PRÁCTICA 8. “RESPUESTA EN FRECUENCIA” OBJETIVO
Determinamos la respuesta en frecuencia de un amplificador
INTRODUCCIÓN La respuesta en frecuencia de un amplificador describe la facilidad con que el amplificador reproduce una gama o margen de frecuencias. A causa del precio y otras consideraciones prácticas, al diseñarse un amplificador debe de especificarse el margen de frecuencias en el que trabaja (ancho de banda). Diagrama de Bode o Respuesta de Frecuencia – Frecuencia – es es la variación causada, si alguna, en el nivel de la señal de salida cuando la frecuencia de la señal es cambiada o la manera en el cual el artefacto responde a cambios en la frecuencia de la señal. Las variaciones en la salida pueden ser: en la amplitud (la ganancia del amplificador es una función de la fre cuencia) en el ángulo de fase (cambio en fase) de la salida relativo a la entrada La magnitud de la respuesta de frecuencia (diagrama de Bode) de un amplificador es representada en una gráfica que muestra la amplitud de la salida (ganancia de voltaje) vs. Fre cuencia
EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio.
MATERIAL Alambres y cables para conexiones Tableta de conexiones. 1 Resistencia de 15kΩ 15kΩ a ½ watt. R2 1 Resistencia de 3.3kΩ 3.3kΩ a ½ watt R1 1 Resistencia de 2.2kΩ 2.2kΩ a ½ watt R6 1 Resistencia de 1.5kΩ 1.5kΩ a ½ watt R3 1 Resistencia de 220Ω 220Ω a ½ watt R4
1 Resistencia de 33Ω a 33Ω a ½ watt R5 1 Capacitor de 680µF a 25V C4 1 Capacitor de 100µF a 25V C3 1 Capacitor de 22µF a 25V C2 1 Capacitor de 10µF a 25V C1 1 Transistor 2N3904 T
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Armé el circuito. Ajusté Vi, con una señal senoidal de 200mVpp y una frecuencia de 1kHz. Apagué Vi, y anoté los valores que se indican en la tabla.
12 12V
R4
R2
220Ω
15kΩ
Q1 2N3904
Probe1 Probe2
Vc (V) 9.94
R3
R5
1.5kΩ
33Ω
Ve (V) 0.3
Vce (V) 9.91
Ib (uA) 43.5
Ic (mA) 9.4
12 12V
R2 15kΩ
R1 3.3kΩ
.1Vpk 1kHz 0°
C1
R4 220Ω
C2 Q1 22µF 2N3904
10µF R6 R3
R5
1.5kΩ
33Ω
2.2kΩ
C3 100µF
2. Encendí Vi, medí y dibujé las señales en Vi y Vs, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase.
3. Haciendo las mediciones y observaciones necesarias, llené la tabla 8.1. El valor de Vi en todas las mediciones debe mantenerse en 200mVpp, de ser necesario se ajustó. Frecuencia Vi (mVpp) Vs (Vpp) Observaciones 20 200 .316 40 200 .364 60 200 .434 80 200 .52 100 200 .84 200 200 1.1 400 200 1.26 600 200 1.28 800 200 1.30 1K 200 1.34 A partir de 1KHz la ganancia se mostró la adecuada 2K 200 1.4 4K 200 1.4 6K 200 1.4 8K 200 1.4 10K 200 1.4 4. Cambié el capacitor de desvió C3 por C4, y repetí los pasos 3 y 4 llenando ahora la t abla Frecuencia Vi (mVpp) Vs (Vpp) Observaciones 20 200 7.28 40 200 1.1 60 200 1.3 80 200 1.37 100 200 1.44 200 200 1.5 A partir de 200Hz el sistema ya se mantuvo a la ganancia adecuada 400 200 1.5 600 200 1.5 800 200 1.49 1K 200 1.49 2K 200 1.5 4K 200 1.5 6K 200 1.5 8K 200 1.5 10K 200 1.5
CUESTIONARIO 1. Con los valores obtenidos en la práctica, calcule β. 9.4 = = 218 43.5 2. Calcule la ganancia de voltaje para cada una de las mediciones efectuadas en la tabla 8.1 y 8.2.
Frecuencia 20 40 60 80 100 200 400 600 800 1K 2K 4K 6K 8K 10K
Capacitor 100uA Vi (mVpp) Vs (Vpp) 200 .316 200 .364 200 .434 200 .52 200 .84 200 1.1 200 1.26 200 1.28 200 1.30 200 1.34 200 1.4 200 1.4 200 1.4 200 1.4 200 1.4
ΔV 1.58 1.82 2.17 2.6 4.2 5.5 6.3 6.4 6.5 6.7 7 7 7 7 7
Capacitor 680uA Vi (mVpp) Vs (Vpp) 200 .728 200 1.1 200 1.3 200 1.37 200 1.44 200 1.5 200 1.5 200 1.5 200 1.49 200 1.49 200 1.5 200 1.5 200 1.5 200 1.5 200 1.5
ΔV 3.64 5.5 6.5 6.85 7.2 7.5 7.5 7.5 7.45 7.45 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5
3. Grafique, en papel semi-logarítmico semi-logarítmico la relación Δv/ω según los datos obtenidos durante el desarrollo de la práctica, para las t ablas 8.1 y 8.2. (Se anexa al final como gráfica 1) 4. ¿Qué efecto, con respecto a la frecuencia, producen los capacitores de acoplo y desvió del circuito de la figura 8.1? Los capacitores a frecuencias muy bajas no producen la ganancia adecuada, la cual se obtiene en un máximo cuando llegan a una frecuencia adecuada, en el caso de 1KHz regularmente. 5. ¿Por qué es importante conocer la r espuesta en frecuencia en un amplificador? Es importante debido al uso del transistor, se sabe que a cierta frecuencia no actuará de forma correcta y su ganancia puede ser muy diferente, esto puede afectar a diseños donde se debe atenuar/amplificar una señal y esto no pase debido a que no está el transistor en una frecuencia correcta de funcionamiento 6. Compare los resultados de las tablas 8.1 cuando el capacitor es de 100µF con los de la tabla 8.2, cuando el capacitor es de 680µF, comente sus resultados. El voltaje de Vs alcanza su valor de ganancia adecuado más rápido en 680µF que en 100µF el cual se tarda más con valores pequeños 7. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. Teóricos Vc (V) Ve (V) Vce (V) Ib (uA) Ic (mA) 10 0.3 9.97 50.5 9.07 Prácticos Vc (V) 9.94
Ve (V) 0.3
Vce (V) 9.91
Ib (uA) 43.5
Ic (mA) 9.4
El transistor 2n3904 tiene una ganancia muy variada sin embargo en este caso demostró valores muy aproximados a los cálculos, por lo que se puede decir que el transistor está trabajando correctamente. 8. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. Teórico Vi (mVpp) 200
Vs (Vpp) 1.31
Práctico Vi (mVpp) 200
Vs (Vpp) 1.5
Las ganancias son muy parecidas, esto quiere decir que a una frecuencia apropiada para trabajo el transistor está trabajando de acuerdo a lo calculado.
Conclusiones: La respuesta en frecuencia es una pieza clave en el análisis de circuitos debido a que los dispositivos electrónicos no siempre actúan como esperamos a determinadas frecuencias, un transistor ideal tiene un rango de frecuencias (ancho de banda) en donde trabajará adecuadamente pero como pudimos ver en el circuito a bajas frecuencias el transistor no hace una ganancia adecuada y esto se debe a los transistores de desvío y acoplo. Podemos observar que este análisis es importante en nuestro análisis de CA pues en CD los capacitores no afectan.
Bibliografía Apuntes de Clase – Clase – Amplificación Amplificación de Señales (Ing. Ubaldo Ramírez Urizar) http://facultad.bayamon.inter.edu/cgonzalezr/ELEN3312/Frequency_response_aug08.pdf
