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Universidad Autónoma de Baja California

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA

Ing. en Electrónica

Manual de Prácticas

Laboratorio de Electrónica II

Elaboró: Revisión:Juan Jesús López García Agosto 2007

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Práctica 1. Amplificador Emisor Común 1


FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA



Práctica No. 1

AMPLIFICADOR EMISOR COMUN

Alumno(s)/Fechas: Solicitud: Elaboración: Entrega:

Objetivo: Diseñar y caracterizar un amplificador en configuración emisor-común. Material: - 1 resistencia de 4.7 KΩ

- 5 resistencias del valor requerido - 3 capacitores del valor requerido - 1 transistor bipolar de características conocidas - Multímetro y puntas para multímetro - Fuente lineal de voltaje y puntas para fuente - Generador de funciones y puntas para generador - Osciloscopio y puntas para osciloscopio - Tablilla para conexiones (protoboard) - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El transistor bipolar configurado como emisor-común es el tipo de amplificador más comúnmente empleado debido a sus favorables características de ganancia en voltaje (Av), impedancia de entrada (Ze) y salida (Zs) y un ancho de banda (AB) ajustables dentro de un amplio rango de operación. Procedimiento Especificaciones Diseñe un amplificador emisor-común estable a variaciones de temperatura y máxima excursión simétrica que posea una ganancia en voltaje Av= e impedancia de entrada mayor o igual a Ze≥ KΩ para alimentar una carga RL= 4.7 KΩ con una frecuencia de corte inferior de fci= Hz; alimente el amplificador usando Vcc= V.

UABC Electrónica II


Vg

Rg

Generadorde Funciones

Vcc

C1

C2Rc

Re1

Re2Ce

RL = 4 7. ΚΩ

Rbs

Rbi

Circuito de Polarización Usando el voltímetro de C.D. verifique que el circuito de polarización se encuentre en el punto de operación establecido en el diseño (VCEQ e ICQ) y corregir si fuera necesario.

VE VB VC ICQ VCEQ Teórico

Experimental Amplificación Aplique una señal senoidal de 20mVpp a una frecuencia intermedia (se recomienda tres octavas arriba de la de corte inferior); use el osciloscopio y verifique que la amplificación (AV) sea la correcta midiendo el voltaje en la resistencia de carga. Reporte la máxima ganancia de su amplificador (AVmax) colocando Ce en paralelo a Re1+ Re2.

vg vL AV AVmax Teórico

Experimental @ f = KHz

Frecuencias de corte inferior (fci), superior (fcs) y ancho de Banda (AB) Ajuste la frecuencia en el generador por debajo de la frecuencia de corte inferior del diseño (se recomienda una octava menos), mida los voltajes de entrada y salida y determine la ganancia del amplificador; repita el procedimiento elevando la frecuencia una octava ó década, de tal forma que se tomen más lecturas alrededor de las frecuencias de corte inferior y superior y llene la parte correspondiente de la tabla.

Voltaje de Entrada (Vg) Voltaje de Salida (VL) Frecuencia (Hz) sin RS con RS con RL sin RL

Ganancia en Voltaje (Av)

Impedancia de Entrada (Ze) Ω

Impedancia de Salida (Zs) Ω



Grafique en papel semilogarítmico f vs AV.

100

1

a

10 10 6×1 a Impedancia de Entrada Coloque una resistencia (Rs) de magnitud similar a la Ze teórica, entre el generador y la entrada al amplificador, se formará un divisor de voltaje entre Rs y Ze.

Zs

vg

RgRS

Zeve

Generador Amplificador

RLeV vA

Mida los voltajes antes (vg) y después (ve) de la resistencia Rs y despeje Ze de la ecuación del divisor de voltaje y determine la impedancia de entrada real del amplificador en función de la frecuencia para llenar la parte correspondiente de la tabla. Impedancia de Salida Mida el voltaje de salida del amplificador sin la carga (RL), con esto se está midiendo la fuente de voltaje dependiente de voltaje ( eV vA ⋅ ); a continuación mida de nuevo con ella, tal como lo muestra la figura.



Rg

Ze

Generador Amplificador

Zs

RLeV vA

Se forma un divisor de voltaje entre Zs y RL, despejando Zs de la ecuación resultante se obtiene la impedancia de salida del amplificador en función de la frecuencia. Llene la parte correspondiente de la tabla. Cuestionario 1.- Determine la frecuencia de corte inferior, superior, central y ancho de banda del amplificador. 2.- La frecuencia de corte inferior depende de los condensadores de acoplamiento, explique. 3.- La frecuencia de corte superior depende de las capacitancias de las uniones del transistor; use un modelo

de alta frecuencia y determínela de manera analítica; compárela con la experimental. 4.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para disminuir la frecuencia de corte superior? 5.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para incrementar la frecuencia de corte superior? 6.- ¿Qué ventajas presenta la configuración E-C respecto a la B-C y C-C? 7.- ¿Que desventajas presenta la configuración E-C respecto a la B-C y C-C? Conclusiones

Práctica 2. Amplificador Colector Común 5


FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS E INGENIERIA



Práctica No. 2

AMPLIFICADOR COLECTOR COMUN (opcional)


Objetivo: Diseñar y caracterizar un amplificador en configuración colector-común. Material: - 1 resistencia de 100 Ω


Introducción La configuración colector-común es el tipo de amplificador comúnmente empleado como acoplador de impedancias debido a sus características de ganancia en corriente (Ai), impedancia de entrada (Ze) alta y de salida (Zs) pequeña, así como un ancho de banda (AB) ajustable. Procedimiento Especificaciones Diseñe un amplificador colector-común estable a variaciones de temperatura y máxima excursión simétrica que posea una ganancia en corriente Ai= ; impedancia de entrada mayor o igual a Ze≥ KΩ



e impedancia de salida menor o igual a Zs ≤ Ω para alimentar una carga RL= 100 Ω a una frecuencia de corte inferior de fci= Hz; alimente el amplificador usando Vcc= V.

Vg

Rg


Vcc

C1

C2

Rc

Re RL = 100 Ω

Rbs

Rbi

Circuito de Polarización Verifique que el circuito de polarización se encuentre en el punto de operación establecido en el diseño (VCEQ e ICQ) y corregir si fuera necesario.


Experimental Amplificación Aplique una señal senoidal de ½ Vpp a una frecuencia intermedia (se recomienda tres octavas arriba de la de corte inferior); reporte el valor teórico y experimental de ganancia en voltaje (Av) y determine la ganancia en corriente (Ai) usando:

vg vL AV Ai

Teórico Experimental @ f = KHz




Frecuencia

(Hertz) Voltaje de Entrada

(Vg) Voltaje de Salida

(VL) Ganancia en

Corriente (Ai) Impedancia de Entrada

(Ze) Ω Impedancia de Salida

(Zs) Ω

Grafique en papel semilogarítmico f vs Ai

100

1

a

10 10 6×1 a Impedancia de Entrada Coloque una resistencia en serie (Rs) de magnitud similar a la Ze teórica, entre el generador y la entrada al amplificador; despeje Ze del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1) y llene la parte correspondiente de la tabla.



Impedancia de Salida Mida el voltaje de salida del amplificador sin la carga (RL) y a continuación mida de nuevo con ella, determine la impedancia de salida (Zs) del amplificador en función de la frecuencia despejando Zs de la ecuación del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1) y llene la parte correspondiente de la tabla. Cuestionario 1.- Determine la frecuencia de corte inferior, superior, central y ancho de banda del amplificador. 2.- ¿Si se coloca Rc = 0, que cambios se producen en la ganancia, que ventajas y desventajas tiene? 3.- ¿De que depende la ganancia en corriente, cómo sería posible incrementarla? 4.- La frecuencia de corte superior depende de las capacitancias de las uniones del transistor; use un modelo

de alta frecuencia y determínela de manera analítica; compárela con la experimental. 5.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para disminuir la frecuencia de corte superior? 6.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para incrementar la frecuencia de corte superior? 7.- ¿Que ventajas presenta la configuración C-C respecto a la E-C y B-C? 8.- ¿Que desventajas presenta la configuración C-C respecto a la E-C y B-C? Conclusiones

Práctica 3. Amplificador Base Común 9





Práctica No. 3

AMPLIFICADOR BASE COMUN


Objetivo: Diseñar y caracterizar un amplificador en configuración base-común. Material: - 1 resistencia de 4.7 KΩ


Introducción El transistor bipolar configurado como base-común es un amplificador de uso poco común debido a su impedancia de entrada (Ze) baja y de salida (Zs) alta; sin embargo la frecuencia de corte superior es comparativamente más alta. Procedimiento Especificaciones Diseñe un amplificador base-común estable a variaciones de temperatura y máxima excursión simétrica, que posea una ganancia en voltaje Av= para alimentar una carga RL= 4.7 KΩ y posea una frecuencia de corte inferior fci= Hz. Alimente el amplificador usando Vcc= V.



Vg

Rg


Vcc

C1

C2Rc

ReCb

RL = 4 7. ΚΩ

Rbs

Rbi



Experimental Amplificación Aplique una señal senoidal de 20mVpp a una frecuencia intermedia (se recomienda tres octavas arriba de la de corte inferior); verifique que la amplificación (AV) sea la correcta midiendo el voltaje en la resistencia de carga.

vg vL AV Teórico

Experimental @ f = KHz Frecuencias de corte inferior (fci), superior (fcs) y ancho de Banda (AB) Ajuste la frecuencia en el generador por debajo de la frecuencia de corte inferior del diseño (se recomienda una octava menos), mida los voltajes de entrada y salida y determine la ganancia del amplificador; repita el procedimiento elevando la frecuencia una octava ó década, de tal forma que se tomen más lecturas alrededor de las frecuencias de corte inferior y superior y llene la parte correspondiente de la tabla.

Frecuencia (Hz)

Voltaje de Entrada (Vg)

Voltaje de Salida (VL)

Ganancia en Voltaje (Av)





Grafique en papel semilogarítmico f vs AV. 100

1

a

10 10 6×1 a Impedancia de Entrada Coloque una resistencia (Rs de magnitud similar a la Ze teórica) entre el generador y la entrada al amplificador; despeje Ze del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1) y llene la parte correspondiente de la tabla. Impedancia de Salida Mida el voltaje de salida del amplificador sin la carga (RL) y con ella, determine la impedancia de salida (Zs) del amplificador despejando Zs de la ecuación del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1) y llene la parte correspondiente de la tabla. Cuestionario 1.- Determine la frecuencia de corte inferior, superior, central y ancho de banda del amplificador 2.- ¿Que función tiene el capacitor Cb de la configuración? 3.- La frecuencia de corte superior depende de las capacitancias de las uniones del transistor; use un modelo

de alta frecuencia y determínela de manera analítica; compárela con la experimental. 4.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para disminuir la frecuencia de corte superior? 5.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para incrementar la frecuencia de corte superior? 6.- ¿Que ventajas presenta la configuración B-C respecto a la E-C y C-C? 7.- ¿Que desventajas presenta la configuración B-C respecto a la E-C y C-C? Conclusiones

Práctica 4. Amplificador Cascode 12





Práctica No. 4

AMPLIFICADOR CASCODE (opcional)


Objetivo: Diseñar y caracterizar un amplificador emisor común acoplado a un base común para formar una

configuración cascode. Material: - 1 resistencia de 4.7 KΩ

- 7 resistencias del valor requerido - 4 capacitores del valor requerido - 2 transistores bipolares de características conocidas - Multímetro y puntas para multímetro - Fuente lineal de voltaje y puntas para fuente - Generador de funciones y puntas para generador - Osciloscopio y puntas para osciloscopio - Tablilla para conexiones (protoboard) - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El amplificador emisor-común posee las características eléctricas más favorables de las configuraciones mientras que el base-común sólo posee una sobresaliente. Acoplando uno al otro se forma una configuración llamada “cascode” la cuál adquiere las características de ambos. Procedimiento Especificaciones Diseñe un amplificador emisor-común estable a variaciones de temperatura y máxima excursión simétrica que posea una ganancia en voltaje Av= e impedancia de entrada mayor o igual a Ze≥ KΩ



para alimentar una carga RL= 4.7 KΩ con una frecuencia de corte inferior de fci= Hz. Alimente el amplificador usando Vcc= V.

Vg

Rg


Vcc

C1

C2

Re1

Re2Ce

RL = 4 7. ΚΩCb

R1

R2

R3

RC1

RC2

Circuito de Polarización Verifique que el circuito de polarización se encuentre en el punto de operación establecido en el diseño (VCEQ e ICQ en cada transistor) y corregir si fuera necesario.

VE1 VB1 VC1 VE2 VB2 VC2 ICQ1 VCEQ1 ICQ2 VCEQ2 Teórico

Experimental Amplificación Aplique una señal senoidal de 20mVpp a una frecuencia intermedia (se recomienda tres octavas arriba de la de corte inferior); verifique que la amplificación (AV) sea la correcta midiendo el voltaje en la resistencia de carga. Reporte la máxima ganancia (AVmax) de su amplificador colocando Ce en paralelo a Re1+ Re2.

vg vL AV AVmax Teórico

Experimental @ f = KHz Frecuencias de corte inferior (fci), superior (fcs) y ancho de Banda (AB) Ajuste la frecuencia en el generador por debajo de la frecuencia de corte inferior del diseño (se recomienda una octava menos), mida los voltajes de entrada y salida y determine la ganancia del amplificador; repita el procedimiento elevando la frecuencia una octava ó década, de tal forma que se tomen más lecturas alrededor de las frecuencias de corte inferior y superior y llene la parte correspondiente de la tabla.



Frecuencia

(Hz) Voltaje de Entrada

(Vg) Voltaje de Salida

(VL) Ganancia en Voltaje

(Av) Impedancia de Entrada

(Ze) Ω Impedancia de Salida

(Zs) Ω

Grafique en papel semilogarítmico f vs AV.

100

1

a

10 10 6×1 a Impedancia de Entrada Coloque una resistencia en serie (Rs) de magnitud similar a la Ze teórica, entre el generador y la entrada al amplificador; despeje Ze del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1) y llene la parte correspondiente de la tabla.



Impedancia de Salida Mida el voltaje de salida del amplificador sin la carga (RL) y a continuación mida de nuevo con ella, determine la impedancia de salida (Zs) del amplificador en función de la frecuencia despejando Zs de la ecuación del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1) y llene la parte correspondiente de la tabla. Cuestionario 1.- Determine la frecuencia de corte inferior, superior, central y ancho de banda del amplificador. 2.- ¿Que función tiene la resistencia Rc1 de la configuración? 3.- ¿Que función tiene el condensador Cb de la configuración? 4.- ¿Qué elementos marcan la ganancia en voltaje del amplificador? 5.- La frecuencia de corte superior depende de las capacitancias de las uniones de los transistores, use un

modelo de alta frecuencia y determínela de manera analítica; compárela con la experimental. 6.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para disminuir la frecuencia de corte superior? 7.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para incrementar la frecuencia de corte superior? 8.- ¿Que ventajas presenta la configuración Cascode sobre la E-C y la B-C? 9.- ¿Que desventajas presenta la configuración Cascode sobre la E-C y B-C? Conclusiones

Práctica 5. Amplificador Fuente Común 16





Práctica No. 5

AMPLIFICADOR FUENTE COMUN


Objetivo: Diseñar y caracterizar un amplificador configurado como fuente-común. Material: - 1 resistencia de 4.7 KΩ

- 4 resistencias del valor requerido - 3 capacitores del valor requerido - 1 transistor JFET de características conocidas - Multímetro y puntas para multímetro - Fuente lineal de voltaje y puntas para fuente - Generador de funciones y puntas para generador - Osciloscopio y puntas para osciloscopio - Tablilla para conexiones (protoboard) - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El transistor unipolar JFET configurado como fuente-común es el tipo de amplificador que presenta las características eléctricas más favorables de las configuraciones con JFET, empleado principalmente como preamplificador debido a su baja amplificación y alta impedancia de entrada. Procedimiento Especificaciones Diseñe un amplificador fuente-común estable a variaciones de temperatura y máxima excursión simétrica, que posea una ganancia en voltaje Av= e impedancia de entrada Ze≥ KΩ para alimentar una



carga RL= 4.7 KΩ con una frecuencia de corte inferior fci= Hz. Alimente el amplificador usando Vdd= V.

Vg

Rg


Vdd

C1

C2Rd

Rs1

Rs2Cs

RL = 4 7. ΚΩ

RG

Circuito de Polarización Verifique que el circuito de polarización se encuentre en el punto de operación establecido en el diseño (VDSQ e IDQ) y corregir si fuera necesario.

VG VS IDQ VDSQ Teórico

Experimental

Función Amplificadora Aplique una señal senoidal de 100mVpp a una frecuencia intermedia (se recomienda tres octavas arriba de la de corte inferior); verifique que la amplificación (AV) sea la correcta midiendo el voltaje en la resistencia de carga. Reporte la máxima ganancia (AVmax) de su amplificador colocando Cs en paralelo a Rs1+ Rs2.

ve vL AV AVmax Teórico

Experimental @ f = KHz


Frecuencia (Hertz)



Ganancia en Voltaje (AV)





Grafique en papel semilogarítmico f vs AV. 100

1

a

10 10 6×1 a Impedancia de Entrada Coloque una resistencia en serie (Rs) de magnitud similar a la Ze teórica, entre el generador y la entrada al amplificador; despeje Ze del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1) y llene la parte correspondiente de la tabla. Impedancia de Salida Mida el voltaje de salida del amplificador con y sin la carga (RL), determine la impedancia de salida (Zs) del amplificador en función de la frecuencia despejando Zs de la ecuación del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1) y llene la parte correspondiente de la tabla. Cuestionario 1.- Determine la frecuencia de corte inferior, superior, central y ancho de banda del amplificador 2.- La frecuencia de corte inferior depende de los condensadores de acoplamiento, explique. 3.- La frecuencia de corte superior depende de las capacitancias de las uniones del transistor; use un modelo

de alta frecuencia y determínela de manera analítica; compárela con la experimental. 4.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para disminuir la frecuencia de corte superior? 5.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para incrementar la frecuencia de corte superior? 6.- ¿Que ventajas presenta la configuración F-C respecto a la E-C? 7.- ¿Que desventajas presenta la configuración F-C respecto a la E-C? Conclusiones

Práctica 6. Amplificador Diferencial 19





Práctica No. 6

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL


Objetivo: Diseñar y caracterizar un amplificador diferencial. Material: - 1 resistencia de 4.7 KΩ

- 7 resistencias del valor requerido - 3 transistores bipolares de características idénticas - Multímetro y puntas para multímetro - Fuente lineal de voltaje y puntas para fuente - Generador de funciones y puntas para generador - Osciloscopio y un par de puntas para osciloscopio - Tablilla para conexiones (protoboard) - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El amplificador diferencial es el tipo de amplificador más versátil debido a sus notables características de ganancia en voltaje, impedancia de entrada, impedancia de salida y amplio ancho de banda. Procedimiento Especificaciones Diseñe un amplificador diferencial con fuente de corriente integrada que posea una ganancia en voltaje de modo diferencial y salida balanceada AVdsB= e impedancia de entrada de modo diferencial mayor o igual a Zed≥ KΩ y factor de rechazo en modo común CMRR≥ dB. Alimente el amplificador usando Vcc= + V y Vee= − V.



v Voltaje de salida BalanceadosB =v Voltaje de salida DesbalanceadosD =

v v modo comúne e1 2= ⇒

v v modo diferenciale e1 2≠ ⇒

Rc1 Rc2

Rb2Rb1

+Vcc

−Vee

ReRbs Rbi

ve1 ve2

I o

vsB

vsD2vsD1

T1 T2

T3

1 1 adaDesbalancesalidaldiferenciaVoltajeenGananciaAVdsD =2 2 adaDesbalancesalidaldiferenciaVoltajeenGananciaAVdsD =

BalanceadasalidaldiferenciaVoltajeenGananciaAVdsB =1 1 adaDesbalancesalidacomúnVoltajeenGananciaAVcsD =2 2 adaDesbalancesalidacomúnVoltajeenGananciaAVcsD =

BalanceadasalidacomúnVoltajeenGananciaAVcsB =

Circuito de Polarización Aterrice ambas entradas del amplificador y verifique que el circuito de polarización se encuentre en el punto de operación establecido en el diseño (VCEQ e ICQ) e idénticos en ambos transistores, si es necesario, corregir intercambiando transistores y/o agregando resistencia en el emisor del transistor respectivo.

VRe VB3 VCEQ3 ICQ1 VCEQ1 ICQ2 VCEQ2 Teórico

Experimental Amplificación en Modo Diferencial Aplique una señal senoidal de 20mVpp a 1 KHz en la entrada ve1 manteniendo ve2=0, mida el voltaje en las salidas del amplificador usando los dos canales del osciloscopio y verifique que la amplificación sea la correcta, primero para la salida desbalanceada 1 (AVdsD1), salida desbalanceada 2 (AVdsD2) y por último para la salida balanceada (AVdsB) restando ambos canales en el osciloscopio.

ve1 ve2 vsD1 vsD2 vsB AVdsD1 AVdsD2 AVdsB Teórico

Experimental Amplificación en Modo Común Aplique una señal senoidal de 500mVpp a 1 KHz en ambas entradas (ve1=ve2); verifique que la amplificación sea la correcta midiendo el voltaje vsD1 y vsD2 respecto a tierra (salidas desbalanceadas) y



reporte ambas ganancias (AVcsD1 y AVcsD2) y luego entre colectores vsB (salida balanceada) y reporte la ganancia (AVcsB).

ve1 ve2 vsD1 vsD2 vsB AVcsD1 AVcsD2 AVcsB Teórico

Experimental Frecuencias de corte inferior (fci), superior (fcs) y ancho de Banda (AB) Aplique una señal senoidal de 20mVpp a 1 Hz (u otra baja frecuencia medible con el osciloscopio) en ve1 siendo ve2=0; mida el voltaje de salida balanceada (vsB), determine la ganancia del amplificador, aumente la frecuencia una década (u octava), verifique cada vez la ganancia; llene la parte correspondiente de la tabla.

Frecuencia (Hertz)

Voltaje de Entrada (ve1)

Voltaje de Salida Balanceado (vsB)

Ganancia en Voltaje Balanceado (AVdsB)

Impedancia de Entrada (Ze1) Ω

Impedancia de Salida (ZsB) Ω

Grafique en papel semilogarítmico f vs AVdsB.

100

1

a

10 10 6×1 a



Impedancia de Entrada de Modo Diferencial Usando modo diferencial; mida el voltaje en la resistencia de base usando ambos canales del osciloscopio, mediante ley de ohm determine la corriente; la relación entre el voltaje de la señal de entrada y la corriente de entrada es la impedancia de entrada en modo diferencial (Zed) del amplificador en función de la frecuencia. Llene la parte correspondiente de la tabla. Impedancia de Salida Balanceada Usando modo diferencial, mida el voltaje entre vsD1 y vsD2 (salida balanceada), a continuación coloque una resistencia de carga RL=4.7 KΩ entre las salidas vsD1 y vsD2 (carga balanceada), mida de nuevo la salida balanceada, se forma un divisor de voltaje, despejando de la ecuación resultante se obtiene la impedancia de salida balanceada (ZsB) en función de la frecuencia; llene la parte correspondiente de la tabla. Cuestionario 1.- Determine la frecuencia de corte inferior, superior, central y ancho de banda del amplificador 2.- La frecuencia de corte superior depende de las capacitancias de las uniones de los transistores; use un

modelo de alta frecuencia y determínela de manera analítica; compárela con la experimental. 3.- ¿Que función tiene la resistencia en emisor que se requiere agregar en ocasiones a los transistores T1 y

T2? 4.- Use el modelo completo del transistor y determine el CMRR teórico; compárelo con el experimental. 5.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para disminuir la frecuencia de corte superior? 6.- ¿Qué se requiere agregar al amplificador para incrementar la frecuencia de corte superior? 7.- ¿Que ventajas presenta la configuración diferencial sobre la E-C, B-C y C-C? 8.- ¿Que desventajas presenta la configuración diferencial sobre la E-C, B-C y C-C? Conclusiones

Práctica 7. Amplificadores de Potencia 23





Práctica No. 7

AMPLIFICADORES DE POTENCIA


Objetivo: Diseñar y caracterizar un amplificador de potencia para audio. Material: - 1 resistencia de 8 Ω @ 25 Watts

- Resistencias del valor requerido - Capacitores del valor requerido - Diodos rectificadores (de ser necesario) - Transistor (es) bipolar (ó unipolar) de potencia de características conocidas - Multímetro y puntas para multímetro - Fuente lineal de voltaje y puntas para fuente - Generador de funciones y puntas para generador - Osciloscopio y puntas para osciloscopio - Tablilla para conexiones (protoboard) - Un par de cables con banana y caimán

Introducción El amplificador de potencia es la etapa de salida de algunos sistemas como los de audio; es el encargado de conducir la corriente que requiere la carga brindando fidelidad en la señal y consumiendo la menor potencia posible en él. Procedimiento Especificaciones Diseñe un amplificador de potencia para alimentar una carga RL= ____ Ω a una potencia≥ Wrms para las frecuencias de corte fci= 16 Hz y fcs= 20 Khz. (rango de audio).



Emplee la configuración: ; use Vcc= ± Volts (de ser necesaria una fuente dual); calcule la disipación requerida para que el amplificador opere correctamente hasta una temperatura ambiente TAmax= °C e incluir disipador de calor de ser necesario.

Clase A

C1

Ce

Rb

Clase B (Push-Pull)

Re

RL

RL

+Vcc +Vcc

−Vcc

C1

Clase AB AB Contrafase Cuasicomplementario

RL RL

C1

C2

C3C

R1

R2

−Vcc

+Vcc+Vcc

R1

R2

R3


VB VL ICQ VCEQ Teórico

Experimental Amplificación de Corriente Aplique una señal senoidal de 5 Vpp a una frecuencia de 100 Hz; reporte el valor teórico y experimental de ganancia en voltaje (Av) y determine la ganancia en corriente (Ai). Reporte el valor teórico y experimental del voltaje máximo en la entrada del amplificador sin corte a la salida (excursión máxima).



vg vL AV Ai vg max sin corte

Teórico Experimental

Forma de Onda y Distorsión Aplique una señal senoidal de 5Vpp a la frecuencia de 100 Hz; reporte la forma de onda de entrada y salida; usando un Analizador de Espectros o un osciloscopio digital que posea la operación Transformada Rápida de Fourier (FFT) o un Analizador de Calidad de Señal, determine la distorsión que provoca el amplificador midiendo las armónicas que genera, para esto use la ecuación de distorsión de la enésima armónica:

,...3,2,10 =

=η

ηη A

AD

y obtenga la distorsión armónica total (THD):

%100% 23

22

21 ×+++= LDDDTHD

NOTA: Verifique las armónicas “visibles” por el aparato. Eficiencia del Amplificador Aplique una señal senoidal de 5Vpp a la frecuencia de 100 Hz; mida el consumo promedio de potencia de la fuente de alimentación (PCC) y en la carga (PL); la relación de ambas es la eficiencia del circuito:

%100% ×=CC

L

PPη

Calcule además la potencia promedio disipada por transistor. Frecuencias de corte inferior (fci), superior (fcs) y ancho de Banda (∆∆∆∆B) Ajuste la frecuencia en el generador de funciones por debajo de la frecuencia de corte inferior del diseño, verifique la ganancia del amplificador, aumente la frecuencia una década (u octava), verifique cada vez la ganancia; llene la parte correspondiente de la tabla.

Frecuencia (Hertz)



Ganancia en Corriente (Ai)





Grafique en papel semilogarítmico f vs Ai 100

1

a

10 10 6×1 a Impedancia de Entrada Coloque una resistencia en serie (Rs) de magnitud similar a la Ze teórica, entre el generador y la entrada al amplificador; despeje Ze del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1) y llene la parte correspondiente de la tabla. Impedancia de Salida Mida el voltaje de salida del amplificador sin carga (RL) y con ella, determine la impedancia de salida (Zs) del amplificador en función de la frecuencia despejando Zs de la ecuación del divisor de voltaje formado (procedimiento de la práctica 1), llene la parte correspondiente de la tabla. Cuestionario 1.- Determine la frecuencia de corte inferior, superior, central y ancho de banda del amplificador. 2.- Determine analíticamente la frecuencia de corte superior usando un modelo de alta frecuencia y

compárela con la experimental. 3.- Que se conoce como fundamental de una señal. 4.- Que se conoce como armónico de una señal. 5.- Que se conoce como distorsión del 4o armónico de una señal. 6.- Calcule el factor de calidad de su amplificador. 7.- Que ventajas presenta acoplar la carga del amplificador clase A a través de un transformador. Conclusiones

Práctica 8.Amplificador Realimentado Positivamente (oscilador senoidal) 27





Práctica No. 8

AMPLIFICADOR REALIMENTADO POSITIVAMENTE (OSCILADOR SENOIDAL)


Objetivo: Diseñar y caracterizar un circuito oscilador. Material: - Resistencias del valor requerido

- Capacitores y/o bobinas y/o cristal de cuarzo del valor requerido - Transistor (es) bipolar de características conocidas - Multímetro y puntas para multímetro - Fuente lineal de voltaje y puntas para fuente - Osciloscopio y puntas para osciloscopio - Tablilla para conexiones (protoboard) - Un par de cables con banana y caimán

Introducción Los circuitos osciladores son parte fundamental de los equipos electrónicos, aunque de configuraciones diversas todos basan su funcionamiento en la realimentación positiva. Procedimiento Especificaciones Diseñe un oscilador estable en temperatura con máxima excursión simétrica, para la frecuencia de operación fo= Hz., empleando la configuración . Alimente el oscilador usando Vcc= V.



Cd

Rc

Re Ce

Rbs

Rbi

Rbs

Rbi Re Ce

C1 C2 Cb

De Corrimiento de Fase Colpitts

Cd Cd

Rd Rd R'd

LCL

+Vcc +Vcc

Rbs

Rbi ReRe Ce

Rbs

Rbi

C1C1

CbCb

Hartley Sintonizado

+Vcc+Vcc

Rc Rc

+Vcc

−Vee

R3R1R2

Puente de Wien

Rbs

Rbi Re Ce

C1 C2

Colpitts a Cristal

Rc Xtal

+Vcc



Circuito de Polarización Verifique que el punto de operación (VCEQ e ICQ) sea el establecido en el diseño, para esto desconecte la red de realimentación y corrija si fuera necesario.

VE VB ICQ VCEQ Teórico

Experimental Oscilación Conecte de nuevo la realimentación, si el circuito no oscila aplique con el generador de funciones una onda senoidal a la frecuencia establecida de oscilación y mida el desfasamiento entre la señal de entrada y la señal de salida de la red de realimentación, ajuste para tener 180° entre ellas. Reporte el valor teórico y experimental de la frecuencia de oscilación y forma de onda incluyendo el voltaje máximo para cada uno de los puntos de oscilación previstos. Ajuste el componente de condición de oscilación y reporte los límites dentro de los que ésta existe. Varíe Vcc y observe la variación de la frecuencia y amplitud de la oscilación; llene la tabla y grafique la estabilidad en frecuencia para variaciones del voltaje de alimentación.

Teórico Experimental f0 vs f0min f0max VCCmin VCCmax

ccV nominal0

0f

f

54Vcc

Vcc 3

4Vcc

12Vcc

ff

0

0nominal

Vcc



Impedancia de Salida Coloque una resistencia de carga RL=10 ΚΩ en el punto de salida previsto; reporte el valor teórico y experimental de la impedancia de salida midiendo el voltaje a la salida del oscilador sin carga RL, y a continuación midiendo de nuevo con carga, como lo muestra la figura.

Oscilador

Zs

RLVg

Del divisor de voltaje formado despeje la impedancia de salida (Zs) del circuito a la frecuencia de oscilación.

vSin Carga VCon Carga ZS Teórico

Experimental Cuestionario 1.- ¿De que depende la frecuencia de oscilación de cada una de las configuraciones mostradas? 2.- Investigue los rangos de frecuencias de oscilación posibles para cada una de las configuraciones

mostradas. 3.- ¿Que ventajas presenta cada una de las configuraciones con respecto a las otras? Conclusiones

Práctica 9.Amplificador Realimentado Negativamente 31





Práctica No. 9

AMPLIFICADOR REALIMENTADO NEGATIVAMENTE


Objetivo: Diseñar y caracterizar un amplificador de dos etapas con realimentación. Material: - 1 resistencia de 4.7 KΩ

- 8 resistencias del valor requerido - 4 capacitores del valor requerido - 2 transistores bipolares de características conocidas - Multímetro y puntas para multímetro - Fuente lineal de voltaje y puntas para fuente - Generador de funciones y puntas para generador - Osciloscopio y puntas para osciloscopio - Tablilla para conexiones (protoboard) - Un par de cables con banana y caimán

Introducción Realimentar negativamente la señal de salida de un amplificador produce características muy útiles en el funcionamiento eléctrico. Procedimiento Especificaciones Diseñe un amplificador de dos etapas (emisores-comunes) acoplados con capacitor, estable en temperatura y máxima excursión simétrica con salida realimentada para lograr una ganancia en voltaje Avf= para alimentar una carga RL= 4.7 KΩ, fci= Hz.; use Vcc= V.



Vg

Rg


Vcc

C1

C3

Re1

Re2Ce

RL = 4 7. ΚΩ

C2

Rf

Rbi1

Rbs1

Rbs2

Rbi2

Rc1

Rc2

Circuito de Polarización Verifique que los circuitos de polarización se encuentren en el punto de operación establecido en el diseño (VCEQ e ICQ) y corregir si fuera necesario.

VE1 VB1 VC1 VE2 VB2 VC2 ICQ1 VCEQ1 ICQ2 VCEQ2 Teórico

Experimental Amplificación sin Realimentación Elimine la realimentación del circuito, aplique una señal senoidal de 50mVpp a una frecuencia intermedia (se recomienda tres octavas arriba de la de corte inferior); verifique la amplificación midiendo el voltaje en la resistencia de carga.

vg vL AV Teórico

Experimental @ f = KHz Amplificación con Realimentación Manteniendo la realimentación, aplique una señal senoidal de 100mVpp a una frecuencia intermedia; verifique que la amplificación sea la correcta midiendo el voltaje en la resistencia de carga.

vg vL AV Teórico

Experimental @ f = KHz Frecuencias de corte inferior (fci), superior (fcs) y ancho de Banda (AB) Elimine la realimentación del circuito; ajuste la frecuencia en el generador de funciones muy por debajo de la frecuencia de corte inferior del diseño, verifique la ganancia del amplificador; aumente la frecuencia una década (u octava), verifique cada vez la ganancia; llene la parte correspondiente de la tabla. Repita el procedimiento ahora con realimentación.



Frecuencia

(Hertz) Voltaje de

Entrada (Vg) Voltaje de Salida (VL)

Voltaje de Salida (VLf)

Ganancia sin retro. (AV)

Ganancia con retro. (AVf)

Impedancia de Entrada (Zef) Ω

Impedancia de Salida (Zsf) Ω

Grafique en papel semilogarítmico f vs AV y Avf (ambas en la misma gráfica).

100

1

a

10 10 6×1 a Impedancia de Entrada Manteniendo la realimentación, coloque una resistencia en serie (Rs de magnitud similar a la Ze teórica) entre el generador y la entrada al amplificador. Mida los voltajes antes y después de la resistencia Rs que se agregó; despejando de la ecuación resultante del divisor de voltaje formado determine la impedancia de entrada real (Ze) del amplificador en función de la frecuencia (procedimiento de la práctica 1). Llene la parte correspondiente de la tabla.



Impedancia de Salida Manteniendo la realimentación, mida el voltaje de salida del amplificador sin la carga RL, y a continuación mida de nuevo con ella, se forma un divisor de voltaje, despejando de la ecuación resultante se obtiene la impedancia de salida (Zs) del amplificador en función de la frecuencia (procedimiento de la práctica 1). Llene la parte correspondiente de la tabla. Variación de Ganancia por efecto de la Carga A la frecuencia intermedia del amplificador, reporte la ganancia en voltaje del circuito para variaciones de resistencia de carga RL, llene la tabla.

Variación Av (Sin Realimentar) Avf (Realimentado) RL’=½RL RL’=RL RL’=2RL

Variación de Ganancia por efecto de la ββββ Coloque un transistor T1 y/o T2 de β diferente a la original. Mida la ganancia a la frecuencia intermedia del amplificador y obtenga la sensibilidad de ganancia usando:

βββ ∆

∆

= vf

vf

A

AA

S

Cuestionario 1.- Determine la frecuencia de corte inferior, superior, central y ancho de banda del amplificador. 2.- La frecuencia de corte superior depende de las capacitancias de las uniones de los transistores; use un

modelo de alta frecuencia y determínela de manera analítica; compárela con la experimental. 3.- ¿Que ventajas presenta colocar como primera etapa un amplificador de menor ganancia en un

amplificador de varias etapas? 4.- ¿Que se conoce como Transmisión Gazal? 5.- ¿Que ventajas presenta la configuración E-C realimentada respecto a la E-C sin realimentar? 6.- ¿Que desventajas presenta la configuración E-C realimentada respecto a la E-C sin realimentar? Conclusiones

Práctica 10.Aplicación 35





Práctica No. 10

APLICACIÓN


Objetivo: Diseñar y caracterizar una aplicación que integre dos o más de los temas contenidas en la unidad

de aprendizaje. Material: - resistencias del valor requerido

- condensadores del valor requerido - bobinas del valor requerido - diodos de especificaciones conocidas - transistores de especificaciones conocidas - Multímetro y puntas para multímetro - Fuente lineal de voltaje y puntas para fuente - Generador de funciones y puntas para generador - Osciloscopio y puntas para osciloscopio - Tablilla para conexiones (protoboard) - Un par de cables con banana y caimán

Introducción Con la interconexión de circuitos amplificadores de pequeña y gran señal realimentados (o no) con circuitos osciladores, es posible el diseño de innumerables aparatos e instrumentos electrónicos. Procedimiento Diseñe un circuito electrónico que haga uso de cuando menos dos temas de los que consta la unidad de aprendizaje (Electrónica II), se sugieren los siguientes trabajos:

a) Receptor de A.M. heterodino b) Receptor de A.M. superheterodino c) Receptor de F.M. heterodino



d) Receptor de F.M. superheterodino e) Transmisor de A.M. estereo f) Transmisor de F.M. estereo g) Transmisor de señal analógica mediante enlace óptico h) Opto-aislador de señal analógica

Especificaciones Circuito a diseñar: El cuál tendrá las siguientes especificaciones: Circuito de Polarización Verifique que los circuitos de polarización se encuentren en el punto de operación establecido en el diseño (VCEQ e ICQ) y corregir si fuera necesario. Amplificación Verifique que la amplificación sea la correcta midiendo el voltaje en la resistencia de carga. Frecuencias de operación Ajuste la frecuencia en el generador de funciones muy por debajo de la frecuencia de corte inferior teórica y verifique la operación del circuito; aumente la frecuencia una década (u octava), verifique cada vez la operación.



Impedancia de Entrada Utilice algún método práctico y determine la impedancia de entrada de su circuito. Impedancia de Salida Utilice algún método práctico y determine la impedancia de salida de su circuito. Cuestionario 1.- Determine la frecuencia de corte inferior, superior, central y ancho de banda del amplificador. 2.- Determine analíticamente la frecuencia de corte superior usando un modelo de alta frecuencia y

compárela con la experimental. Conclusiones

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