pract2 -electronica
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA
NÚCLEO ARAGUA, SEDE MARACAY
INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES
PRÁCTICA 1
AMPLIFICADOR MULTIETAPA CON ACOPLAMIENTO DIRECTO
INFORME PRESENTADO POR:
-FLORES ANGELICA CI: 19.604.215
-GOZALEZ YOJAN CI: 19.136.067
SECCION TED-703
Maracay, 05 de mayo de 2010
AMPLIFICADOR MULTIETAPA CON ACOPLAMIENTO DIRECTO
Objetivo de la Práctica
El objetivo de esta práctica es estudiar un amplificador de dos etapas inversoras BJT npn
con acoplamiento directo, enfrentarse al problema del apilamiento de voltaje y resolverlo,
implementando las técnicas disponibles.
Síntesis Teórica
Como Multietapas denominamos a todos aquellos dispositivos amplificadores que se
encuentran constituidos por más de un elemento activo amplificador o etapa amplificadora,
vale decir que en dichos amplificadores debe encontrarse necesariamente un acoplamiento
entre transistores (tanto bipolares como unipolares o una combinación de estos).
A este nuevo tipo de dispositivos amplificadores se los suele clasificar de acuerdo al tipo de
circuito de acoplamiento que utilicen en: Amplificadores de Corriente Continua por un
lado, en Amplificadores que no amplifican la frecuencia cero y en aquellos que emplean el
Optoacoplamiento. Dejando de lado a los que emplean optoacopladores, en el primer grupo
recién definido se utilizan circuitos de acoplamiento directo (que acoplan C.C. y señal
simultáneamente), mientras que en los restantes, principalmente en bajo nivel y bajas
frecuencias se utiliza el llamado acoplamiento a resistencia-capacidad (o acoplamiento a
RC).
El acoplamiento capacitivo entre etapas, que en lo precedente se ha utilizado y justificado
ampliamente para conectar Cargas o Excitadores a la etapa amplificadora, si bien presenta
la ventaja de permitir independizar las condiciones operativas de C.C. respecto al resto del
circuito acoplado, presenta el inconveniente de una disminución de la ganancia a medida
que bajan las frecuencias de operación debido a la limitación práctica de lograr capacitores
tan altos como para permitir el paso de la frecuencia cero.
En tanto que dos amplificadores están acoplados directamente si la salida del primer
amplificador se conecta en forma directa a la entrada del segundo sin utilizar capacitores.
La salida en AC de la primera etapa está superpuesta con el nivel de DC estático de la
segunda etapa. El nivel de DC de la salida de la etapa anterior se suma al nivel de DC de
polarización de la segunda etapa. Para compensar los cambios en los niveles de
polarización, en amplificador utiliza diferentes valores de fuentes de tensión de DC en lugar
de una fuente de Vcc sencilla.
El acoplamiento directo se puede utilizar de manera efectiva al acoplar en amplificador
Emisor Comun a uno Emisor Seguidor. El amplificador acoplado directamente tiene una
buena respuesta en frecuencias pues no existen elementos de almacenamiento en serie (es
decir, sensibles a la frecuencia) que afecten la señal de salida en baja frecuencia.
En un gran número de aplicaciones no reviste importancia la información que puede
hallarse contenida entre la frecuencia cero y el límite inferior de frecuencias a partir del
cual el acoplamiento a RC puede ser efectivo, en tanto que el hecho de mantener
independizadas a las componentes estáticas de cada parte o etapa acoplada hace sumamente
ventajosa la utilización de este tipo de configuraciones amplificadoras denominadas en
general como Multietapas con Acoplamiento de Alterna.
En cuanto a los amplificadores de continua puede anticiparse una muy importante
desventaja respecto de los anteriores en cuanto a que cualquier desplazamiento de las
componentes de reposo de una etapa previa (debido a una variación térmica por ejemplo) es
amplificado por las etapas posteriores a causa del mismo tipo de acoplamiento y puede
llegarse a producir una operación en el corte o en la saturación en las etapas finales de la
cadena. También es muy importante la ventaja ya que un buen número de aplicaciones
requiere que el amplificador procese linealmente a las componentes de C.C.
En este trabajo estudiaremos a ambos tipos de circuitos amplificadores multietapa,
dedicándose con mayor énfasis al estudio de aquellos con acoplamiento directo, ya que
constituyen la base de la electrónica analógica integrada de actualidad.
Pre-Laboratorio:
- Simule cada uno de los circuitos de la práctica realizando cada una de las
actividades señaladas en el procedimiento mediante la simulación.
Procedimiento:
1. Dado el circuito de la figura, demostrar y verificar en la práctica que Q2 está saturado
por el exagerado valor del voltaje en su base.
2. Calcular el valor de la ganancia de tensión del amplificador, si pudiera funcionar sin
problemas de polarización.
Vo
Vcc10V
+
-Vi
Ci
1uFQ2Q1
R4 2.2k
R5 750R3 750
R2 2.2kR1 750k
Hacemos mallas para hallar las corrientes y el voltaje en Q2
Tomamos β=150 y sabemos que Ic=Ie Ie=Ib(β+1)
-Vcc+VR1+VBE1+VR3=0 Malla I
-Vcc+R1*Ib1+VBE+R3*Ie1=0 Ib1=V cc−V BE 1R1+R3( β+1) Ib1=
(10−0,7)v750kΩ+(151∗750Ω)
Ib1=10,77µA
Ic=β* Ib Ic1=150*10,77µA Ic1=1,62mA
-Vcc+VR4+VBE2+VR5=0 Malla II
-Vcc+R4*Ib2+VBE2+R5*Ie2=0 Ib2=V cc−V BE 2R2+R5 (β+1) Ib2=
(10−0,7)v2,2kΩ+(151∗750Ω)
Ib2=80.55µA
Ic=β* Ib Ic2=150*80.55µA Ic2=12,08mA
-Vcc+VR4+VCE2+VR5=0 Malla III
VCE2= Vcc-VR4-- VR5 VCE2= (10 – 0,17 – 9,6) v VCE2=0,23v
El transistor Q2 está en saturación ya que su tensión colector emisor es aproximada a 0.
3. Calcular el valor de la tensión Zener necesaria para obtener máxima excursión simétrica
de Vo.
4. Determinar también el valor de Rz para polarizar al diodo, tomando en cuenta la
potencia del Zener y que esta modificación no debe influir en la ganancia del
amplificador.
R5 750
R4 2.2k
Q2Vo
Rz
Dz
Vcc10V
+
-Vi
Ci
1uFQ1
R3 750
R2 2.2kR1 750k
-Vcc+VR1+VBE1+VR3=0 Malla I
-Vcc+R1*Ib1+VBE+R3*Ie1=0 Ib1=V cc−V BE 1R1+R3( β+1) Ib1=
(10−0,7)v750kΩ+(151∗750Ω)
Ib1=10,77µA
Ic=β* Ib Ic1=150*10,77µA Ic1=1,62mA
Para tener máxima excursión simétrica Vcc=2VCE VCE2=10v/2 VCE2=5v
-Vcc+VR4+VCE2+VR5=0 Malla II
-Vcc+R4*Ic2+VCE+R5*Ie2=0 Ic2=V cc−V CE2R4+R5 Ic2=
(10−5)v2,2kΩ+750Ω
Ic2=1,69mA
Ib =Ic/β Ib2=1,69mA/150 Ib2=11,29µA
-Vcc+VR2+VDz+VBE2+VR5=0 Malla III
-Vcc+ R2*Ic1+ VDz+ VBE2+ R5*Ie2=0
VDz= (10 – 3,56 – 0,7 – 1,27)v VDz= 4,47v
-Vcc+VR2+VDz +VRz=0 Malla IV
VRz= Vcc-VR2-VDz VRz= (10 – 3,56 – 4,47)v VRz=1.97v
Por aproximación sabemos que por el diodo zener pasa 1mA
IDz=IRz – Ib2 IRz= Ib2+ IDz IRz= 1mA+11,29µA IRz= 1,02mA
Rz=VDz/IRz Rz= 1.97v/1,02mA Rz=1.9kΩ
5. Obtener un valor adecuado para Ra, recalcular todo y verificar los resultados.
-Vcc
Q2
R4 2.2k
R5 750
Rb 2.2k
Ry10k
Rx
10k
Ra
Qb
Qa
Vo
Vcc10V
+
-Vi
Ci
1uFQ1
R3 750
R2 2.2kR1 750k
-Vcc+VR1+VBE1+VR3=0 Malla I
-Vcc+R1*Ib1+VBE+R3*Ie1=0 Ib1=V cc−V BE 1R1+R3( β+1) Ib1=
(10−0,7)v750kΩ+(151∗750Ω)
Ib1=10,77µA
Ic=β* Ib Ic1=150*10,77µA Ic1=1,62mA
VR1= R1*Ib1=8.09v VR2= R2*Ic1=3.56v VR3= R3*Ie1=1,215v
-Vcc+VR2+VCE1+VR3=0 Malla II
VCE1= Vcc - VR2 - VR3 VCE1= (10 – 3,56 - 1,215) v VCE1=5,22v
-Vcc+VR4+VCE2+VR5=0 Malla III
-Vcc+R4*Ic2+VCE+R5*Ie2=0 Ic2=V cc−V CE2R4+R5 Ic2=
(10−5)v2,2kΩ+750Ω
Ic2=1,69mA
VR5= R5*Ic2=1,27v
-Vcc+VR2+VBEa+VRa+VBE2+VR5 =0 Malla IV
VRa = Vcc - VR2-VBea-VRa-VBE2-VR5 = (10-3.56-0,7-0,7-1,27)v = 3,77v
-Vcc+VCEa+VRa+VCEb+VRb-Vcc=0 Malla V
VRb=2 Vcc – 2Vcc/2 - VRa = (20 – 10 - 3,77)v VRb= 6,23v
IRa= IRb= VRb/Rb= 6,23v/2,2kΩ IRa= IRb= 2,83mA
Ra= VRa/IRa = 3,77v/2,83mA Ra=1.3 kΩ
SIMULACION
1. Comprobamos que Q2 esta saturado por el exagerado valor de tensión en su base
Como podemos observar Vce2 es 0.024v lo que nos indica que está saturado por razón de los 4 voltios de su base
Como se aprecia en la figura la ganancia de tensión es Av = V0/Vi, lo que es igual a Av = 14mV/25mV = 0.56
Señal de entrada
Señal de Salida
La señal de salida se ve atenuada en comparación con la de entrada ya que el punto de operación del transistor de salida se encuentra en estado de saturación.
2. Ahora tendremos que tomar en cuenta el valor de tensión del zener
Para que exista máxima simetría el voltaje Vce2 tiene que ser igual a 5 voltios para eso el valor de la resistencia Rz debe ser aproximadamente igual a 2kΩ, y la ganancia nos queda Av = 91mV/25mV = 3.64V
Señal de entrada
Señal de Salida
En este caso si vemos el efecto de amplificación ya que los transistores se encuentran correctamente polarizados y también presenta máxima excursión.
3. El valor calculado para Ra es 1.3kΩ
En este caso tenemo una ganancia de Av = 99mV/25mV = 3.96
Señal de entrada
Señal de Salida
En este circuito la amplificacion es mucho mas eficiente pero sin enbargo es mucho mas costosa. Se nota que la señal de salida se amplifica mucho mas en comparacion con la amplificacion del segundo procedimiento.
Post-Laboratorio:- Compare los valores obtenidos mediante cálculos y simulaciones con los
obtenidos en la práctica. Analice y concluya.
Señal de Entrada para todos los montajes.
1. Primer Montaje
Resultados obtenidos en DC:
Transistor 1 Transistor 2
VCE1= 2,2v VCE2= 0,06v
VBE1= 0,6v VBE2= 0,6v
ICQ1= 3,17mA ICQ2= 3,37mA
Resultado obtenidos en AC:
VEnt=0,14Vp VOut=0,06Vp
Vrms=98,99mV Vrms=42,43mV
Av= VOut/ VEnt Av=42,43mV/98,99mV Av=0,42VSeñal de Salida:
Análisis de Resultados: en este montaje pudimos observar que el transistor de la segunda etapa, la etapa de salida, se encontraba en saturación, lo cual se debe a que el voltaje colector emisor en el transistor Q2 es prácticamente cero. Este hecho trae como consecuencia que la ganancia calculada en el circuito sea casi nula, es decir, que casi no hay ganancia en el circuito estudiado.
2. Segundo Montaje
Resultados obtenidos en DC:
Transistor 1 Transistor 2
VCE1= 1,2v VCE2= 6,9v
VBE1= 0,61v VBE2= 0,58v
ICQ1= 3,31mA ICQ2= 2,85mA
Resultado obtenidos en AC:
VEnt=0,14Vp VOut=0,4Vp
Vrms=98,99mV Vrms=0,28V
Av= VOut/ VEnt Av=0,28V /98,99mV Av=2,85Señal de Salida:
Análisis de Resultados: En este segundo montaje observamos que con la máxima excursión en la etapa de salida la señal de entrada se amplifica a la salida proporcionando en esta ocasión una ganancia significativa en el circuito de este modo se obtiene el efecto deseado ya que lo que se busca en la práctica es lograr observar los efectos del circuito amplificador con acoplamiento capacitivo.
3. Tercer Montaje
Resultados obtenidos en DC:
Q1 Qa Qb Q2Vce=3.02V Vce=5.87V Vce= 6.75V Vce= 8.15VVbe=0.65V Vbe=0.69V Vbe= 0.64V Vbe=0.62V
Ic= 2.31mA Ic=2mA Ic =1.94mA Ic = 0.65mA
Resultado obtenidos en AC:
VEnt=0,14Vp VOut=1,95Vp
Vrms=98,99mV Vrms=1,38V
Av= VOut/ VEnt Av=1,38V /98,99mV Av=13,94
Señal de Salida:
Análisis de Resultados: en esta experiencia pudimos observar que se obtiene una ganancia mas grande que en el segundo montaje, esto es en parte por la contribución que genera la fuente de –Vcc la cual ayuda a mejorar la función de amplificación del circuito.
CONCLUSION
Los amplificadores con acoplamiento directo se puede usar en muy baja frecuencia donde los otros acoples pueden presentar problemas, no existen ningún limite de frecuencias bajas.
Este acople tiene una buena respuesta en frecuencias ya que no existen elementos de almacenamiento en serie que afecten la señal de salida en baja frecuencia. Este acoplamiento se utiliza por lo general en los diseños de circuitos integrados. Una desventaja del acople directo es la estabilidad, ya que cualquier variación DC en una etapa se transmite amplificada a las otras etapas; por esta razón el arreglo de la polarización debe diseñarse para toda la red y no para la etapa por separado. A pesar de poseer la desventaja de apilamiento de voltaje que termina saturando a las etapas finales. Esto se puede corregir, empleando estrategias de desplazamiento o corrimiento de nivel DC como pudimos observar en la práctica anteriormente desarrollada.