Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
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Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y EléctricaUnidad ZacatencoEscuela Superior de Ingeniería Mecánica y EléctricaUnidad ZacatencoPráctica 4Amplificador emisor común con acoplamiento RCPráctica 4Amplificador emisor común con acoplamiento RC-
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Zacatenco
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Zacatenco
Práctica 4
Amplificador emisor común con acoplamiento RC
Práctica 4
Amplificador emisor común con acoplamiento RC
Laboratorio de Electrónica LinealFecha de inicio: 22/03/2017 Fecha final; 05/04/2017 Fecha de entrega: 19 / 04 / 2017No. De equipo: 1Integrantes:NombreBoletaEnciso Paredes AngelMendoza Hernández Marco A.Sánchez García Julián Alejandro201430045920143011892014301722Grupo: 6CM4Profesor: Gabriel Vega ReyesProfesora adjunta: UBALDO ARRIETA ELVIRALaboratorio de Electrónica LinealFecha de inicio: 22/03/2017 Fecha final; 05/04/2017 Fecha de entrega: 19 / 04 / 2017No. De equipo: 1Integrantes:NombreBoletaEnciso Paredes AngelMendoza Hernández Marco A.Sánchez García Julián Alejandro201430045920143011892014301722Grupo: 6CM4Profesor: Gabriel Vega ReyesProfesora adjunta: UBALDO ARRIETA ELVIRA
Laboratorio de Electrónica Lineal
Fecha de inicio: 22/03/2017 Fecha final; 05/04/2017
Fecha de entrega: 19 / 04 / 2017
No. De equipo: 1
Integrantes:
Nombre
Boleta
Enciso Paredes Angel
Mendoza Hernández Marco A.
Sánchez García Julián Alejandro
2014300459
2014301189
2014301722
Grupo: 6CM4
Profesor: Gabriel Vega Reyes
Profesora adjunta: UBALDO ARRIETA ELVIRA
Laboratorio de Electrónica Lineal
Fecha de inicio: 22/03/2017 Fecha final; 05/04/2017
Fecha de entrega: 19 / 04 / 2017
No. De equipo: 1
Integrantes:
Nombre
Boleta
Enciso Paredes Angel
Mendoza Hernández Marco A.
Sánchez García Julián Alejandro
2014300459
2014301189
2014301722
Grupo: 6CM4
Profesor: Gabriel Vega Reyes
Profesora adjunta: UBALDO ARRIETA ELVIRA
Objetivos
Que el estudiante calcule un amplificador en la configuración de emisor común con acoplamiento RC para una ganancia de voltaje en la banda media (Avm) y una frecuencia de corte en bajas (fcb) dadas.
Que el estudiante utilice la información requerida para el diseño a partir de las hojas de datos del transistor empleado.
Que el estudiante obtenga e interprete las gráficas de Bode así como las gráficas de impedancia de entrada (Zent) y de salida (Zsal) en función de la frecuencia.
Que el estudiante indique las causas de las diferencias encontradas entre los valores teóricos y experimentales de Avm, fcb, fca, Zent y Zsal
Introducción
Marco Teorico
El amplificador con transistor bipolar en emisor común (en adelante EC) es uno de los más utilizados, debido a sus elevadas ganancias tanto de tensión como de corriente, como al hecho de tener unas impedancias de entrada y salida con valores intermedios, lo que le hace ideal para etapas intermedias. El punto de partida del amplificador en EC es el conocido circuito autopolarizado en emisor común con resistencia de emisor que se puede apreciar en la figura siguiente, al que se añaden tres condensadores adicionales.
Ci y Co son los condensadores de acoplo. Se usan para acoplar (o sea conectar) el amplificador con las etapas anterior y posterior. ¿Por qué se usan condensadores y no se hace la conexión directamente? Porque por una conexión directa circula cualquier tipo de señal además de la señal a amplificar, como por ejemplo la corriente de polarización que circula por R1 y R2 y fija el punto de trabajo del transistor. Esto es algo que no nos podemos permitir, ya que el punto de trabajo variará en función de la impedancia de entrada o salida que pongamos. Sin embargo los condensadores, al tener una impedancia variable de manera decreciente con la frecuencia ( para continua, 0 para una frecuencia lo suficientemente alta), permitirán que la tensión en la base (o el colector) permanezca estable y dejarán pasar la señal a amplificar (alterna) como si de un conductor se tratase.
Vamos a analizar el funcionamiento del amplificador frente a diversas señales de entrada. Montamos el circuito de la figura en EWB. Conectamos una fuente de 10KHz a la entrada y observamos las distintas salidas. En las gráficas de la figura la entrada se representa en rojo y la salida en azul.
Para una entrada de 10mV Obtenemos en el colector la salida de la gráfica 1. Obsérvese que VCE experimenta una oscilación alrededor del punto de trabajo, de forma que en los semiciclos positivos de la onda de entrada el 8 transistor conduce mejor, por lo que la tensión en extremos se hace menor, y obtenemos el efecto contrario para los semiciclos negativos. Como se ve la ganancia es, en efecto, negativa. Esta señal no es una alterna pura, si no que posee un offset de continua (VCE(Q)). El condensador de acoplo de la salida elimina dicha componente continua, obteniéndose en la carga la señal de la gráfica 2. Si aumentamos la señal de entrada hasta un valor de 30mV, que por lo calculado anteriormente, excede el valor máximo que se puede introducir sin distorsión, vemos en la gráfica 3 que la salida en el colector queda distorsionada. Esto es debido a que se supera el valor máximo en el transistor (que como vimos eran 11V) y esto hace que la señal quede recortada en su parte superior.
Enunciado del problema
Calcular el valor comercial de las componentes de los circuitos de la figura 1 para obtener uan frecuencia de corte en bajas de fcb= (wcb=2πfcb). La ganancia en voltaje del amplificador en la banda media debe ser: "Avm"= "VsalVg". El generador proporciona una señal sinusoidal, la impedancia de salida del generador Rg=82Ω y la impedancia de carga es una resistencia de valor Rcar=4.7kΩ (para todas las especificaciones de diseño se tolera una variación del 10%)
Calcular la frecuencia de corte en altas fca = (wca= 2πfca), para este circuito cuando se conecta externamente un capacitor Cext=1000pFd entre colector y base del transistor.
Cálculos
FCB.
Ic= 12 mA
Vce= 6V
hfe= 200, hie=800Ω
gm= 40Ic = 0.48
rπ=βgm= 2000.48 =416Ω
RB= R1""R2= 12k""3.9k =2943.39Ω
Avm=-2943.393025.39*200255.331809.92+416+383=19.04
RE1=0.97*(200)(255.33)(15)(201)-1809.03+416+383201=3.4Ω
RE2=RE-RE1=180-3.11=176.4Ω
RS1=(4.7103)+{2943.39""[416+383+3.4(201)]}=5685.9Ω------(4Hz)
RS2=270+4.7103=4970Ω------(40Hz)
RS3=176.4""{3.4(800)(1809.92)201 }=172.2Ω--------(400Hz)
C1=16.28*4Hz*5685.9=7μF
C2=16.28*40Hz*4970=0.8μF
C3=16.28*400Hz*172.2=2.3μF
BAF.
CT=Cπ+Cμ (1-Av)
Cμ=2.5p(106)1/3=2.96pF
Cπ=gmWt-Cμ=0.486.28*305x106=2.96x10-12
Cπ=247pF
CT=247.5pF+(2.96pF)(-14)=206pF
Rs=rπ""{rx+(RB""Rg)+RE1(β+1)}=416""{383+1809.92+3.4(201)}=363.4Ω
Fca=12πRs(CT)=16.28*363.4Ω*206x10-12=2.126MHz
Desarrollo
Con los valores calculados, arme el circuito de la figura 1 y efectué las siguientes mediciones:
Medición del Vce e Ic
Medición de la ganancia en función de la frecuencia
Medición de fase en función de la frecuencia
Medición de la impedancia de entrada en función de la frecuencia
Medición de la impedancia de salida en función de la frecuencia
Llenar las tablas y hacer las gráficas correspondientes.
En el circuito de la figura 1, conectar un capacitor Cext=1000pF entre colector y base del transistor y efectuar nuevamente la medición de fca(llenar la tabla correspondiente).
TABLA 1. Resultados experimentales del módulo de ganancia en voltaje en función de la frecuencia.
Gráfica 1. Ganancia de voltaje en función de la frecuencia del amplificador
Gráfica 1.1. Ganancia de voltaje en función de la frecuencia del amplificador, con capacitor externo de 1000 pFd
Tabla 1.1. Resultados experimentales, ganancia en voltaje con capacitor externo de 1000 pFd
FRECUENCIA (Hz)
# DE DIVISIONES EN EL EJE DEL TIEMPO CORRESPONDIENTE AL PERIODO, Np
# DE DIVISIONES EN EL EJE DE TIEMPO CORRESPONDIENTE AL ANGULO DE FASE, Nø
ANGULO DE FASE
Ø°={Nø.360Np}°
397.89
9
5
200
647.168
6
3.3
198
959.366
9
5.5
220
1.6K
10
5.5
198
2.14K
9.5
4.5
170
30.74K
6
2
120
10.26K
4
1.2
108
TABLA 2. Resultados experimentales del Angulo de fase en función de la frecuencia.
FRECUENCIA [Hz]
VOLTAJE GENERADOR (DESPUES DE Rg), Vg(V)
VOLTAJE ENTRADA AL AMPLIFICADOR, Vg
IMPEDANCIA ENTRADA,
Zent=Vg´Vg-Vg´Rv (KΩ)
124.34
374
324
7.77
299
362
316
8.24
492
298
262
8.73
572
298
266
9.975
771
285
256
10.59
1K
295
255
7.65
3K
282
243
7.476
4.53K
278
235
6.558
6.14K
267
224
6.251
34.64K
257
210
5.361
51.10K
258
199
4.047
2.1M
69.3
44.2
2.11
TABLA 3. Resultados experimentales de la impedancia de entrada en función de la frecuencia
FRECUENCIA [Hz]
VOLTAJE SALIDA SIN CARGA Vsal (V)
VOLTAJE SALIDA CON CARGA Vsal´ (V)
IMPEDANCIA DE SALIDA
Zsal=Vsal-Vsal´Vsal´Rcar (Ω)
285
2.75
2.65
177.35
378
2.96
2.84
198.59
511
3.13
3.01
187.37
977
3.32
3.22
145.96
3.41K
3.54
3.43
150.72
5.53K
3.58
3.46
163
7.6K
3.61
3.48
175.57
10.02K
3.63
3.51
160.68
100.27K
3.74
3.62
155.8
1M
3.5
3.38
166.68
2.44M
2.62
2.5
161.14
TABLA 4. Resultados experimentales de la impedancia de salida en función de la frecuencia.
GAN.
VOLT.
BANDA
MEDIA
"Av"
GAN.
VOLT.
BANDA MEDIA Db,"AvM"
ANG.
FASE
BANDA MEDIA Øm (°)
FRECC.
CORTE BAJAS fcb(Hz)
FRECC.
CORTE ALTA, fca(Hz)
FRECC.
CORTE SUPERIOR
CON Cext
Fca (Hz)
IMPEDANCIA
ENTRADA
EN BANDA MEDIA
Zent (Ω)
IMPEDANCIA
ENTRADA EN BANDA MEDIA
Zsal (Ω)
VALOR
TEORI-CO
VALOR
EXPERI-MENTAL
TABLA 5. Comparación de valores teóricos y experimentales de las características principales del amplificador emisor común con acoplamiento RC.
Conclusiones
Bibliografía
THOMAS L. FLOYD. (2008). Dispositivos Electrónicos. México: PEARSON EDUCACIÓN.
