Informe Previo 1

Laboratorio N°1:

Amplificador Multietapa (Informe Previo)

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica U.N.I. Laboratorio de Electrónica II (EE442M) Esteban Raúl Adauto Serrano [email protected]

Resumen – Los amplificadores multietapa son circuitos electrónicos formados por varios transistores (BJT o FET), que pueden ser acoplados en forma directa o mediante capacitores. Las configuraciones clásicas son el par Darlington (alta impedancia de entrada e incremento de la ganancia de corriente), el par diferencial (Relación de rechazo en modo común elevada), el amplificador cascode (alta impedancia de salida). Todas estas etapas amplificadoras pueden ser integradas y encapsuladas en un chip semiconductor llamado Circuito Integrado (CI). En el CI las polarizaciones de las etapas se hacen usando fuentes de corriente, debido a la mayor facilidad de construcción (a través de transistores). Objetivos – Diseñas, simular, implementar y analizar, la ganancia y respuesta en frecuencia de un amplificador.

Segundo: La tensión en la juntura base-emisor no deberá exceder los 26mV (constante térmica) para evitar distorsiones en la señal de salida. Para la primera etapa Q1-Q2 del circuito en estudio, escriba la ecuación dIc2⁄dT, tal que IC2=f (ICBO, VBE) y considerando que los BJT son de silicio. Sabemos que: 2.

𝑑𝐼𝑐 =

INTRODUCCION

Un amplificador se describe como un circuito capaz de procesar las señales de acuerdo a la naturaleza de su aplicación. El amplificador sabrá extraer la información de toda señal, de tal manera que permita mantener o mejorar la prestación del sistema que genera la señal (sensor o transductor usado para la aplicación). Se llama amplificador multietapa a los circuitos o sistemas que tienen múltiples transistores y además pueden ser conectados entre sí Zin, Zout o ancho de banda. Las aplicaciones pueden ser tanto de cc. Como de ca. II. 1.

INFORME PREVIO

Detallar las condiciones para los que un bjt y/o fet puede operar en baja frecuencia.

Para que un BJT o FET opere a frecuencias bajas debe cumplir ciertas condiciones: Primero: estos dispositivos deben trabajar en su zona linear, lo que quiere decir que deben estar correctamente polarizados.

𝑑𝐼𝑐𝑏𝑜 +

𝜕𝐼𝑐 𝜕𝑉𝑏𝑒

𝑑𝑉𝑏𝑒 +

𝜕𝐼𝑐 𝜕𝛽

𝑑𝛽

Dada la condición que: IC2=f(ICBO,VBE) Luego 𝑑𝐼𝐶2 𝑑𝑇

I.

𝜕𝐼𝑐 𝜕𝐼𝐶𝐵𝑂

=

𝑑𝐼𝑐2 𝑑𝐼𝑐𝑏𝑜 𝑑𝐼𝑐𝑏𝑜

𝑑𝑇

+

𝑑𝐼𝑐2 𝑑𝑉𝑏𝑒 𝑑𝑉𝑏𝑒 𝑑𝑇

De Q2 sabemos que: IC2=(B+1)ICBO+BIB Derivando respecto a Ic2: 1 = (𝛽 + 1)

𝜕𝐼𝑐𝑏𝑜 𝜕𝐼𝑐2

+𝛽

𝜕𝐼𝑏2 𝜕𝐼𝑐2

Entonces: 𝑆= 𝑆=

𝜕𝐼𝑐2 𝜕𝐼𝑐𝑏𝑜 𝜕𝐼𝑐2 𝜕𝐼𝑐𝑏𝑜

= =

1+𝛽 1−𝛽

𝜕𝐼𝑏2 𝜕𝐼𝑐2

1+𝛽 𝑅7+𝑅8 𝑅𝑏+𝑅7+𝑅8

1+

En la malla que pasa por la base y el emisor de Q2 tenemos que: Vb=Ib2Rb+(Ic2+Ib2)(R7+R8) Derivando respecto a Ic2 y despejando se tendrá: 𝑆´ =

𝜕𝐼𝑐2 𝜕𝑉𝑏𝑒

=

−𝛽 𝑅𝐵+(𝑅7+𝑅8)(1+𝛽)

Donde S y S´ representan los factores de estabilidad de Ic2respecto a los parámetros Icbo y Vbe respectivamente. Finalmente reemplazando (1) y (2) en tendremos el índice de variación de Ic2 con respecto a T:

𝜕𝐼𝐶2 1+𝛽 𝑑𝐼𝑐𝑏𝑜 =( ) 𝑅7 + 𝑅8 𝜕𝑇 𝑑𝑇 1+( ) 𝑅𝐵 + 𝑅7 + 𝑅8 −𝛽 𝑑𝑉𝑏𝑒 +( ) 𝑅𝐵 + (𝑅7 + 𝑅8)(1 + 𝛽) 𝑑𝑇

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.

Es conveniente que, al realizar el diseño de un circuito amplificador, la función de ganancia no sea dependiente de términos como hfe, hie, etc., ya que estos términos son variables ante los cambios de temperatura, y en un momento dado podemos obtener valores óptimos de amplificación y luego resultados muy pobres. Es mejor que términos como la ganancia sean funciones constantes dependientes de los resistores, para obtener resultados fiables. 4.

Diseñe un circuito amplificador ARGOS 1 bajo las siguientes premisas:

- Fuente de operación DC 12v - Elementos activos 2N2222A - Señal de prueba 1kHz 10mv, resistencia 10kΩ - Corrientes ICQ mayores o iguales a 1mA - Frecuencia de corte fi = 100Hz y fs = 5kHz - Ganancia a frecuencias medias ≈ 350 ARGOS 1

5.

Simular el circuito y graficar los principales parámetros del amplificador

6.

Comprobar que las junturas Base – Emisor trabajan en el régimen lineal y de mínima distorsión armónica, basado en los diagramas de bode del circuito ARGOS 1 obtenidos de la simulación.

Se observa que los transistores están polarizados linealmente. 7.

Presente los diagramas de bode obtenidos de la simulación. V2 vs V1:

Respuesta del Amplificador ARGOS 1 a una onda de prueba de 1kHz.

V6 vs V1:

V15 vs V12:

V7 vs V6:

V16 vs V12:

V9 vs V1:

V16 vs V1:

V12 vs V9:

8.

Implementación Equipo y Material Básico  1 Osciloscopio  1 Generador de Señales  1 Multímetro digital  1 Fuente DC Lista de Componentes:  Transistores: Q1, Q2, Q3, Q4 2N2222A





9.

Resistencias R1, RL R2 R3, R9 R4, R8 R5, R11 R6, R13 R7, R14 R9 R10 R12 R15 Capacitores C1, C4 C2, C5 C3 C6 C7

10 KΩ 100 KΩ 68 KΩ 2.2 KΩ 3.9 KΩ 3.3 KΩ 100 Ω 68 KΩ 22 KΩ 1.5 KΩ 680 Ω 0.22 µF 47 µF 0.15 µF 1.8 nF 1.2 nF

Bibliografía

[1] Rashid, Muhammad H, “Circuitos Microelectrónicos”, México D.F. Internacional Thomson Editores , 2000. [2] Kunst Zurich. Amplificadores diferenciales. [En línea]. http://www.slideshare.net/Volta/tema-7amplificador-diferencialpresentation