PB4 Amplificación de Voltaje con BJTs -...

eLab, Laboratorio Remoto de Electrónica ITESM, Depto. de Ingeniería Eléctrica

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PRÁCTICA PB4

AMPLIFICACIÓN DE VOLTAJE CON TRANSISTORES BIPOLARES

OBJETIVOS

• Entender el funcionamiento de los circuitos que utilizan transistores bipolares en aplicaciones de amplificación de voltaje y corriente.

• Analizar los circuitos amplificadores con transistores bipolares y determinar sus parámetros de funcionamiento como ganancia de corriente, ganancia de voltaje, impedancia de entrada e impedancia de salida.

• Comparar los resultados arrojados analíticamente y mediante simulación por computadora con los obtenidos al realizar mediciones reales en los circuitos bajo prueba.

1.1 INTRODUCCIÓN

Una de las aplicaciones más importantes de los transistores bipolares es su uso para la amplificación de señales de corriente y/o voltaje variantes con el tiempo. Para lograr una amplificación de la señal sin distorsión se requiere que el transistor opere en la región activa. Existen tres configuraciones básicas de amplificadores BJT de una sola etapa: emisor común, base común y seguidor de emisor (colector común). En esta práctica se estudiara la primera de ellas.

Circuito equivalente híbrido de pequeña señal.

Para el análisis de amplificadores con transistores bipolares, se requiere de un modelo híbrido simplificado de pequeña señal que describa el comportamiento del transistor bipolar. Estos modelos se ilustran en las Figuras 1 y 2; en la Figura 1 se muestra un transistor bipolar PNP en configuración base común con parámetros de pequeña señal conjuntamente con su circuito equivalente híbrido π simplificado. Por su parte, la Figura 2 muestra a un transistor NPN pero en configuración emisor común. Ambos circuitos equivalentes son válidos solamente en el intervalo de frecuencias medias y siempre que el transistor opere en la región activa. En el modelo híbrido π la fuente de corriente dependiente también puede expresarse en función de β o de α de la siguiente forma:

ebebm iivg αβ ==

PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares

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Los modelos mostrados en las Figuras 1 y 2 constan de algunos parámetros de pequeña señal los cuales dependen del punto de operación del transistor. Uno de ellos es la transconductancia mg

que se calcula de la siguiente forma: T

CQm V

Ig = , donde VT es el voltaje térmico; el otro es la

resistencia de difusión πr , que se calcula como eCQ

T rgmI

Vr β

ββπ === ; donde er es la resistencia de

corriente alterna del emisor. Esta última se calcula como CQ

Te I

Vr = . La importancia de estos

parámetros radica en el hecho de que estos desempeñan un papel importante en el cálculo de ganancias, tanto de voltaje como de corriente.

Configuración de emisor común

Esta configuración es la que presenta una alta ganancia, tanto de voltaje como de corriente. La Figura 5 ilustra un amplificador de voltaje en esta configuración, mientras que en la Figura 6 se ha sustituido dicho circuito por su equivalente de pequeña señal. De este último, se deriva el análisis que permite obtener las ecuaciones de resistencia de salida, resistencia de entrada, ganancia de voltaje y ganancia de corriente.

ei

ci

bi

+

-

bev

+

-

cevBase

Colector

Emisor

ei

ci

bi

+

-

bev

+

-

cevBase

Colector

Emisor

Base

EmisorEmisor

Colector

πr

bi

+

-

bev biβ

ciBase

EmisorEmisor

Colector

πr

bi

+

-

bev biβ

ci

(a) (b)

Figura 2. a) Transistor NPN en configuración emisor común b) Circuito equivalente híbrido π simplificado de pequeña señal.

ei ci

bi

+

-

ebv

+

-

cbv

Emisor Colector

Base

ei ci

bi

+

-

ebv

+

-

cbv

Emisor Colector

Base

er ebmvg

Emisor Colector

Base Base

+

-

ebv

ciei

er ebmvg

Emisor Colector

Base Base

+

-

ebv

ciei

(a) (b)

Figura 1. a) Transistor PNP en configuración base común b) Circuito equivalente híbrido π simplificado de pequeña señal.


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A partir del circuito equivalente se obtienen las ecuaciones para el cálculo de las resistencias de entrada y salida, dadas por:

[ ]EB RrRRin βπ += ||

CRRout ≈

donde 21 || RRRB = y err βπ = .

y las ganancias de voltaje y corriente pueden calcularse a partir de:

Ee

LC

i

ov Rr

RRvv

A+

−==

)||(

( ) )( EeB

LC

BC

i

oi

RrR

RR

RRii

A+++

−==

β

R1 R2RC

RE

RL

RS

+

-

vovS

+

-

vi

+

-

RinRout

ii io

rπ βibib

R1 R2RC

RE

RL

RS

+

-

vovS

+

-

vi

+

-

RinRout

ii io

rπ βibib

Figura 6. Circuito equivalente de pequeña señal para el amplificador de voltaje en configuración emisor común representado en la Figura 5.

Vcc

R1

R2

RC

RE

RL

RSC1

C2

+

-

vovS

+

-

vi

+

-

RinRout

ii

io

Vcc

R1

R2

RC

RE

RL

RSC1

C2

+

-

vovS

+

-

vi

+

-

RinRout

ii

io

Figura 5. Amplificador de voltaje en configuración emisor común.


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Bibliografía

Libro de Texto:

• Microelectronics; Circuit Analysis and Design (Chapter 5 and 6) Donal A. Neamen, McGraw Hill, 3rd Edition, 2007

Libros de Consulta:

• Electronic Devices (Chapter 4 and 6) Thomas L. Floyd, Prentice Hall, 6th Edition, 2002

• Electronic Devices and Circuits (Chapter 8, 9 and 10) Robert T. Paynter, Prentice Hall, 7th Edition, 2006

• Electronic Circuits; Analysis, Simulation, and Design (Chapter 7) Norbert R. Malik, Prentice Hall, 1995

1.2 ACTIVIDAD PREVIA

Instrucciones

Siga detalladamente las instrucciones para cada uno de los puntos que se presentan en la presente actividad. Conteste y/o resuelva lo que se le pide en los espacios correspondientes para cada pregunta. Hágalo de manera ordenada y clara. En el reporte agregue en el espacio asignado gráficas comparativas, análisis de circuitos, simulaciones en computadora, ecuaciones, referencias bibliográficas y/o ejemplos, según sea el caso.

No olvide colocar una portada con sus datos de identificación así como los datos relacionados con la práctica en cuestión, como número de práctica, titulo, fecha, etc.

Desarrollo de la actividad previa

I) Lea detenidamente el capitulo 5 y 6 de su libro de texto, y en los libros de consulta, el material relacionado con circuitos amplificadores de transistores bipolares, y conteste lo siguiente:

• Para entender el mecanismo por medio del cual los circuitos de transistores bipolares amplifican señales variantes en el tiempo se utilizan modelos de pequeña señal para describir su operación. ¿A que se refiere el término “pequeña señal”? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Explique de que forma se aplica el principio de superposición en el análisis de un circuito amplificador de transistores bipolares. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Aplique este principio para obtener los circuitos equivalentes de CD y CA para el circuito que se ilustra en la Figura 7. Dibuje el circuito equivalente de CD en el siguiente espacio.


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• Obtenga el circuito equivalente de pequeña señal para el amplificador de voltaje de la Figura 7 (como un ejemplo observe el mostrado en la figura 6). Dibuje el circuito equivalente de señal pequeña en el siguiente espacio.

• Determine los parámetros de funcionamiento del amplificador; ganancia de voltaje (Av), ganancia de corriente (Ai), resistencia de entrada (ri) y resistencia de salida (ro).

1.3 PROCEDIMIENTO

En esta sección se analiza un circuito con transistor bipolar en configuración Emisor Común y se determinan a partir de las mediciones realizadas: el punto de operación, la beta del transistor β (hfe) o factor de amplificación, la ganancia de voltaje, la ganancia de corriente, la resistencia de entrada y la resistencia de salida del circuito bajo prueba. Este análisis se llevara a cabo realizando mediciones de voltaje y corriente, en varios puntos de interés del circuito bajo prueba y a través de la interfase gráfica del Laboratorio Remoto de Electrónica (eLab). Se realiza también un análisis teórico del circuito y se comparan posteriormente estos resultados con los que arrojan las mediciones del mismo. Para cada una de las mediciones y/o cálculos efectuados se deben agregar las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje utilizar V, mV, Vrms, etc; para las de corriente A, mA, Arms, etc; para frecuencia utilizar Hz o rad/s, según el caso; etc.

Análisis de un circuito amplificador en Emisor Común

A continuación se presenta el procedimiento que servirá de guía durante el análisis del circuito amplificador en configuración Emisor Común que se ilustra en la Figura 7. Observe que en el circuito se utilizan dos relevadores, el relevador SW1 se utilizará para acoplar la entrada vs al

(Escriba aquí el procedimiento analítico)

(Dibuje aquí el circuito equivalente de señal pequeña)

(Dibuje aquí el circuitos equivalente de CD)


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amplificador a través de la resistencia RS, esto permitirá medir la resistencia de entrada del circuito. Por su parte, el relevador SW2 en la salida del circuito, desconectará la carga RL y conectará una carga RZ, la cual servirá para medir la resistencia de salida del amplificador (Rout). Los valores exactos de los componentes (resistores), se encuentran disponibles dentro de la interfase gráfica del Laboratorio Remoto de Electrónica (eLab). El valor exacto de la fuente de alimentación Vcc se medirá durante el desarrollo de la práctica.

Vcc

R1

R2

RC

RE1RL

RS

C1

C2

+

-

vovS

+

-

vi

+

-

Rin Rout

ii

io1 3

5

6

4

8

RE2

7

GND

Q1

CE

SW1SW2

2

RZ

Vcc

R1

R2

RC

RE1RL

RS

C1

C2

+

-

vovS

+

-

vi

+

-

Rin Rout

ii

io1 3

5

6

4

8

RE2

7

GND

Q1

CE

SW1SW2

2

RZ

Figura 7. Circuito amplificador en Emisor Común.

La Tabla 1 muestra los valores exactos de resistores y capacitares utilizados en el amplificador.

Resistor Valor exacto Capacitor Valor exacto R1 6.87 KΩ, C1 10 µF R2 2.17 KΩ C2 10 µF Rc 763 Ω CE 100 µF RE1 99.6 Ω RE2 120.2 Ω RL 98.6 KΩ Rs 120 Ω Rz 1 KΩ

Tabla 1. Valores exactos de los resistores para el amplificador que se ilustra en la Figura 7.

El transistor utilizado es el Q2N2222A.

A continuación se llevaran a cabo mediciones de voltaje y corriente en el circuito de la Figura 7 para determinar el punto de operación del transistor bipolar, sus ganancias de corriente y voltaje; las resistencias de entrada y salida, y por último su respuesta a la frecuencia.

I) Punto de operación del transistor bipolar

En esta parte del procedimiento se realizarán las mediciones necesarias para determinar el punto de operación y con ello el modo de operación del transistor bipolar.


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a) Configuración de la fuente de seña vs. Antes de iniciar con las mediciones respectivas realice el siguiente procedimiento: utilizando la instrumentación apropiada disponible en el eLab configure la fuente de voltaje de corriente alterna vs con un voltaje de cero volts de amplitud y con una frecuencia de 1000 Hz. Asegúrese que los relevadores de entrada y salida que habilitan los resistores Rs y RL se encuentren en la posición que muestra la Figura 7.

b) Medición del voltaje de alimentación Vcc. En este punto del procedimiento mida el voltaje de la fuente de alimentación Vcc y coloque el resultado exacto de esta medición enseguida. Este dato es importante ya que se utilizará posteriormente en los cálculos analíticos.

Voltaje de la fuente de alimentación. Vcc=

c) Medición del voltaje base-emisor. Con el medidor de voltaje de corriente directa mida el voltaje entre las terminales Base-Emisor del transistor VBEQ y anote el valor medido en la casilla “Resultado de la medición”. En las siguientes casillas coloque el voltaje VBE proporcionado por el fabricante en la hoja de especificaciones para este modelo de transistor.

Hoja de datos (Modo Activo)

Hoja de dato (en Saturación)

“Resultado de la medición”

Voltaje Base- Emisor VBE (activo)= VBE(sat)= VBEQ(medido)=

• Compare el valor medido para el voltaje VBEQ con los voltajes de operación proporcionados por el fabricante para el modo activo y de saturación. Describa el resultado de sus comparaciones enseguida. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

d) Medición de corrientes de operación. Realice las mediciones adecuadas en el circuito y determine las corrientes ICQ e IEQ, entonces a partir de ellas determine el valor de la corriente de base IBQ. Coloque los valores de estas corrientes en la casilla “Resultado de la medición”. Posteriormente y con los valores medidos para VBEQ, Vcc y β (este ultimo se mediará en el siguiente inciso del procedimiento) determine analíticamente el valor de estas mismas corrientes, coloque estos resultados en la casilla “Resultado analítico”

“Resultado analítico” “Resultado de la medición”

Corriente de Colector

ICQ=c

Rc

RV

ICQ= ICQ=

Corriente de Emisor

IEQ=2

2

1

1

E

RE

E

RE

RV

RV

= IEQ= IEQ=

Corriente de Base: IBQ=IEQ – ICQ IBQ= IBQ=

Realice el análisis del circuito en el siguiente espacio:


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e) Cálculo del factor de amplificación β (hfe). Tomando en cuenta el valor de las corrientes medidas en el inciso anterior determine el factor de amplificación del transistor β (también llamada ganancia de corriente hfe en la hoja de especificaciones proporcionada por los fabricantes del transistor bipolar). Coloque sus operaciones y el resultado en la casilla “Resultado de la medición”. En la casilla restante coloque el valor de hfe proporcionado por el fabricante en la hoja de especificaciones para este modelo del transistor.

Hoja de datos “Resultado de la medición”

Factor de amplificación β o ganancia de corriente hfe

β = hfe= β = hfe=

f) Cálculo de la ganancia de corriente de base común α. Tomando en cuenta los resultados del inciso anterior calcule la ganancia de corriente de base común α.

Hoja de datos “Resultado de la medición”

Ganancia de corriente de base común α= α=

g) Medición del voltaje Colector Emisor y Base Colector. Realice las mediciones adecuadas en el circuito y a partir de ellas determine los voltajes entre las terminales colector-emisor (VCEQ) y base-colector (VBCQ). Coloque los valores medidos en la casilla “Resultado de la medición”. Enseguida, y utilizando los resultados de las mediciones realizadas en los puntos anteriores, determine analíticamente el valor de estos voltajes, coloque el resultado en la casilla “Resultado analítico”.

“Resultado analítico” “Resultado de la medición”

Voltaje Base-Colector VBCQ= VBCQ=

Voltaje Colector-Emisor VCEQ= VCEQ=

Realice el análisis del circuito en el siguiente espacio:

h) Observe los resultados obtenidos directamente de las mediciones y determine la polarización de las juntas Base-Emisor y Base-Colector.

Tipo de polarización

Junta Base-Emisor JBE:

(Coloque aquí el procedimiento analítico para el cálculo de los voltajes VBC y VCE)

(Coloque aquí el procedimiento analítico para el cálculo de IBQ, ICQ e IEQ)


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Junta Base-Colector JBC:

i) Basado en los resultados de las mediciones especifique el modo de operación en el que se encuentra operando el transistor. Proporcione una justificación para su respuesta. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II) Análisis del Amplificador en corriente alterna

En la presente sección se aplica una forma de onda senoidal (de amplitud y frecuencia específica) a la entrada del amplificador y se procede a realizar mediciones encaminadas a la obtención de las ganancias de voltaje y corriente, y resistencias de entrada y salida respectivamente.

a) Configuración de la fuente de señal vs. Utilizando la instrumentación apropiada disponible en el eLab configure la fuente de corriente alterna vs de la siguiente forma: establezca un voltaje de forma de onda senoidal con valor de amplitud pico (voltaje máximo) de 0.2 volts y con una frecuencia de 1000 Hz. Asegúrese que los relevadores de entrada y salida que habilitan los resistores Rs y RL se encuentren en la posición que muestra la Figura 7.

b) Impedancia de los capacitares. Calcule la impedancia de los capacitares de acoplamiento, desacoplamiento y derivación. Realice el cálculo en el siguiente espacio y coloque los resultados en la casilla respectiva.

(Realice aquí el cálculo de la impedancia de los capacitares) Impedancia de capacitor C1 Impedancia de capacitor C2 Impedancia de capacitor CE ZC1= ZC2= ZCE=

Valor calculado Valor calculado Valor calculado • ¿Considera despreciable la impedancia que presentan estos condensadores a la frecuencia de operación de la fuente de señal vs? Justifique su respuesta. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c) Forma de onda de la fuente de señal vs. Utilizando el osciloscopio, observe y mida la forma de onda de salida de la fuente de señal vs (disponible en el nodo 1 del circuito). Anexe esta señal en el siguiente recuadro.

Figura 9. Forma de onda de la fuente de señal vs

(Agregue aquí la forma de onda de la fuente vs)


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d) Observe la forma de onda anterior y mida el valor de voltaje pico (voltaje máximo).

Valor de voltaje pico para vs. vs (pico)=

e) A partir del voltaje pico, calcule analíticamente su valor efectivo (eficaz o rms), coloque este resultado en la casilla “Resultado analítico”. Enseguida, utilizando la instrumentación del eLab, mida este valor efectivo y coloque el valor medido en la casilla “Resultado de la medición”. Anote sus operaciones y el valor medido en los siguientes recuadros.

Resultado analítico Resultado de la medición

Voltaje efectivo (rms) para vs. vs (rms) = vs (rms) = f) Medición de la forma de onda en la base del transistor vB (nodo 3). Ahora mida la forma de onda en la base (vB) del transistor que corresponde al nodo 3 del circuito. Anexe esta señal en el siguiente recuadro.

Figura 10. Forma de onda en la base del transistor

• Compare la forma de onda obtenida en la base del transistor (vB) con la señal medida directamente de la fuente de señal vs. ¿Cuáles son las principales diferencias? ¿Considera usted que los voltajes de polarización afectan a la forma de onda? ¿Que papel desempeña el capacitor en estas diferencias? Escriba sus conclusiones y justificación de sus respuestas en las siguientes líneas. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

g) Observe la señal de voltaje en la base del transistor (vB) y mida el voltaje pico a pico, el voltaje promedio (o de CD) y el voltaje efectivo (rms). Coloque los resultados en las siguientes casillas.


Voltaje pico a pico en la base (nodo 3). vB (pico-pico)=

Voltaje promedio en la base (Voltaje de CD) vB (CD)=vB (promedio)=

Voltaje eficaz en la base (Voltaje rms) vB (rms)=

h) Ganancia de voltaje (Av). Para obtener la ganancia de voltaje de este amplificador se requiere la medición del voltaje de salida vo (voltaje en las terminales de la carga RL). Por lo tanto, mida el voltaje en las terminales de este resistor (nodo 8) y anéxelo en el siguiente recuadro.

(Agregue aquí la forma de onda para el voltaje de base vB

correspondiente al nodo 3 del circuito)


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Figura 11. Forma de onda correspondiente al voltaje de salida vo.

i) Observe esta forma de onda y compárela con la forma de onda de la fuente de señal de entrada vs. Mida el ángulo de desfase entre estas dos señales y anote el resultado en el siguiente recuadro.

Ángulo de desfase entre las señales de entrada (vs ) y salida (vo) del amplificador.

=− so vvθ

• ¿Que relación tiene este ángulo de desfasamiento con el signo negativo presente en la ecuación que describe la ganancia de voltaje de la configuración emisor común? Justifique su respuesta. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

j) Mida el voltaje pico (máximo) en la carga RL y a partir de esta medición calcule su voltaje efectivo. Anote los resultados en las siguientes casillas


Voltaje pico (máximo) de salida. vo (pico)= Voltaje máximo medido en las terminales de la carga RL

Resultado analítico

Voltaje efectivo (rms) de salida. vo (rms) = Voltaje rms obtenido a partir del voltaje pico.

k) Con los datos obtenidos directamente de las mediciones de voltaje pico, tanto para la señal de entrada vs, así como para la señal de salida vo. Calcule la ganancia de voltaje del amplificador.

Resultado de la medición

Ganancia de voltaje del amplificador Av= - ( ) =)( picos

picoo

vv

-

l) Antes de calcular teóricamente la ganancia de voltaje del amplificador se procederá al cálculo del resistor er y de πr , descritos anteriormente en la teoría previa. Para ello utilice los valores medidos anteriormente tanto para ICQ como para β. Para VT considere un valor a temperatura ambiente de 26 mV.

“Valor calculado”

Valor del resistor er =er

(Agregue aquí la forma de onda correspondiente al voltaje

de salida vo)


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Valor del resistor πr πr =

m) Ahora utilizando la ecuación para la ganancia de voltaje del amplificador emisor común, calcule teóricamente esta ganancia, utilice los datos proporcionados en la práctica para los valores de resistores y los datos obtenidos teóricamente en el inciso anterior.

“Resultado analítico”

Ganancia de voltaje del amplificador Av= =+

−1

||

Ee

LC

RrRR

β

n) Voltaje en el colector. Utilizando el osciloscopio observe la forma de onda presente en el colector vc (nodo 5) y compárela con la forma de onda en las terminales de la carga RL (voltaje vo ). En el siguiente recuadro inserte la forma de onda medida en el colector.

Figura 12. Forma de onda correspondiente al voltaje en el colector vc(t).

ñ) Comparación entre señales de voltaje vc y vo. Para la señal anterior, mida el voltaje pico a pico, el voltaje promedio (o de CD) y el voltaje efectivo (rms). Coloque los resultados en las siguientes casillas.


Voltaje pico a pico en el colector. vc (pico-pico)=

Voltaje promedio en el colector o Voltaje de CD vc (CD)=vc (promedio)=

Voltaje eficaz en el colector o Voltaje rms vc (rms)=

• En las siguientes líneas escriba las diferencias observadas entre la señal de voltaje en el colector (vc) y la señal de voltaje de salida (vo). ¿Cuál considera que se la causa principal de estas diferencias? ¿Considera usted que los voltajes de polarización afectan a la forma de onda en el colector? ¿Que papel desempeña el capacitor en estas diferencias? Escriba sus conclusiones y justificación de sus respuestas en las siguientes líneas. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

o) Máxima oscilación simétrica para el voltaje de salida vo (pico-pico). A continuación se presenta el procedimiento para determinar la máxima oscilación simétrica del voltaje de salida. Utilizando la instrumentación apropiada disponible en el eLab realice incrementos de 0.1 Volts a la fuente de voltaje de corriente alterna vs. Asegúrese que la frecuencia de ésta permanezca en 1KHz. Para cada

(Agregue aquí la forma de onda correspondiente al voltaje

en el colector vc)


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incremento en el voltaje de vs, observe la señal de voltaje (vo) en la salida del amplificador. Realice este procedimiento hasta que observe una distorsión (o recorte) en la forma de onda de salida; capture esta distorsión y anéxela en el siguiente espacio.

Figura 13. Distorsión en el voltaje salida vo(t).

• ¿Proporcione una explicación respecto a las causas que dan origen a esta distorsión? ¿Que zona de operación del transistor esta involucrada en esto? Tome en cuenta que la señal de salida se encuentra invertida 180° en relación a la señal de entrada. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

p) Enseguida ajuste el nivel de voltaje de la fuente vs justo antes de que se presente esta distorsión. Mida el voltaje pico a pico para esta señal, este voltaje corresponde al de la máxima variación simétrica sin distorsión que puede proporcionar el amplificador al resistor de carga RL. Coloque el resultado en la casilla “Valor medido”.

Nota.- Las instrucciones para el llenado de la casilla “Resultado analítico” se presentan en el siguiente inciso.

“Valor medido” “Resultado analítico ” Máxima variación simétrica sin distorsión para el voltaje de salida.

vo (pico-pico)= vo (pico-pico)=

q) A partir de la medición realizada en el punto anterior calcule la máxima variación simétrica en CA (corriente alterna) para la corriente de colector ic (pico-pico). Coloque el resultado en la casilla “Valor medido”.

Nota.- Las instrucciones para el llenado de la casilla “Resultado analítico” se presentan en el siguiente inciso.

“Valor medido” “Resultado analítico ” Máxima variación simétrica sin distorsión para la corriente de colector.

ic (pico-pico)= LC

picopicoo

RRv

//)( − = ic (pico-pico)=

• Como un ejercicio se le pide demostrar y calcular analíticamente las ecuaciones para ic (pico-pico) y para vo (pico-pico); consulte la bibliografía proporcionada en la presente práctica. Realice sus operaciones en el siguiente espacio y coloque el resultado analítico en las dos tablas anteriores, en la casilla “Resultado analítico”.

(Coloque aquí la forma de onda con distorsión correspondiente al voltaje de salida vo)


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III) Respuesta a la frecuencia del amplificador

En esta sección de la práctica se determinarán los efectos de la respuesta a la frecuencia del amplificador sobre la ganancia de voltaje Av. Hasta esta parte de la práctica se ha aplicado una fuente de señal de entrada vs con un voltaje de 0.2 Volts pico (voltaje máximo) a una frecuencia constante de 1 KHz, y solo se ha incrementado su voltaje máximo. Esto ha permitido calcular la ganancia y la máxima salida simétrica de voltaje del amplificador para un intervalo de operación de frecuencias medias. En estas frecuencias estos dos parámetros calculados se mantienen relativamente constantes. Para observar su dependencia con la frecuencia de la señal de entrada realice el procedimiento que se describe a continuación.

a) Configuración de la fuente de señal vs. Utilizando la instrumentación apropiada disponible en el eLab configure la fuente de corriente alterna vs de la siguiente forma: establezca un voltaje de forma de onda senoidal con valor de amplitud pico (voltaje máximo) de 0.2 volts y ajuste la frecuencia de esta fuente con los valores de 10, 100, 1000 y 10,000 Hz, según se especifique. Asegúrese que los relevadores de entrada y salida que habilitan los resistores Rs y RL se encuentren en la posición que muestra la Figura 7. Es decir, con Rs desconectada y con RL acoplada al circuito.

b) Impedancia de los capacitores. Calcule la impedancia de los capacitares de acoplamiento, desacoplamiento y derivación para cada una de las frecuencias especificadas en el inciso anterior. Realice el cálculo en el siguiente espacio y coloque los resultados en la casilla respectiva.

(Realice aquí el cálculo de la impedancia de los capacitares)

Frecuencia

f=10 Hz Frecuencia f=100 Hz

Frecuencia f=1000 Hz

Frecuencia F=10,000 Hz

Impedancia de capacitor C1 ZC1= ZC1= ZC1= ZC2=

Impedancia de capacitor C2 ZC2= ZC2= ZC2= ZC2=

Impedancia de capacitor CE ZC3= ZCE= ZCE= ZCE= • ¿Que sucede con la impedancia que presentan estos condensadores a diferentes frecuencias de operación de la fuente de señal vs? ¿Que implicaciones considera que esto pueda tener en el comportamiento en CA (corriente alterna) del amplificador?


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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c) Comportamiento de la ganancia de voltaje a diferentes frecuencias de operación. Tal y como se realizo en puntos anteriores, mida la ganancia de voltaje del amplificador, pero ahora a diferentes frecuencias de operación de la fuente de señal vs. Coloque los resultados obtenidos directamente de las mediciones realizadas al circuito amplificador en la siguiente tabla.

Frecuencia f=10 Hz

Frecuencia f=100 Hz

Frecuencia f=1,000 Hz

Frecuencia f=10,000 Hz

Ganancia de voltaje Av Av= Av= Av= Av=

1.4 ACTIVIDADES Y CONCLUSIONES FINALES

1) Realice una tabla comparativa que muestre los resultados obtenidos directamente de las mediciones contra los obtenidos por procedimientos analíticos. Si lo desea puede realizar una simulación del amplificador estudiado en esta práctica y agregar los resultados obtenidos a la tabla comparativa.

2) Realice una grafica que muestre el comportamiento de la ganancia de voltaje del amplificador para las diferentes frecuencias con las que se configuró la fuente de señal de voltaje vs.

• Observe el comportamiento de la ganancia de voltaje. ¿Que observa en la ganancia del amplificador a diferentes frecuencias? ¿Que relación tiene el comportamiento de esta ganancia con los capacitores? Escriba sus conclusiones en las siguientes líneas. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3) ¿La máxima variación simétrica sin distorsión para el voltaje de salida obtenida durante la practica corresponde a la máxima variación simétrica posible? En caso de no ser así, ¿Cuál es la máxima variación simétrica posible para este amplificador? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6) Anote enseguida sus conclusiones generales de la presente práctica: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

|| Av

f 0

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