eLab: Remote Electronics Lab

eLab, Laboratorio Remoto de Electrónica
ITESM, Depto. de Ingeniería Eléctrica
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:
g m veb = β ib = α ie
-1-
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
Emisor
ic
ie
veb
Colector
g mveb
-
-
-
re
veb
vcb
ib
ic
+
+
+
ie
Emisor
Colector
Base
Base
Base
(a)
(b)
Figura 1. a) Transistor PNP en configuración base común b) Circuito equivalente híbrido π
simplificado de pequeña señal.
ic
Base
ib
+
vbe
ie
Colector
Base
+
+
vce
vbe
-
ib
ic
rπ
Colector
β ib
-
Emisor
Emisor
(a)
Emisor
(b)
Figura 2. a) Transistor NPN en configuración emisor común b) Circuito equivalente
híbrido π simplificado de pequeña señal.
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 g m
I
que se calcula de la siguiente forma: g m = CQ , donde VT es el voltaje térmico; el otro es la
VT
βV
β
= βre ; donde re es la resistencia de
resistencia de difusión rπ , que se calcula como rπ = T =
I CQ gm
VT
. La importancia de estos
I CQ
parámetros radica en el hecho de que estos desempeñan un papel importante en el cálculo de
ganancias, tanto de voltaje como de corriente.
corriente alterna del emisor. Esta última se calcula como re =
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.
-2-
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
Vcc
RC
R1
C2
io
C1
RS
+
+
vS
vi
-
-
+
ii
R2
RL
RE
vo
-
Rout
Rin
Figura 5. Amplificador de voltaje en configuración emisor común.
RS
ii
+
+
vS
vi
-
-
io
ib
R1
+
βib
rπ
RC
R2
RL vo
RE
-
Rin
Rout
Figura 6. Circuito equivalente de pequeña señal para el amplificador de voltaje en
configuración emisor común representado en la Figura 5.
A partir del circuito equivalente se obtienen las ecuaciones para el cálculo de las resistencias
de entrada y salida, dadas por:
Rin = RB || [rπ + βRE ]
Rout ≈ RC
donde RB = R1 || R2 y rπ = βre .
y las ganancias de voltaje y corriente pueden calcularse a partir de:
Av =
Ai =
vo − ( RC || RL )
=
vi
re + RE
io
− RC RB
=
ii (R + R )( RB + r + R )
C
L
e
E
β
-3-
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
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.
-4-
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
(Dibuje aquí el circuitos equivalente de CD)
•
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.
(Dibuje aquí el circuito equivalente de señal pequeña)
•
Determine los parámetros de funcionamiento del amplificador; ganancia de voltaje (Av),
ganancia de corriente (Ai), resistencia de entrada (ri) y resistencia de salida (ro).
(Escriba aquí el procedimiento analítico)
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
-5-
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
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
4
RC
R1
RS
SW1
1
vS
8
io
C1
3
+
vi
+
6
ii
RE1
R2
RZ
7
-
RE2
Rin
SW2
Q1
2
+
C2
5
RL
vo
CE
-
Rout
GND
Figura 7. Circuito amplificador en Emisor Común.
La Tabla 1 muestra los valores exactos de resistores y capacitares utilizados en el
amplificador.
Resistor
R1
R2
Rc
RE1
RE2
RL
Rs
Rz
Valor exacto
6.87 KΩ,
2.17 KΩ
763 Ω
99.6 Ω
120.2 Ω
98.6 KΩ
120 Ω
1 KΩ
Capacitor
C1
C2
CE
Valor exacto
10 µF
10 µF
100 µF
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.
-6-
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
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)
Voltaje Base- Emisor VBE (activo)=
“Resultado de la
medición”
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”
Corriente de Colector
V
ICQ= Rc
Rc
Corriente de Emisor
V
V
IEQ= RE1 = RE 2
RE1
RE 2
Corriente de Base:
IBQ=IEQ – ICQ
“Resultado de la medición”
ICQ=
ICQ=
IEQ=
IEQ=
IBQ=
IBQ=
Realice el análisis del circuito en el siguiente espacio:
-7-
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
(Coloque aquí el procedimiento analítico para el cálculo de IBQ, ICQ e IEQ)
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 β = h =
fe
ganancia de corriente 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
α=
base común
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 basecolector (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:
(Coloque aquí el procedimiento analítico para el cálculo de los voltajes VBC y VCE)
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:
-8-
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
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.
(Agregue aquí la forma de onda de la fuente vs)
Figura 9. Forma de onda de la fuente de señal vs
-9-
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
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
Voltaje efectivo (rms) para vs.
Resultado de la medición
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.
(Agregue aquí la forma de onda para el voltaje de base vB
correspondiente al nodo 3 del circuito)
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.
“Resultado de la medición”
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.
- 10 -
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
(Agregue aquí la forma de onda correspondiente al voltaje
de salida vo)
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 θ v − v =
o
s
entrada (vs ) y salida (vo) del amplificador.
• ¿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
“Resultado de la medición”
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= -
vo ( pico )
vs ( pico )
=-
l) Antes de calcular teóricamente la ganancia de voltaje del amplificador se procederá al cálculo del
resistor re y de rπ , 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”
re =
Valor del resistor re
- 11 -
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
Valor del resistor rπ
rπ =
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”
Av= −
Ganancia de voltaje del amplificador
RC || RL
=
re + β RE1
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.
(Agregue aquí la forma de onda correspondiente al voltaje
en el colector vc)
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.
“Resultado de la medición”
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
- 12 -
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
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.
(Coloque aquí la forma de onda con distorsión
correspondiente al voltaje de salida vo)
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”
Máxima
variación v
o (pico-pico)=
simétrica sin distorsión
para el voltaje de salida.
“Resultado analítico ”
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”
Máxima
variación
v
simétrica sin distorsión ic (pico-pico)= o ( pico − pico ) =
RC // RL
para la corriente de
colector.
“Resultado analítico ”
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”.
- 13 -
PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
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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PT4 – Amplificación de voltaje con transistores bipolares
________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
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
Ganancia de voltaje Av
Av=
Frecuencia
f=100 Hz
Av=
Frecuencia
f=1,000 Hz
Av=
Frecuencia
f=10,000 Hz
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.
| Av |
f
0
• 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?
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6) Anote enseguida sus conclusiones generales de la presente práctica:
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