida se ve desfasada a la perfección. Ademas de que la configuracion del amplificador del amplificador es Emisor Comun, su ganancia de voltaje tenderá a 1.
CONCLUSIONES La determinación de la respuesta en frecuencia de un amplificador se describe a través del BW, ωL y ωH. La determinación exacta de dicha respuesta se realiza reemplazando el modelo de los dispositivos activos que consideran el efecto de la variación de la frecuencia, luego, mediante la función de transferencia se obtiene el diagrama de bode. Este método puede resultar inmanejable cuando se tienen más de dos capacitores.
Para determinar la frecuencia inferior, se calculan los inversos de cada contante de tiempo con los capacitores en corto circuito, las que se suman para obtener la freceuncia de corte inferior.
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Principios de Electrónica – Roberto Malvino
Savat, C., Roden, M., 1992. Diseño Electrónico.
Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos – Robert L. Boylestad.
Floyd - 8va Edicion - Dispositivos Electronicos
http://ieee.udistrital.edu.co/concurso/electronica2/diferencial.html