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TEMA: CIRCUITO AMPLIFICADOR CON ACOPLAMIENTO CAPACITIVO.

Objetivos:

Diseñar un circuito amplificador de tensión y de corriente que tenga una configuración en cascada con amplificadores emisor y colector común.

Obtener un circuito que nos genere una ganancia de voltaje y de corriente por medio de una configuración de amplificadores en cascada con acoplamiento capacitivo.

Analizar las condiciones que debe cumplir el circuito para que este actúe como circuito amplificador.

Investigar como debe ser la configuración de los 2 circuitos amplificadores a usarse.

Obtener cada uno de los voltajes y corrientes en los elementos del transistor.

Analizar el comportamiento del transistor como un cuadripolo y obtener los parámetros híbridos del mismo.

Verificar el funcionamiento del amplificador en el laboratorio.

Materiales y Equipos:

a) Materiales Resistencias Transistores NPN 1N3904 Capacitores Cables Protoboard

b) Equipos: Fuente de Voltaje DC Generador de señales Osciloscopio Multímetro

1. Marco Teórico

Amplificador Multietapa

Los amplificadores multietapa son circuitos electrónicos formados por varios transistores, que pueden ser acoplados en forma directa o mediante capacitores.

Se llama amplificador multietapa a los circuitos o sistemas que tienen múltiples transistores y además pueden ser conectadas entre sí para mejorar sus

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respuestas tanto en ganancia, Zin, Zout o ancho de banda. La aplicaciones pueden ser tanto de cc como de ca.

Amplificador en Cascada

Una conexión popular 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.

La ganancia total del amplificador en cascada es el producto de las ganancias de las etapasAv1 yAv2.

Acoplamiento Capacitivo

El acoplamiento capacitivo o por condensador se usa para interconectar distintas etapas, en las cuales sólo se desea amplificar señal. La presencia del capacitor anula las componentes de cc, permitiendo sólo la amplificación de señales en ca. Los amplificadores de ca usan acoplamiento capacitivo. Permite mayor libertad en el diseño, pues la polarización de una etapa no afecta a la otra.

Características del Amplificador en Cascada con Acoplamiento Capacitivo

El punto de operación de cada transistor actúa por separado, por lo que una etapa no afecta a la otra.

Genera mayor ganancia de corriente Dependiendo de la configuración que usemos se genera baja impedancia

de salida, lo que evita el efecto de carga. La amplificación de la señal se efectúa por etapas: la salida de una excita la

entrada de la etapa siguiente. La ganancia general del amplificador en cascada es el producto de las

ganancias de las etapas

Etapas:

Primera etapa, proporciona una alta resistencia para evitar pérdida del nivel de señal cuando el amplificador se alimenta con una fuente de alta resistencia.

La función de las etapas intermedias de la cascada de un amplificador es proporcionar la ganancia de voltaje.

Etapa salida de un amplificador: proporciona una baja impedancia de salida con el fin de evitar pérdida de ganancia

3

La carga en el primer amplificador es la resistencia de entrada del segundo amplificador.

No es necesario que las diferentes etapas tengan las mismas ganancias de tensión y de corriente.

2. Etapa de Diseño

En este caso usaremos un amplificador que tenga las configuraciones con Emisor-Común y uno con Colector Común.

Colocaremos primero el amplificador Emisor-Común que genera la ganancia de voltaje, y luego tendremos el circuito Colector- Común que genera la ganancia de corriente.

El orden se debe a que el emisor común nos proporcionara la señal amplificada, y con una impedancia de salida alta, mientras la configuración colector común se encarga de que la impedancia de salida sea baja y se produzca mayor ganancia de corriente, para de este modo evitar el efecto de carga.

DATOS:

VIN=1*sin(wt)

AV=1

Primero haremos el diseño del circuito amplificador Colector Común, de modo que podamos encontrar una RL para el emisor común, que será igual a la impedancia de entrada del circuito Colector - Común.

El esquema del circuito con configuración colector común es el siguiente.

Q1

2N3904

RB1

220kΩ

RB2

220kΩ

Vcc

20 V

RL1kΩ

CE

330µF

RE2

2.2kΩ

CB

100µF

Vin

7 Vpk 20 Hz 0°

Datos de Diseño:

4

Vin=3.5∗sin (wt )

Vo=3.5∗sin (wt )

RL=1kΩ

Transistor NPN 2N 3904

βmin=30 ; βmax=300

PCEmax=625 [mW ]

ICmax=200mA

V CEmax=40[V ]

f min=20Hz ;f max=20KHz

Para el análisis empezamos haciendo el diagrama de Voltajes:

5

Con esto podemos determinar las condiciones para que no haya recorte, estas son:

1. Vo p−¿ ≤IE∗(ℜ∨¿RL)¿

2. VCE≥6 [V ]3. VCE≥Vo p+¿+Vsat ¿

Analizando la primera condición tenemos que:

Vop−≤ I E∗¿

Vop≤V E

RE

∗¿

Despejando VE resulta que:

(R¿¿ E∗V op)¿¿ ¿

De esto podemos determinar que podemos tener casos que son:

1ERA CONDICION 2DA CONDICION 3ERA CONDICIONRE≪RL RE≫RL RE=RL

Al menos 10 veces menor

RE=RL

10=1K10

=100 [Ω ]

El voltaje del emisor nos quedará:

V E≥100Ω∗3.5

(100Ω∨¿1000Ω)V E≥3.85 [V ]

Aplicando el facor detolerancia

V E=3.85∗1.2=4.62[V ]

IE=V E

RE

=4.62100

IE=46.2[mA ]

Al menos 10 veces mayor

RE=R l∗10=1k∗10

RE=10 [KΩ]

El voltaje del emisor nos quedará:

V E≥10000Ω∗3.5

(10000Ω∨¿1000Ω)V E≥38.5 [V ]

Aplicando el facor detolerancia

V E=38.5∗1.2=46.2[V ]

IE=V E

RE

= 46.210000

IE=4.62[mA ]

RE=1 [KΩ]

El voltaje del emisor nos quedará:

V E≥1000Ω∗3.5

(1000Ω∨¿1000Ω)V E≥14 [V ]

Aplicando el facor detolerancia

V E=7∗1.2=8.4[V ]

IE=V E

RE

= 8.41000

IE=8.4 [mA ]

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Analizando los datos obtenidos con cada condición, podríamos escoger la primera y tercera condición, la segunda no sería muy óptima ya que necesitaríamos un Vcc bastante alto.

Para nuestro diseño escogemos la tercera condición, de modo que nuestros datos son:

V E=8.4 [V ] ; RE=1K RL=1K

Ahora sabemos que:

V B=V BE+V E=0.7+8.4

V B=9.1 [V ]

Luego asumimos que IB→0, de modo que:

IE=IC=8.4mA

Debemos considerar que como el transistor está compuesto por diodos, este se afecta por los cambios de temperatura, y existirá una variación de voltaje ∆V BE, de modo que:

IE=V B−V BE±∆V BE

RE

;V E=IB−V BE

IE=V E±∆V BE

RE

Para que las variaciones de voltaje no afecten, el valor de este debe ser despreciable respecto a VE, de modo que:

V E≫ ∆V BE , esto quieredecie que debe ser de almenos10vecesmas

V Emin=1 [V ] ,este valor lo escogemos paraque hayaestabilidad termica .

Ahora, consideramos la segunda y tercera condición para que no haya recorte

V CE≥6 [V ]

V CE≥V inp+¿+V sat ;V sat= 4[V ] ¿

V CE≥3.5+4 ;V CE≥7.5 [V ]

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Como se observa si estamos cumpliendo las 2 condiciones para que no haya recorte.

Aplicando el factor de tolerancia tenemos que:

V CE=7.5∗1.2=9 [V ]

DETERMINACION DE RB1 Y RB2

I 2≫ IBmax

IBmax=Icϐmin

=8.4mA30

=280 [u A ]

I 2≫280[uA]

Como la corriente debe ser al menos 10 veces mayor, esta será igual a:

I 2=2800[uA ]

RB2=V B

I 2=V E+V BE

I 2= 8.4+0.72800∗10−6

RB2=3250Ω3.3k Ω, valor comercial2.7 kΩ, valor comercial

Para que el circuito no dependa de las características del transistor, tenemos que escoger el menor valor, pero en este caso la resistencia se aproxima mucho a la de 3.3k de modo que:

RB2=3.3k Ω

Para RB1 tenemos que:

RB1=V cc−V B

I 1

Para esto debemos determinar Vcc

V CC=V CE+V E=9+8.4

V CC=17.4≃Usaremos18 [V ]

RB1=Vcc−V B

I 1= 18−9.1280∗10−6+2800∗10−6

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RB1=2564.935Ω2.7 kΩ, valor comercial2.2k Ω,valor comercial

En este caso escogemos la de 2.7k ya que es más cercana al valor calculado.

RB1=2.7kΩ

CÁLCULO DE LOS CAPACITORES QUE USAREMOS

Capacitor en la base CB

Vin

1 Vpk 1kHz 0°

XCB

2200µF

R

10kΩ

XCB=1

2πFC

XCBmax ≪Zin

12π f minCB

≪Zin

CB≫1

2π f min∗Z¿

Zin=R th∨¿Z∫¿ ¿

Rth=( 12700

+ 13300 )

−1

=1485[Ω]

Z∫¿=(hfe+1 )(ℜ+RE∨¿RL )¿

Z∫¿=(30+1)( 26mV8.4mA

+1000∨¿1000);Z∫¿=15595.952 ¿ ¿

ZinT=15.596k Ω

Zin=1.485 k∨¿15.596k

9

Z¿=( 12353.043478

+ 115835.833 )

−1

=2048.637Ω

CB≫1

2π (20 ) (1355.896 )

CB≫5.869∗10−6 F

CB≫≫3.8844u F ,como tieneque ser almenos10 vecesmayor :

CB=5.869∗10−5F=58.869uF ,

Un valor comercial es 100 uF

Hay que tomar en cuenta que este valor es una referencia a partir de la cual podemos empezar a variar el capacitor.

Calculo del capacitor del emisor CE

XCE≪RE

12π f minCE

≪ RE

CE≫( 12π f minRE

)CE≫( 1

2π∗20∗1000 )CE≫7.9577471545947669∗10−6F

Tiene que ser almenos 10 veces mayor

CE=7.9577471545947669∗10−6=79.58uF

Un valor comercial es 100 uF

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El diseño del circuito con todos los elementos obtenidos es el siguiente

Q1

2N3904

RB12.7kΩ

RB2

3.3kΩ

Vcc

17 V

RL1kΩ

CE

4700µF

RE1kΩ

CB

2200µFVin

3.5 Vpk 20 Hz 0°

Como se indico anteriormente los valores de los capacitores calculados eran referencias, para a partir de ellos empezar a variarlos de modo que los cruces sean iguales. Con los valores que encontramos mayor estabilidad fueron CB=2200 uF y CE=4700 uF

Comprobación con el uso del simulador

Para poder observar las graficas necesitamos cambiar las escalas del simulador ya que las 2 se superponen.

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SEGUNDA ETAPA DEL DISEÑO

CIRCUITO AMPLIFICADOR EMISOR - COMUNEl circuito amplificador total es el siguiente7

Q1

2N3904

RB1B2.7kΩ

RB2B3.3kΩ

Vcc

18 V

CE

3300µF

RE

1kΩ

CC

2200µF

RL

1kΩ

Q2

2N3904

RC

1.5kΩ

RB1A

6.8kΩ

RB2A

1.2kΩ

CE1

2200µF

RE2

180Ω

RE1

100Ω

V2

0.5 Vpk 20 Hz 0°

C2

2200µF

Como vemos la salida de voltaje del circuito emisor común, es la entrada de voltaje del circuito colector común. Podemos decir que la resistencia de carga del circuito emisor común es la impedancia de entrada al circuito colector común.

Necesitamos determinar la impedancia de entrada2

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IB2=V TH 2−0.7

RTH 2+RE(β+1)

IB2=13.75−0.7

68.75+80∗(30+1)

IB2=5,12 [mA ]

Impedancia de entrada del transistor 2

ZinT 2=Vin2i¿2

=hie∗ib 2+ie2∗(ℜ∨¿RL)

ib2

¿hie∗ib 2+(hfe+1 )∗ib 2∗(ℜ∨¿RL)

ib2

¿ (hfe+1 )∗ϒ e2+(hfe+1 )∗(ℜ∨¿ RL)

¿ (hfe+1 )∗(ϒ e 2+(ℜ∨¿ RL))

Reemplazando los datos tenemos que:

ZinT=(30+1 )∗(0,163810483871+( 180+ 18 )−1)

ZinT 1=230,53[Ω]

Impedancia de entrada2

Zin2=(Rth∨¿ ZinT )

Zin2=( 168.75

+ 1230,53 )

−1

Zin2=52,96 [Ω ]

Por tanto para el análisis el circuito equivalente será:

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Q2

2N3904

RC

1kΩ

RB1A

4.7kΩ

RB2A

680Ω

CC

2200µF

CE1

220000µF

RE2

33Ω

RE1

160Ω

V2

0.5 Vpk 20 Hz 0°

C2

10000µF

Zin21355.9084Ω

Datos de diseño:

Vin=0,23∗sin (wt ) Vo=1∗sin (wt ) AV=4,35 Transistor NPN 1N3904 ICmax=200 [mA ] ϐ=30 a300 V CEmax=40[V ] Pmax=625 [mW ] RL=Ziin2=52,96 f min=20[Hz] f max=20[kHz] Vcc=20[V ]

Diagrama de Voltajes

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Del grafico podemos observar las condiciones para que no haya recorte.

I. V inp−¿≤ IE∗RE1¿

II. V CE≥V inp+¿+V sat+V op−¿¿ ¿

III. V CE≥6V

IV. V op+¿≤ IC∗(RC∨¿R L)¿

1.1Determinación de RCPara determinar RL tomamos en cuenta la cuarta condición para que no haya recorte, es decir:

V op+¿≤ IC∗(RC∨¿R L)¿

sabemosque Ic=V RC

RC

, reemplazamos enla formula anterior y obtenemos .

V RC

Rc

≥V op

(RC∨¿RL)

IE.RE2

IE.RE1

VCC

O’

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V RC≥RC

(RC∨¿RL)∗V op

Como podemos observar en base a esta ecuación se pueden dar 3 casos en el que la resistencia RC puede estar.

a) RC=RL ,de dondenos quedaque RC=1.356k k Ωb) RC≪RL , RC debe ser almenos 10vecesmenor , es decir RC=135.6Ωc) RC≫RL , RC debe ser almenos 10vecesmayor , es decir RC=13.56kΩ

Ahora procedemos a calcular los valores de voltajes y corrientes para cada uno de los posibles valores de RL

a. RC=52,96Ω

V RC≥RC

(RC∨¿RL)∗V op

V RC≥52,96

( 152,96

+ 152,96 )

−1∗1

V RC≥2[V ]

Para poder pasar la desigualdad obtenida es necesario multiplicar por un factor de tolerancia que generalmente es del 20%, es decir hay que multiplicar por 1.2, de donde,

V RC=2.4 [V ]

Para la corriente tenemos que:

IC=V RC

Rc

= 2.452,96

I c=45,31 [mA ]

Esta opción si es aceptable porque si esta dentro del rango de funcionamiento del transistor, es decir IC< ICmax

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b. RC=135.6Ω

V RC≥RC

(RC∨¿RL)∗V op

V RC≥5,296

( 15,296

+ 152,96 )

−1∗1

V RC≥1,1[V ]

Multiplicando por el factor de corrección tenemos que:

V RC=1.32[V ]

Para la corriente tenemos que:

IC=V RC

Rc

= 1,325,296

I c=249,24 [mA ]

Esta opción también es aceptable porque si esta dentro del rango de funcionamiento del transistor, es decir IC< ICmax

c. RC=13.56k Ω

V RC≥RC

(RC∨¿RL)∗V op

V RC≥529,6

( 1529,6

+ 152,96 )

−1∗3.5

V RC≥11[V ]

Multiplicando por el factor de corrección tenemos que:V RC=13,2[V ]

Para la corriente tenemos que:

IC=V RC

Rc

= 13,2529,6

I c=24,92[mA ]Esta opción no es aceptable ya que la corriente calculada excede a la corriente máxima del transistor, por lo que desechamos esta opción.

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De estas opciones elegimos la primera, de modo que los valores con los que trabajaremos serán:

Rc=1.356k Ω 1.5k1.2kV

RC

=8.4V Ic= 8.41500

=5.6mA

Rc=52,96ΩV RC=2.4 V Ic=45,31mA

1.2DETERMINACION DE RE1 Y RE2

Asumimos que IB→0, de modo que:IE=IC=45,31mA

Debemos considerar que como el transistor está compuesto por diodos, este se afecta por los cambios de temperatura, y existirá una variación de voltaje ∆V BE, de modo que:

IE=V B−V BE±∆V BE

RE

;V E=IB−V BE

IE=V E±∆V BE

RE

Para que las variaciones de voltaje no afecten, el valor de este debe ser despreciable respecto a VE, de modo que:

V E≫ ∆V BE , esto quieredecie que debe ser de almenos10vecesmas

V Emin=1 [V ] ,este valor lo escogemos paraque hayaestabilidad termica .

Ahora, consideramos la primera condición para que no haya recorte

IE∗RE≥Vinp−¿; IE=

V E

RE

¿

V E

RE

≥V inp−¿

RE1

¿

V E≥Vinp−

¿∗RE

RE 1

, estaes la segundacondicion paraque nohaya recorte ¿

Para que esto se cumpla tenemos que.

RE

RE 1

>1 ;V E≥V inp ;queV Emin≥1 [V ]

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De estas opciones escogemos

V E=2V

Con estos datos determinamos las resistencias que necesitamos.

RE=V E

IE= 245,31∗10−3=44,14Ω

AV=RC∨¿RL

ϒ e+RE1

;ϒ e=26mVIE

RE1=RC∨¿ RL

AV−ϒ e

RE1=( 152,96

+ 152,96 )

−1

4,35− 26∗10−3

45,31∗10−3

RE1=5,51Ω5,6Ω,valor comercial5,1Ω,valor comercial

Para escoger la RE1 se toma la más alta ya que por estabilidad térmica el voltaje VE sea mas grande y no dependa el punto de operación del cambio de temperatura.

RE1=5,6Ω

RE2=RE−RE1=44,14−5,6

RE2=38,54Ω47Ω, valor comercial39Ω,valor comercial

Escogemos

RE2=39Ω

Verificaremos que se cumpla la condición anterior.

Vinp≤ I E RE 1

0.23≤45,31mA∗5,6

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0,23≤0.253↔si cumple

V E≥RE∗V inp

RE1

2≥44,14∗0.23

5,6

2≥1.81↔si cumple

1.3DETERMINACION DE RB1 Y RB2

I 2≫ IBmax

IBmax=Icϐmin

=45,31mA30

=1,51 [m A ]

I 2≫1,51 [m A ]

Como la corriente debe ser al menos 10 veces mayor, esta será igual a:

I 2=15,1[mA ]

RB2=V B

I 2=V E+V BE

I 2= 2+0.715,1∗10−3

RB2=178,81Ω150Ω,valor comercial180Ω,valor comercial

Para que el circuito no dependa de las características del transistor, tenemos que escoger el menor valor, de modo que:

RB2=150Ω

Para RB1 tenemos que:

RB1=V cc−V B

I 1

SabemosqueVcc tiene queser igual a20 [V ] , por lo calculadoen la primera parte

Veremos si cumple con las condiciones necesarias para actúe como amplificador, caso contrario debemos cambiar el Vcc de la primera etapa y recalcular los datos.

Vcc=V Rc+V CE+V E

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Sabemos que una de las condiciones para que sea amplificador es:

V CE≥6 [V ]

Verificamos que se cumpla este valor

V CE=20−2,4−2=15.6 [V ]

Como vemos si cumple con esta condición. Ahora la otra condición es:

V CE≥V inp+¿+V sat+V op−¿¿ ¿

De igual forma verificamos que también se cumpla esta condición

V CE≥0.23+2+1 ;V CE≥3,23 [V ]

Como vemos si cumple. De modo que nos queda que VCE es igual a:

V CE=15,6 [V ]

Calculamos RB1

RB1=Vcc−V B

I 1= 20−2.71,51 [m A ]+15,1 [m A ]

RB1=1041Ω1,2k Ω,valor comercial1kΩ,valor comercial

Escogemos la menor de modo que haya más corriente:

RB1=1[kΩ]

CÁLCULO DE LOS CAPACITORES QUE USAREMOS3

Capacitor den la base CB

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Vin

1 Vpk 1kHz 0°

XCB

2200µF

R

10kΩ

XCB=1

2πFC

XCBmax ≪Zin

12π f minCB

≪Zin

CB≫1

2π f min∗Z¿

Zin=R t h∨¿ Z∫¿¿

Z∫¿=(h fe+1) (ℜ+R E1)¿

Z∫¿=(30+1)( 26mV

45,31mA+5,6)¿

ZinT=191,39Ω

Zin=1k||150||191,39Ω

Z¿=77,57

CB≫1

2π (20 ) (77,57 )

CB≫102,58∗10−6

CB≫≫10.25uF ,como tieneque ser almenos10vecesmayor :

CB=1025,8uF ,

Un valor comercial es 1000 uF

22

Hay que tomar en cuenta que este valor es una referencia a partir de la cual podemos empezar a variar el capacitor.

Capacitor en el colector CC

12∙ π ∙ f ∙C c

≪ RL

12∙ π ∙20∗52,96

≪CC

CC≫150,26∗10−6 ;CC≫5.8685uF

Tiene que ser al menos 10 veces mayor:

CC=1502 ,6u F

Un valor comercial es 1500 uF

De igual forma hay que tomar en cuenta que este valor es una referencia a partir de la cual podemos empezar a variar el capacitor.

Calculo del capacitor del emisor CE

AV=(RC /¿RL)

RE1+re+XCE∨¿ RE 2

XCE≪RE2

12π f minCE

≪ RE2

CE≫( 12π f minRE2

)CE≫( 1

2π∗20∗39 )CE≫204,04∗10−6 F

Tiene que ser almenos 10 veces mayor

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CE=2040,4uF

Un valor comercial es 2200 uF

Como a veces no se cumple la ganancia deseada, es necesario que cambiemos la resistencia del emisor para aumentar la ganancia, en este caso nos ha tocado cambiar de la resistencia de 100Ω a una resistencia de 95 Ω

Con esto el circuito equivalente será:

RE222Ω

RC56Ω

VCC20 V

RB2150Ω

Zin252.96Ω

V20.23 Vpk 20 Hz 0°

RE15.6Ω

RB11kΩ

Q2

2N3904

CC

68000µFCB

68000µF

CE68000µF

Simulación de Voltaje de entrada y voltaje de salida

24

El circuito amplificador en cascada nos quedara de la siguiente manera:

RE222Ω

RC56Ω

VCC20 V

RB2150Ω

V20.23 Vpk 20 Hz 0°

RE15.6Ω

RB11kΩ

Q2

2N3904

CC

68000µFCB

68000µF

CE68000µF

Q1

2N3904

R1220Ω

R2100Ω

R380Ω

R48Ω

C1

3300µF

CALCULO DE PARAMETROS DE POLARIZACION

El circuito tiene polarización por divisor de tensión.Para este cálculo los capacitores actúan como circuito abierto, por lo tanto el circuito nos quedará

25

Para el análisis de este circuito tenemos que obtener el equivalente thevenin de cada uno de los circuitos:

Donde RTH1 y RTH2 son:

RTH 1=RB1 A∗RB2 A

RB1A+RB 2A

RTH 2

=RB1B∗RB2B

RB 1A+RB2 A

RTH 1=1k∗1501k+150k

RTH 2

=2.7k∗3.3k2.7k+3.3k

RTH 1=130,4347ΩRTH 2=68,75Ω

VTH será igual a:

V TH 1=V cc∗RB2 A

RB1A+RB2 A

V TH=V cc∗RB2 B

RB1B+RB 2B

V TH=20∗1501k+150

V TH=20∗220100+220

V TH=2.608V V TH=13,75V

Por lo tanto obtenemos que el circuito equivalente será igual a:

26

Resolviendo la malla obtenemos IB1 y IB2:

V TH−RTH∗I B−RE¿ I E−0.7=0

V TH−RTH ¿ I B−RE(β+1)¿ IB−0.7=0

IB=V TH−0.7

RTH+RE( β+1)Para cada circuito Ib será igual a:

IB1=V TH 1−0.7

RTH 1+(R ¿¿E1+RE2)∗(β+1) IB2=V TH 2−0.7

RTH 2+RE(β+1)¿

IB1=2.6−0.7

130,4347Ω+(5,6+22)∗(30+1)I B2=

13,75−0.768,75Ω+80∗(30+1)

IB=1,926 [mA ] IB=5,12[mA ]

Corriente en el colector (IC)

IC 1=β¿ IB1 IC 2=β ¿ IB2

27

IC 1=30∗1,926 [mA ] IC 2=30∗5,12 [mA ]

IC 1=57,807 [mA ] IC 1=153,604 [mA ]

Corriente en el emisor (IE)

IE1= (β+1 ) IB1 I E2=( β+1)I B2

IE1= (30+1 )∗1,926 [mA ] IE2=(30+1 )∗5,12[mA ]

IE1=59,73 [mA ] IE2=158,72 [mA ]

Voltaje en el emisor (VE)

V E1=(R ¿¿ E1+RE 2)¿ I E1V E2=RE ¿ IE2 ¿

V E1=(5,6+22)∗59,73 [mA ]V E2=80∗158,72[mA ]

V E1=1.648V V E2=12,698V

Comprobación del voltaje en el emisor con el uso del simulador

28

Voltaje en la base (VB)V B1=V E 1+0.7V B2=V E2+0.7

V B=1.648V +0.7V B=12.698+0.7

V B=2.34 [V ]V B=13.39[V ]

Comprobación con el uso del simulador

29

Voltaje en el colector (VC)

V C=V cc−IC1∗RCV C=V cc

V C=20−57,807 [mA ]∗56

V C=16.76 [V ]V C=20 [V ]

Comprobación con el uso del simulador

30

Voltaje colector – emisor (VCE)

V CE 1=V C 1−V E1V CE 2=V C 2−V E2

V CE=16.76V−1.648V V CE=20V−12.698V

V CE=15.112V V CE=7.302V

Comprobación con el uso del simulador

31

Como se observa el voltaje colector-emisor es 15.11 V y 7.3 V

Para que el transistor actúe como amplificador es necesario que Vce sea mayor o igual a 6 v

VCE>6[V ]15.11 [V ]>6 [V ]7.3 [V ]>6[V ]

Como si cumple esta condición procedemos a los cálculos posteriores

El siguiente paso a seguir es el análisis en señal alterna del circuito:

32

RE222Ω

RC56Ω

VCC20 V

RB2150Ω

V20.23 Vpk 20 Hz 0°

RE15.6Ω

RB11kΩ

Q2

2N3904

CC

68000µFCB

68000µF

CE68000µF

Q1

2N3904

R1220Ω

R2100Ω

R380Ω

R48Ω

C1

3300µF

Usamos el modelo de representación de un cuadripolo con parámetros híbridos. El circuito equivalente será:

Rth1

10kΩ

hie1

10kΩ

RE1

10kΩ

RC

10kΩ

Rth2

10kΩ

hie2

10kΩ

RE210kΩ

RL10kΩ

hfeib21 A hfe1ib1

0 A

V2

0.5 Vpk 20 Hz 0°

El análisis lo realizaremos por etapas, comenzando con la entapa del colector común, que será igual a:

33

Con esto podemos determinar los parámetros desconocidos.

AV 2= VoVin2

=ie 2∗(ℜ∨¿ RL)

h ie∗ib 2+ie2(ℜ∨¿ RL)

¿(h fe+1 )∗ib 2∗(ℜ∨¿RL)

h ie∗ib2+ (h fe+1 )∗(ℜ∨¿ RL)

¿(hfe+1)∗(ℜ||RL ) )

(h fe+1 )∗ℜ2+(h fe+1 )∗(ℜ∨¿ RL)

¿ℜ∨¿RL

ℜ2+(ℜ∨¿ RL)

Reemplazando los datos y teniendo en cuenta que

ℜ2=26mVIE

= 26∗10−3

158,72[mA ]=0.1638

AV 2=( 180 + 1

8 )−1

0.1638+( 180 + 18 )

−1

AV=0.978≃1

34

Como se observa la ganancia es igual a 1, esto quiere decir que la onda es la misma de entrada. Este circuito tiene el nombre de SEGUIDOR DE TENSION

Impedancia de entrada del transistor

ZinT 2=Vin2i¿2

=h ie∗ib 2+ie 2∗(ℜ∨¿RL)

ib2

¿h ie∗ib2+ (h fe+1 )∗ib 2∗(ℜ∨¿RL)

ib2

¿ (h fe+1 )∗ϒ e2+(h fe+1 )∗(ℜ∨¿RL)

¿ (h fe+1 )∗(ϒ e2+(ℜ∨¿ RL))

Reemplazando los datos tenemos que:

ZinT=(30+1 )∗(0.1638+( 180 + 18 )

−1)ZinT=230.53[Ω]

Impedancia de entrada

Zin=(Rt h∨¿ZinT )

Zin=( 168.75

+ 1230.53 [Ω] )

−1

Zin=52.9568 [Ω ]

Impedancia de salida

Zo2=Vo2Io 2

=(ℜ∨¿Zo ' 2)

Donde

Zo2'=V o2'

io2'=−ib 2∗hie

−ie 2=ib2∗(h fe+1 )∗ϒ e2

(h fe+1 )∗ib2

Zo2'=ϒ e2=0.1638Ω

35

Zo=0.1634 [Ω]

Ganancia de corriente

Ai2= io2i¿ 2

=

Vo2RL

Vin2Zin2

=AV 2∗(Zin 2RL)

Ai2=1∗( 52.9568[Ω]8 )

Ai=6.619

Comprobación de las condiciones para que no haya recorte.

Como mencionamos antes las 3 condiciones para que no haya recorte son:

1. Vo p−¿ ≤IE∗(ℜ∨¿RL)¿

2. VCE≥6 [V ]3. VCE≥Vo p+¿+Vsat ¿

1. Vo p−¿ ≤IE∗(ℜ∨¿ RL)¿

El voltaje de salida será:Vo=AV∗Vin

Vo=0.978∗(0.23sin (wt ) )Vo=0.22∗sin (wt)

IE∗¿

0.22≤1.15Como se observa si cumple la primera condición

2. VCE≥6 [V ]VCE=7.3 [V]

7.3≥6Como se observa si cumple la segunda condición

3. VCE≥Vo p+¿+Vsat ¿

36

Vsat=3 [V]7.3≥0.22+3

7.3[V ]≥3.22[V ]Como se observa si cumple la tercera condición

Ahora haremos los parámetros híbridos del circuito emisor comun teniendo en cuenta que RL=ZIn2=52.96

Voltaje de salida:La ganancia de voltaje era igual a 4.35, es decir

AV 1= VoVin

=4.35

De donde obtenemos que Vo1 es igual a:

Vo1=4.35∗VinVo1=4.35∗(0.23∗sin (wt ))

Vo1=1∗sin (wt )Encontraremos los parámetros desconocidos, que son igual a:

hfe=icib

=30=β

hie=(hfe+1 )ϒ e1

Donde ϒe1=resistencia dinámica del diodo

37

Sabemos que:

ϒ e=26mVI E

= 26∗10−3

59,73 [mA ] =0.435[Ω]

Para hie reemplazamos el resultado anterior:

hie=(30+1 )∗0.435 [Ω ]

hie=13.49[Ω]

GANANCIA DE VOLTAJE

AV 1=Vo1Vin

=−ic 1 (Rc∨¿RL )ib1∗hie 1+ie1∗ℜ

AV 1=−hfe∗ib1((R1∨¿R5 ))

ib1∗(hfe+1 )∗ϒ e1+ (hfe+1 )∗ib1∗RE1

Simplificando Ib tenemos.

AV 1=−hfe( (RC∨¿RL ))

(hfe+1 )∗(ϒ e1+ℜ)

Como hfe es mucho mayor que 1 despreciamos ese valor y tendremos que:

AV 1=− (RC∨¿RL )(ϒ e+ℜ1)

La ganancia será igual a:

AV=−( 156 + 1

52.96 )−1

(0.435+5.6)

AV=−4.5V

Impedancia de Entrada

Z¿1=RTH 1∨¿Z∫1

RTH 1=1.02k

Z∫1=(hf emin+1 ) (ℜ1+RE1 )

38

Z∫1=(30+1 ) (0.435+5.6 )

Z∫1=187.085Ω

Z¿1=RTH∨¿Z∫¿ ¿

Z¿1=130.43Ω∨¿187.085Ω

Z¿1=76.85

Ganancia de Corriente

AI 1=I o1I ¿

=

Vo1RLVinZin1

=Av1∗ZinRL

; RL=Zin2

AI 1=Av1∗Zin1Zin2

=−4.5∗76.8552.9568[Ω]

AI 1=−6.53

Impedancia de salida

ZO 2=V O 1

io1=io1∗Rci01

=Rc ;RC=Zin2

Zo=52.96Ω

GANANCIA TOTAL

GANANCIA DE VOLTAJE GANANCIA DE CORRIENTE

AV=AV 1∗AV 2=−4.5V∗0.978 AI=AI 1∗AI 2=(−6.53 )∗(6.619)

AV=−4.4 AI=−43.22

39

SIMULACION DE PARAMETROS EN ALTERNA MAS CONTINUA

VOLTAJE EN EL EMISOR

VOLTAJE EN LA BASE

VOLTAJE EN EL COLECTOR

40

GANANCIA DE VOLTAJE

41

OSCILOSCOPIO 1 OSCILOSCOPIO 2VIN (VERDE) CANAL B VIN2 (AZUL) CANAL AVO1 (AZUL) CANAL A VO (ROJO) CANAL B

GANANCIA DE VOLTAJE 1 GANANCIA DE VOLTAJE 2

AV 1=VO1VIN

= 10.229

AV 2= VOVIN 2

=0.9791.016

AV=4.367 AV=0.96

GANANCIA TOTAL

42

AV= VOVIN

=0.9790.229

=4.275

GANANCIA DE CORRIENTE

AI= IOIIN

=85.918∗10−3

1.475∗10−6

AI=58.24

CONCLUSIONES

Logramos diseñar e implementar un amplificador en cascada con 2 diferentes tipos de amplificador (emisor común y colector común).

Verificamos el funcionamiento del circuito y las características de cada etapa que diseñamos.

Analizamos las características de cada amplificador, de modo que los colocamos de acuerdo a nuestra conveniencia.

Entre mayor sea la ganancia de voltaje, mayor es la distorsión de los picos en la señal de salida, por tal motivo de acopla las diferentes etapas considerando estas variaciones.

El acoplamiento de amplificadores nos permite generar mayor ganancia tanto de Voltaje y de Corriente.

RECOMENDACIONES

43

Analizar cómo debe ser el orden de acoplamiento de cada etapa del amplificador.

Comprobar por medio de la simulación que se cumplan los datos calculados.

Variar algunos elementos de modo que se pueda obtener la ganancia deseada y una forma de onda sin variaciones.

Verificar las conexiones de los circuitos, así como los elementos que se están usando.

BIBLIOGRAFÍA http://ocw.ehu.es/ensenanzas-tecnicas/electronica-general/teoria/tema-5-

teoria http://aholab.ehu.es/users/imanol/akustika/IkasleLanak/Amplificadores.pdf http://146.83.206.1/~jhuircan/PDF_CTOI/MultIee2.pdf