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JUDITH VERÓNICA MONTILLA PIRELA

PROYECTO 4

Prof: Francisco Olivares

Asignatura: Lab. De Electrónica

Sección: Saia A

2016

Autores: Judith Montilla C.I.: 18.263.657

Fiorella Troiano C.I.: 24.616.234

Autores: Judith Montilla, Fiorella Troiano

Valor Creativo

1

PRE-LABORATORIO

1. Defina Amplificador Multietapas.

Los amplificadores multietapas son circuitos electrónicos formados por varios

transistores (BJT o FET), que pueden ser acoplados en forma directa o mediante

capacitores, para mejorar sus respuestas tanto en ganancia, Zin, Zout o ancho de

banda. Las aplicaciones pueden ser tanto de cc como de ca.

2. Mencione y explique los tipos de acoplamientos para los amplificadores multietapas con

transistores.

TIPOS DE ACOPLAMIENTO

El acoplamiento establece la forma en la cual se conectan las distintas etapas

amplificadoras, dependiendo de la naturaleza de la aplicación y las características de

respuesta que se desean. Existen distintos tipos de acoplamiento: Acoplamiento directo,

capacitivo y por transformador.

a. Acoplamiento Directo:

Las etapas se conectan en forma directa, que permite una amplificación tanto de la

componente de señal como de la componente continua del circuito. Se dice que los circuitos

de cc se acoplan directamente. En corriente continua se tiene:

Así

Dado que la malla de entrada será

Entonces

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2

De esta forma se determinan . Note que al hacer análisis en cc, los efectos

de la polarización de una etapa afectan a la otra. Por otro lado, realizando el análisis en

ca se tiene

De esta forma despejando de (7) y reemplazando en (6)

El efecto de los elementos de la primera y segunda etapa están presentes en la ganancia

del sistema.

b. 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 afectará la otra.

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3

Extendiendo el sistema de la Figura a n-etapas, considerando la relación de ganancia de

cada una de ellas se tiene que la ganancia del sistema será:

Considere un amplificador emisor común , de dos etapas de la siguiente figura:

Donde , , .

Por otro lado, pequeño.

Notese que en cc ambas etapas quedan separadas, formarán un circuito de polarización

universal, de esta forma el punto de operación para cada etapa será:

En ca alterna analizando cada etapa por separado se tiene, para la etapa 1 se determina

la ganancia de voltaje. Planteando las ecuaciones en el circuito de la figura:

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4

Luego se tiene que

La cual será la misma de la etapa 2, , de acuerdo a (9) se tiene que la

ganancia total del sistema será:

Sin embargo, si se toma el amplificador completo de acuerdo a la figura, se tiene:

De esta forma se tiene

Considerando los datos, con

¿Por qué difieren los dos cálculos realizados?

Esto ocurre por el efecto de carga que representa la segunda etapa al ser conectada a la

primera. Desde el punto de vista de señal, la primera etapa tiene una impedancia de

salida , dado que su ganancia será -2.4, el amplificador visto desde la salida es

una fuente de voltaje controlado por voltaje. Por otro lado, la segunda etapa desde el

punto de vista de la entrada, tiene una .

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Note que, sin conectar la segunda etapa, la salida de la primera será . Al

conectar la segunda etapa al amplificador, se produce un divisor de voltaje

Así, la ganancia de la primera etapa considerando el efecto de carga será

. Luego la ganancia total del sistema

Por lo tanto, se debe considerar el efecto de carga que representa la segunda etapa

respecto de la primera.

c. Acoplamiento por Transfomador:

Este acoplamiento es muy popular en el dominio de la radio frecuencia (RF). El

transformador como carga permitirá aislar las señales y, además, dependiendo de la razón

de transformación incrementar el voltaje y corriente.

En el circuito de la figura, la carga es alimentada a través de un transformador, la relación

de voltajes estará dada por , donde el segundo término es la relación inversa de

transformación. Los transformadores permiten aislar eléctricamente las distintas etapas.

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6

ACTIVIDADES DE LABORATORIO.

PARTE I. ANÁLISIS DE CIRCUITOS AMPLIFICADORES MULTIETAPAS.

1. Busque en el manual ECG el transistor 2N2222. Tome nota de sus especificaciones.

Transistor Bipolar NPN de baja potencia cuyas características principales son las

siguientes:

Corriente máxima: 800mA

Voltaje máximo: 40V

hfe: valores típicos alrededor de 150

2. Monte el circuito, aplique como señal de entrada una onda senoidal de 0.1V de amplitud

y 1KHz de frecuencia.

3. Observe y mida con el osciloscopio las señales de Vi y Vo1, con estos valores calcule la

ganancia de voltaje A1 en la etapa 1.

Señales Vi (amarilla) y Vo1 (azul):

C1

10uF

C2

0.01uF

C310uF

R122k

R282k

RC1820

RE1220

R38.2k

R422k

RC21k

RE2470

Q12N2222

Q22N2222

VCC12V

Vo2

Vo1

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7

A1 = Vo1 / Vi = -360mV / 100mV = -3.6

4. Repita el paso 3 para calcular la ganancia de voltaje A2 en la etapa 2.

Señales Vo1 (azul) y Vo2 (roja):

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8

A2 = Vo2 / Vo1 = -2.83V / 360mV = -7.86

5. Observe y mida con el osciloscopio las señales de Vi y Vo2. Calcule la ganancia total del

amplificador multietapa.

At = Vo2 / Vi = -2.83V / -100mV = 28.3

6. ¿Qué función cumplen los condensadores en el circuito?

Los condensadores de 10μF a la entrada y 0.01μF funcionan como condensadores de

acople, esto quiere decir que solo dejan pasar las componentes AC de la señal de salida a

la siguiente etapa filtrando las componentes DC. El condensador de 10μF en paralelo a la

resistencia de 470Ω funciona como condensador de paso haciendo que esta resistencia

solo tenga influencia en el estudio DC de la segunda etapa al tiempo que actúa como un

cortocircuito al momento de hacer el estudio AC.

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PARTE II. DISEÑO DE AMPLIFICADOR MULTIETAPAS.

1. Diseñe un Amplificador Multietapas con los siguientes datos:

Av = 10, CC = 1, EC = -10, RL = 200Ω, β1 = 100, β2 = 150, Vin = 0.5*sen(ωt), VCC = 15V.

Para hacer el diseño del amplificador multietapas, comenzaremos trabajando desde la

carga, pasando por la segunda etapa (Emisor Común) y finalmente por la primera etapa

(Colector Común).

Segunda etapa:

Sea la ganancia de tensión de un Emisor Común la siguiente:

AV2 = - gm * (RC2 || RL)

AV2 = - IC2 * (RC2 || RL) / 26mV

AV2 = - (VCC * (RC2 || RL)) / 26mV * ((RC2 || RL) + RC2 + RE2)

Asumiendo un valor de RE2 = 400Ω:

((RC2 || 200) + RC2 + 400) / (RC2 || 200) = - 15 / (26mV*(-10))

((RC2 || 200) + RC2 + 400) / (RC2 || 200) = 57.69

Despejando RC2 y resolviendo la ecuación cuadrática, tendremos que:

RC2 = 10.78KΩ

Calculemos Rca2 y Rcd2:

Rca2 = (RC2 || RL) = 10.78K || 200 = 196.36Ω

Rcd2 = RC2 + RE2 = 10.78K + 400 = 11.18KΩ

IC2 = VCC / (Rca2 + Rcd2) = 15 / (196.36 + 11.18K) = 1.32mA

RB2 = 0.1 * β2 * RE2 = 0.1 * 150 * 400 = 6KΩ

VBB2 = VBE + IC2 * (RB2 / β2 + RE2) = 0.7 + 1.32m * (6K / 150 + 400)

VBB2 = 1.28V

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Calculando R12 y R22:

R12 = RB2 / (1 – VBB2 / VCC) = 6K / (1 – 1.28 / 15) = 6.56KΩ

R22 = RB2 * VCC / VBB2 = 6K * 15 / 1.28 = 70.31KΩ

Rin2 = RB2 * re2 / ((RB2 / β2) + re2)

re2 = 26mV / IC2 = 26m / 1.32m = 19.7Ω

Rin2 = 6K * 19.7 / ((6K / 150) + 19.7) = 1.98KΩ

Primera etapa:

La carga para la primera etapa es igual a la resistencia de entrada de la segunda etapa (RL1

= Rin2).

Suponiendo RE1 = 400Ω, calculemos Rca1 y Rcd1:

Rca1 = (RE1 || RL1) = 400 || 1.98K = 332.77Ω

Rcd1 = RE1 = 400 = 400Ω

IC1 = VCC / (Rca1 + Rcd1) = 15 / (332.77 + 400) = 20.47mA

RB1 = 0.1 * β1 * RE1 = 0.1 * 100 * 400 = 4KΩ

VBB1 = VBE + IC1 * (RB1 / β1 + RE1) = 0.7 + 20.47m * (4K / 100 + 400)

VBB2 = 9.7V

Calculando R11 y R21:

R11 = RB1 / (1 – VBB1 / VCC) = 4K / (1 – 9.7 / 15) = 11.32KΩ

R21 = RB1 * VCC / VBB1 = 4K * 15 / 9.7 = 6.19KΩ

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11

C1

100uF

C2

100uF

C3100uF

R1111.32k

R216.19k

RE1400

R126.56k

R2270.31k

RC210.78k

RE2400

Q12N2222

Q22N2222

VCC15V

A

B

C

D

RL200

C4

100uF

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POST-LABORATORIO

1. Explique en qué consiste la configuración Darlington y el amplificador diferencial.

El transistor Darlington es un dispositivo semiconductor que combina dos transistores

bipolares en un tándem en un único dispositivo. Esta configuración sirve para que el

dispositivo sea capaz de proporcionar una gran ganancia de corriente la cual es el resultado

del producto de las ganancias de los transistores individuales.

Se llama amplificador diferencial a aquel cuya salida es proporcional a la diferencia entre

sus dos entradas (Vi+ y Vi-). La salida puede ser diferencial o no, pero en ambos casos,

referida a tierra. El amplificador diferencial suele construirse con dos transistores que

comparten la misma conexión de emisor, por la que se inyecta una corriente de

polarización. Las bases de los transistores son las entradas (Ii+ y Ii-), mientras que los

colectores son las salidas.

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2. Hable sobre la respuesta en frecuencia de todo Amplificador Transistorizado.

Los amplificadores se analizan como sistemas lineales, la respuesta en frecuencia se

describe como una función compleja que representa la magnitud y el corrimiento de fase

para cada frecuencia de entrada. Este análisis se concentrará en un método simple,

conocido como el diagrama de Bode, el cual permite dibujar graficas de frecuencia casi por

inspección.

La respuesta de frecuencia típica para un amplificador acoplado RC es similar a la que se

muestra en la figura. Nótese que la ganancia máxima ocurre en un intervalo medio de

frecuencias y que la ganancia disminuye tanto en frecuencias bajas como altas, A bajas

frecuencias, los capacitores de acoplamiento y derivación se empiezan a abrir y disminuye

la ganancia. A frecuencias altas, los capacitores “no intencionales” (capacitancia interna de

los elementos del circuito) empiezan a atenuar la señal.

Los limites bajo y alto del intervalo medio, fL y fH, se conocen como las frecuencias de corte.

Estas representan la frecuencia a la cual la potencia de salida disminuye a la mitad de su

valor en el intervalo medio, a lo cual se conocen como los puntos de potencia media. Las

frecuencias de corte se conocen también como la frecuencia de corte de 3dB, puesto que,

en estas frecuencias, la amplitud a disminuido 3dB desde su valor pico.

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3. Compare su diseño de la Parte II con el montaje de la parte I de la práctica. Complete

el cuadro 1.

SIMILITUDES

DIFERENCIAS

Ambos circuitos poseen 2 etapas

con configuración Emisor Común

en la segunda etapa.

Ambos amplificadores elevan en

amplitud e invierten la señal de

salida en su segunda etapa.

Ambos circuitos emplean

amplificadores npn 2n2222.

Ambos circuitos trabajan en la

región de polarización lineal.

El amplificador de la parte I

consta de 2 etapas Emisor

Común (la primera de ellas con

resistor en el emisor) mientras

que el amplificador de la parte II

posee configuración Colector

Común en la primera etapa.

El amplificador de la parte I

invierte y amplifica la señal de

salida en ambas etapas, mientras

el amplificador de la parte II no

amplifica en tensión ni invierte la

señal en la primera etapa.

Sus señales de salida difieren en

gran medida en cada etapa de los

circuitos.

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15

CONCLUSIONES

En la primera actividad, se estudió el comportamiento de un circuito multietapas en

configuración Emisor Común con resistor en el emisor para la primera etapa y Emisor

Común sin resistor en el emisor para la segunda.

Se pudo observar en el osciloscopio del programa Proteus el comportamiento de la

señal de entrada y las señales de salida de cada etapa las cuales sirvieron para calcular

la ganancia de tensión por etapa y total del sistema. Con esta información, se pudo

constatar como la ganancia total de un circuito multietapas es el resultado del producto

de la ganancia en cada etapa y se observó que la señal de salida en un circuito Emisor

Común es una versión amplificada e invertida de su señal de entrada.

En esta práctica se pudo estudiar el comportamiento de los circuitos amplificadores

multietapas con transistores BJT empleando los principios tanto de análisis como diseño

para estudiarlos.

Las ecuaciones de diseño se emplean para obtener un circuito multietapas que

suministrara una ganancia total de -10 a un circuito con una resistencia de carga de

200Ω y con configuración Colector Común en la primera etapa y Emisor Común en la

segunda etapa. Se emplearon los parámetros de ganancia de voltaje y resistencia de

entrada como ecuaciones de gran relevancia para hacer los cálculos.

Se pudo ver como la ganancia de un circuito en configuración Colector Común, tiene

una ganancia de tensión de aproximadamente 1.