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Transcript
PRACTICA 2. AMPLIFICADOR MONOETAPA CON POLARIZACIÓN EN DIVISOR
DE VOLTAJE EN EMISOR COMÚN CON CARGA ACOPLADA
Introducción teórica
Para los amplificadores de voltaje, existen diferentes parámetros tales como la ganancia
de voltaje, que se define como la relación entre el voltaje de salida entre el voltaje de
entrada. Esta ganancia se ve afectada por diversos factores tales como la beta del
transistor y además de los distintos valores que se tengan en la resistencia de emisor y en la
carga.
La figura siguiente muestra un amplificador con polarización por divisor de tensión (PDT).
Para calcular las tensiones y corrientes continuas se abren mentalmente todos los
condensadores con el fin de calcular su respuesta en estado de reposo.
Como antes, usamos un condensador de acoplo entre la fuente y la base, y otro
condensador de acoplo entre colector y la resistencia de carga. También necesitamos
usar un condensador de desacoplo entre el emisor y tierra.
Sin este condensador, la corriente alterna de la base podría ser mucho más pequeña;
pero con el condensador de desacoplo obtendremos una ganancia de tensión mucho
mayor.
En la figura anterior, la tensión de la fuente se acopla a la base. A causa del condensador
de desacoplo, toda esta tensión alterna aparece en el diodo BE. La corriente alterna de
la base produce entonces una tensión alterna de colector amplificada, como se describió
previamente.
La tensión de la fuente de señal es una tensión sinusoidal con un valor medio de cero. La
tensión de la base es una tensión alterna superpuesta a una tensión continua. La tensión
de colector es la tensión alterna amplificada e invertida superpuesta a la tensión continua
de colector. La tensión en la carga es la misma que la tensión de colector, excepto que
tiene un valor medio de cero.
No hay tensión alterna en el emisor por que éste es una tierra para señal, resultado directo
del empleo de un condensador de desacoplo. Es importante recordarlo, por que es útil
para detectar averías. Si el condensador de desacoplo estuviera abierto, podría aparecer
una tensión alterna entre el emisor y tierra. Este síntoma apuntaría inmediatamente al
condensador de desacoplo abierto como única avería.
Desarrollo de la práctica
Material y equipo a emplear







Resistencias de 100, 400, 500, 1K, 2.2K.
Potenciómetro de 25K.
Capacitares de 0.1 F y 4.7 F.
Generador de funciones.
Fuente de voltaje a 15 V.
Osciloscopio.
Cables para conexión.



Multímetro en modalidad de medidor de corriente y de voltaje.
Protoboard.
Puntas.
1. Monte el circuito de la siguiente figura:
2. Sustituir el transistor por otro del mismo tipo, y medir el punto Q.
Antes que nada, se midió el punto Q (siguiente punto) pero al cambiar el transistor, se
tiene un Q[6.02V, 11.5 mA], la beta del dispositivo fue de 180.
3. En base a la configuración anterior, medir el punto Q en reposo (sin señal aplicada
entre la base y tierra. Si el punto Q no es el indicado, variar el potenciómetro de R2
hasta ajustar y anotar los nuevos valores.
Ic = 8.8 Ma
Vceq = 5.29 V
4. Aplicar una señal senoidal de 1 KHz de frecuencia entre base y tierra, usando
como acoplador al capacitor C1 del diagrama. Conectar el osciloscopio a la
entrada y salida. Aumentar la amplitud de la señal del generador de funciones
hasta antes de que se distorsiones la señal de salida. Medir el voltaje de entrada y
de salida para calcular la ganancia de voltaje.
Voltaje de
Voltaje de
Ganancia
salida
entrada
(AV)
4V
0.15 V
26.66
Para una señal total sin distorsión obtuvimos los siguientes valores:
Voltaje de
Voltaje de
Ganancia
salida
entrada
(AV)
8V
0.4 V
20
La gráfica de las señales de entrada y salida es:
La señal azul es la señal de entrada, la señal roja es la señal de salida. En el resto de los
procedimientos, lo único que cambia es la señal de salida, mientras la ganancia es menor
o es más pequeña, la amplitud de la señal de salida es menor que la que se tiene a
máxima ganancia de voltaje.
Para MES se necesitaba un voltaje de salida de 7.938 V. Las condiciones del osciloscopio
fueron Factor de sensibilidad vertical de entrada de 1V por división, el factor de
sensibilidad de salida igual que el de entrada, el factor de sensiblidad horizontal de 0.2 ms
por división y la frecuencia de trabajo a 1KHz.
5. Para máxima excursión de salida sin distorsión, mida el voltaje de salida, de
entrada y calcule la ganancia
Voltaje de
Voltaje de
Ganancia
salida
entrada
(AV)
7.9 V
0.4 V
19.75
6. Cambiar la resistencia de carga RL = 2 KΩ, medir el voltaje de salida y calcular la
ganancia. (Se tuvieron las mismas condiciones en el osciloscopio).
Voltaje de
Voltaje de
Ganancia
salida
entrada
(AV)
7.8 V
0.4 V
19.5
7. Cambiar la resistencia de carga RL = 500 Ω, medir el voltaje de salida y calcular la
ganancia. (Se tuvieron las mismas condiciones en el osciloscopio).
Voltaje de
Voltaje de
Ganancia
salida
entrada
(AV)
8.2 V
0.4 V
20.5
8. Cambiar la resistencia de emisor RE = 400 Ω, medir el voltaje de salida y calcular la
ganancia. Después coloque un condensador de 4.7 µF en paralelo con la
resistencia de emisor, mida el voltaje de salida y calcule la ganancia. (Factor de
sensibilidad tanto de entrada como de salida a 0.5 V por división, el factor de
sensibilidad horizontal de 0.2 ms por divisón).
Voltaje de salida
Voltaje de entrada
Ganancia (AV)
1.8 V
0.4 V
4.5
3.2 V
0.12 V
26.66
La C indica que se ha puesto un capacitor de 4.7 µF en paralelo con el emisor
9. Cambiar la resistencia de emisor RE = 1 KΩ, medir el voltaje de salida y calcular la
ganancia.
Voltaje de
Voltaje de
Ganancia
salida
entrada
(AV)
0.48 V
0.4 V
1.2
CUESTIONARIO
1.
¿En qué se diferencia el punto Q de cd al punto Q de ca? Al punto Q de cd lo
colocamos donde la recta de carga cd se intersecta con alguna curva característica
del transistor, representa la cantidad de voltaje y corriente que dará el circuito de
transistor al ser polarizado con cd con respecto a la configuración a la que se
encuentre conectado y el valor de sus elementos. Por otro lado, el punto de operación
Q de ca tiene una característica muy parecida a su contraparte de cd, sin embargo,
los datos que nos entrega dicho punto no son de los valores en cd, sino los obtenidos
cuando al amplificador le es ya alimentado con la señal de entrada, y cuando entra
en juego la impedancia de carga.
2. ¿Qué se entiende por recta de carga de ca y recta de carga de cd? La recta de
carga de cd es la obtenida por la resistencia de colector (y emisor, si es el caso) y nos
proporciona el punto de operación en el cual el amplificador va a moverse “por
default”, es decir, cuando es polarizado, sin tomar en cuenta la señal de entrada a ser
amplificada. Por otro lado, la recta de carga de ca, además de tomar dichas
resistencias de salida, también toma en cuenta la impedancia de carga del
generador, puesto que ésta recta nos proporciona el punto de operación obtenido
cuando al amplificador le es inyectada la señal de entrada.
3. ¿Por qué, a pesar de haber diseñado un amplificador para que tenga un punto de
operación a la mitad de la recta de carga (de cd), tenemos que dudar que tenga
máxima eficiencia? Porque, al considerar los factores de la señal de entrada, este
punto de operación se ve modificado, por lo que puede recorrerse de la
(preferentemente zona media de la) región lineal hacia uno de los extremos de ésta,
acercándose hacia la zona de corte o la de saturación, provocando una distorsión en
la señal.
4. ¿Qué se entiende por MES y MESSD? Al hablar de MES (Máxima Excursión de Salida) nos
referimos a la máxima amplitud pico a pico (sobre todo de voltaje) que puede tomar
la señal amplificada (preferentemente sin una distorsión a la salida) obtenida del
amplificador. Por otro lado cuando tenemos una MESSD (Máxima Excursión de Salida
Sin Distorsión) estamos asegurando que esta distorsión de la señal no se derá, puesto
que se ha eliminado de la región de funcionamiento aquellas zonas de frontera entre
la región lineal y las regiones de corte y saturación, esto se logra considerando el valor
de la amplitud como un 90% de la MES.
5.
¿Qué factores pueden propiciar que no se tenga una MESSD? Que el punto de
operación Q no se encuentre lo más cerca posible del centro de la zona de operación
del amplificador, o que dentro de dicha zona estén integradas las zonas de frontera
entre la región lineal y las regiones de corte y saturación, propiciando una posible
distorsión de la señal.
6. ¿Qué es la ganancia de voltaje y cómo se calcula? La ganancia de voltaje es una
representación numérica del número de veces en que la señal de entrada es
amplificada por dicho amplificador, y ésto se calcula dividiendo el voltaje de salida V sal
entre el voltaje de entrada Vent.
7. ¿Por qué es importante procurar que la impedancia de carga sea lo más parecida a la
impedancia del colector (hablando en términos generales)? Puesto que al considerar
la resistencia de ca indicamos el paralelo de la resistencia de colector con la de carga,
es obvio entender que si tenemos los mismos valores en estas resistencias, tendremos el
máximo valor posible del paralelo de ambas y por lo tanto, el máximo valor posible de
amplificación.
8.
¿Qué relación existe entre la resistencia de emisor y la ganancia? La ganancia
disminuirá cuando se coloque una resistencia de emisor debido a que esta resistencia
representa una caída de potencial más, y hay que recordar que la ganancia es la
relación de voltaje de salida con el voltaje de entrada, así que esta caída de potencial
en la resistencia de emisor, representa una pérdida para el voltaje de salida.
9. Respecto a la pregunta anterior, ¿cómo se puede eliminar el efecto de reducción de
ganancia de la resistencia de emisor? La respuesta es tal que podemos colocar un
capacitor (siempre y cuando haya una señal de entrada que varíe con el tiempo) en
paralelo con dicha resistencia, el capacitor debe ser de un valor grande, esto con el fin
de que parezca que existe un corto virtual en la terminal de emisor que lo lleva
directamente a tierra, aunque claro, habrá retroalimentación negativa.
10. Mencionar una característica importante del amplificador monoetapa con
polarización en divisor de voltaje en emisor común: Esta polarización de un
amplificador resulta ser la más estable de todas (debido principalmente al control
que se tiene de la corriente de base por un divisor de voltaje en la malla de
entrada), es decir, que el punto de operación Q variará muy poco con respecto a
un cambio de condiciones en el circuito (variación de la β del transistor, etc), sin
embargo, y como nos indica la relación al respecto a mayor estabilidad, menor
ganancia.
CONCLUSIONES
EN ESTA PRÁCTICA OBSERVAMOS QUE AL CONFIGURARLO POR MEDIO DE UN
DIVISOR DE VOLTAJE LOGRAMOS UNA MEJOR ESTABILIDAD EN EL PUNTO DE OPERACIÓN Y
OBSERVAMOS QUE LOS VALORES MEDIDOS CON LOS TEÓRICOS SON APROXIMADOS
DEBIDO A LAS TOLERANCIAS DE LAS RESISTENCIAS Y LA BETA DEL TRANSISTOR, YA CON ESTA
CONFIGURACIÓN PODEMOS SEGUIR APLICÁNDOLA PARA CIRCUITOS POSTERIORES DONDE
SE NECESITE UNA AMPLITUD DE SEÑAL.
GUERRA VEGA ROGELIO
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