Informe Previo 1 Electronica 2.docx

INFORME PREVIO N°1: AMPLIFICADOR MULTIETAPA. I.

OBJETIVO

Diseñar, simular, implementar y analizar, la ganancia y respuesta en frecuencia de un amplificador lineal.

II.      



III.

EQUIPOS Y MATERIALES 01 Osciloscopio 01 Generador de Señales de Baja Frecuencia 01 Multímetro Digital 01 Fuente DC Lista de componentes: Transistores: 𝑄1, 𝑄2, 𝑄3, 𝑄4 2𝑁2222𝐴 Resistencias: 𝑅1, 𝑅𝐿 10𝐾𝛺 𝑅2 100𝐾𝛺 𝑅3, 𝑅9 68𝐾𝛺 𝑅4, 𝑅8 2.2𝐾𝛺 𝑅5, 𝑅11 3.9𝐾𝛺 𝑅6, 𝑅13 3.3𝐾𝛺 𝑅7, 𝑅14 100𝛺 𝑅9 68𝐾𝛺 𝑅10 22𝐾𝛺 𝑅12 1.5𝐾𝛺 𝑅15 680𝛺 Capacitores: 𝐶1, 𝐶4 0.22𝜇𝐹 𝐶2, 𝐶5 47𝜇𝐹 𝐶3 0.15𝜇𝐹 𝐶6 1.8𝑛𝐹 𝐶7 1.2𝑛𝐹

PROCEDIMIENTO

1. Detallar las condiciones para los que un BJT y/o FET puede operar en baja frecuencia: El análisis del transistor como amplificador se hace bajo condiciones donde se encuentra linealidad entre las características de la señal de entrada y la de salida. Estas son la de tener pequeña amplitud y baja frecuencia. Pasada esta frecuencia, entra a consideración las capacidades internas del dispositivo como la capacidad de la juntura BE y BC, que con el efecto Miller forman una dependencia con las altas frecuencias muy limitantes por los efectos sobre sintonización de señales, que en esos casos son moduladas. Además se puede despreciar el efecto de la resistencia r0 en el modelo híbrido π.

2. Para la primera etapa 𝑄1 − 𝑄2 del circuito en estudio, escriba la ecuación 𝑑𝐼𝐶2 ⁄𝑑𝑇 , tal que 𝐼𝐶2 = 𝑓(𝐼𝐶𝐵0 , 𝑉𝐵𝐸 ) y considerando que los BJT son de silicio: Tomando en cuenta solo la primera etapa del amplificador, tomaremos el circuito de la Fig.1. Desarrollaremos la variación de la corriente del colector (𝑰𝒄𝟐 ) con la temperatura, también conocida como estabilidad en el punto de trabajo. Teniendo en cuenta que la corriente de polarización inversa de la juntura Base-Colector (𝑰𝑪𝑩𝟎 ) es fuertemente dependiente de la temperatura la tendremos en cuenta al momento de desarrollar las mallas en el circuito. Sabemos que: 𝐼𝐶2 = 𝛼𝐼𝐸2 + 𝐼𝐶𝐵0

(1)

𝐼𝐸2 = 𝐼𝐶2 + 𝐼𝐵2

(2)

Además:

𝛽 = 𝛼/(1 − 𝛼)

(3)

𝛽 + 1 = 1/(1 − 𝛼)

(4)

Fig. 1. Primera etapa del circuito amplificador. Se analizará la estabilidad en el punto de trabajo de Q2. Reemplazando ecuación (2) en ecuación (1): 𝐼𝐶2 = 𝛼( 𝐼𝐶2 + 𝐼𝐵2 ) + 𝐼𝐶𝐵0

(5)

𝐼𝐶2 = [𝛼/(1 − 𝛼)]𝐼𝐵2 + [1/(1 − 𝛼)]𝐼𝐶𝐵0

(6)

Reemplazando (3) y (4) en (6): 𝐼𝐶2 = 𝛽𝐼𝐵2 + (𝛽 + 1)𝐼𝐶𝐵0

(7)

Ahora desarrollaremos las mallas del circuito de la Fig. 1. Para relacionar 𝑰𝑪𝟐 con 𝑽𝑩𝑬 . Analizando Q1 obtenemos lo siguiente: 𝑉𝑡ℎ – 𝑉𝐵𝐸 = 𝐼𝐵1 (𝑅1//𝑅2) + 𝐼𝐸1 𝑅4

(8)

𝑉𝑡ℎ – 𝑉𝐵𝐸 = 𝐼𝐵1 [(𝑅1//𝑅2) + (𝛽 + 1)𝑅4]

(9)

𝐼𝐵1 = (𝑉𝑡ℎ – 𝑉𝐵𝐸 )/ [(𝑅1//𝑅2) + (𝛽 + 1)𝑅4]

(10)

𝐼𝐸1 = (𝛽 + 1)(𝑉𝑡ℎ – 𝑉𝐵𝐸 )/ [(𝑅1//𝑅2) + (𝛽 + 1)𝑅4]

(11)

Analizando Q2 obtenemos: 𝐼𝐸1 𝑅4 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸2 𝑅6

(12)

Usando (11) en (12):

𝐼𝐵2 =

(𝛽 + 1)(𝑉𝑡ℎ – 𝑉𝐵𝐸 )𝑅4/ [(𝑅1//𝑅2) + (𝛽 + 1)𝑅4] − 𝑉𝐵𝐸 = 𝐼𝐸2 𝑅6

(13)

𝐼𝐵2 = (1/𝑅6)[(𝑉𝑡ℎ – 𝑉𝐵𝐸 )𝑅4/ [(𝑅1//𝑅2) + (𝛽 + 1)𝑅4] − 𝑉𝐵𝐸 /(𝛽 + 1)]

(14)

𝑉𝑡ℎ𝑅4 𝑅4 1 −{ + }𝑉 𝑅6[(𝑅1//𝑅2) + (𝛽 + 1)𝑅4] 𝑅6[(𝑅1//𝑅2) + (𝛽 + 1)𝑅4] 𝑅6(𝛽 + 1) 𝐵𝐸

(15)

Hacemos a las constantes de la ecuación anterior, A y B para facilitar el cálculo. Ahora reemplazaremos (15) en (7): 𝐼𝐶2 = 𝛽(𝐴 − 𝐵𝑉𝐵𝐸 ) + (𝛽 + 1)𝐼𝐶𝐵0

(16)

Para ver la variación de IC2 con la temperatura diferenciaremos la ecuación (16) con respecto a la temperatura. 𝑑𝐼𝐶2 𝑑(𝛽(𝐴 − 𝐵𝑉𝐵𝐸 ) + (𝛽 + 1)𝐼𝐶𝐵0 ) = 𝑑𝑇 𝑑𝑇 𝑑𝐼𝐶2 𝑑(𝛽(𝐴 − 𝐵𝑉𝐵𝐸 )) 𝑑((𝛽 + 1)𝐼𝐶𝐵0 ) = + 𝑑𝑇 𝑑𝑇 𝑑𝑇

(17) (18)

Se considera como regla práctica: 𝑑𝑉𝐵𝐸 = −2.5 𝑚𝑉/º𝐶 𝑑𝑇

(19)

Además: 𝑇−25

𝐼𝐶𝐵0 (𝑇) = 𝐼𝐶𝐵0(25º𝐶) 2 8

𝑇−25 8 𝑙𝑛 2)

𝑑𝐼𝐶𝐵0 (𝐼𝐶𝐵0(25º𝐶) 2 = 𝑑𝑇 8

(20)

(21)

Entonces reemplazando (19) y (21) en (18): 𝑻−𝟐𝟓 𝟖 𝒍𝒏 𝟐)

(𝑰𝑪𝑩𝟎(𝟐𝟓º𝑪) 𝟐 𝒅𝑰𝑪𝟐 𝑹𝟒 𝟏 = 𝟐. 𝟓𝜷 { + } + (𝜷 + 𝟏) 𝒅𝑻 𝑹𝟔[(𝑹𝟏//𝑹𝟐) + (𝜷 + 𝟏)𝑹𝟒] 𝑹𝟔(𝜷 + 𝟏) 𝟖

3. Fundamente las razones por los que se diseña la ganancia y otros parámetros de un amplificador independiente del ℎ𝑓𝑒 , ℎ𝑖𝑒 , 𝑒𝑡𝑐 ; del BJT por ejemplo: Se diseña la ganancia y otros parámetros de un amplificador independiente del 𝒉𝒇𝒆 y 𝒉𝒊𝒆 porque estos parámetros tienen una fuerte dependencia de la temperatura, la corriente del colector y otros parámetros del circuito que puedan hacer variar la operación del amplificador, y trayendo como resultado la inestabilidad y variación de la ganancia, el cual ya es algo inaceptable.

4. Diseñe el circuito amplificador bajo las siguientes premisas: o

Fuente de Operación DC

12𝑉

o

Elementos activos

2𝑁2222𝐴 𝑜 𝑠𝑖𝑚𝑖𝑙𝑎𝑟

o

Señal de prueba de

10𝑚𝑉 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 10𝐾𝛺

o

Corrientes ICQ

𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑜 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 1𝑚𝐴

o

Frecuencias de corte

𝑓𝑖 = 100𝐻𝑧 𝑦 𝑓𝑠 = 5𝐾𝐻𝑧

o

Ganancia a frecuencia media

350(𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥)

V1 12V

R1 100kΩ

R2 2.2kΩ

C2

R3 3.3kΩ

R4 68kΩ

C5

R5 3.9kΩ

R6 3.3kΩ

1.2nF C3 Q4 2N2222

C6 Q3 2N2222

1.8nF 0.15µF Q1 2N2222

C1

0.22µF Q2 2N2222

R7 10kΩ

0.22µF R16 10kΩ R8 68kΩ V3 10Vrms 1kHz 0°

R9 3.9kΩ

R12 22kΩ

R10 0.1kΩ

R11 2.2kΩ

C4 47µF

R13 1.5kΩ

R14 0.1kΩ

R15 0.68kΩ

5. Simular el circuito y grafique los principales parámetros del amplificador: -Salida de la señal

C7 47µF

-Amplitud:

-Fase:

6. Presentar los diagramas de Bode obtenidos en la simulación: *Sean los puntos señalados:

-BODE V2/V1

-BODE V6/V1

-BODE V7/V6

-BODE V9/V1

-BODE V12/V9

-BODE V15/V12

-BODE V16/V12

-BODE V16/V1

IV.

BIBLIOGRAFÍA

 https://es.slideshare.net/JonathanRuizdeGaribay/amplificadores-multietapa  https://es.pdfcoke.com/document/232743419/AMPLIFICADOR-MULTIETAPA  https://es.pdfcoke.com/document/166999863/Previo-1-Laboratorio-de-Electronica-IIAmp-multietapa  https://es.pdfcoke.com/document/216063097/Informe-Previo-del-LaboratorioN%C2%BA1-Amplificador-Multietapa  https://www.coursehero.com/file/23697823/previo-1-Puente/  https://es.pdfcoke.com/document/332460391/Informe-N-4-Amplificadores-Multietapaspdf