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• Emerson Müller Juarez Avila

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AMPLIFICADOR MULTIETAPA-DOBLE FUENTE I.

OBJETIVOS -

Repasar los tópicos de diseño de amplificadores multi etapas con grandes ganancias, los criterios de utilización, el manejo de señales grandes y las características de salida.

II.

Medir señales en AC y apreciar la distorsión.

MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS Materiales 1BC548 NPN – 1BC 558 PNP 2x5.6k, 2x2k, 1.5k, 240, 10k Condensadores 2x10uF, 2x100uF 1 Protoboard Cables de conexión

III.

Instrumentos 1 Osciloscopio 2 Cables de osciloscopio 1 Multímetro 1 Generador de Señales

PROCEDIMIENTO: a) Armar el circuito de la figura mostrada y verificar la conexión de los mismos, antes de energizar.

b) Conectar las fuentes de tensión y medir el voltaje de cada terminal de los transistores respecto a tierra. A partir de estos datos, determinar el punto de operación de cada uno.

VC1= 7.91v

VE2 = 8.63v

VE1 = - 0.71v VB1= -0.05v

VC2 = -8.11v

Calcular : IC1 = IE1 = VRE 1 / RC1 IC2 = IE2 = VR2 / ( RE2+RE2’) VCE1= (VC1-VE1) VEC2= (VE2-VC2)

= =

= 2.05mA = 1.94mA

8.62v 16.74v

c) Aplicar una señal de 10 mv senoidales en la entrada, a una frecuencia de 1KHz, para apreciar con el osciloscopio la señal de salida en el colector de cada transistor. Determinar de esta manera la ganancia de cada etapa.

Av1= VC1 / Vin = 100 Av2= Vo / VC1 = 7.5 Av (total)= Vo / Vin = 750

d) Aumentar la amplitud de la señal del generador y observar la distorsión en Vo. Anotar el máximo Vo permisible sin distorsión apreciable y a la vez medir la señal de entrada.

Vo(max)sin distorsión = 8 voltios Vin max = 11milivoltios

e) Variar el circuito para colocar el condensador del emisor 2 directamente en paralelo a las resistencias RE1 y RE2 (Esto hace al transistor 2 de alta ganancia). Calcular en forma experimental, nuevamente las ganancias Av1, Av2 y Av(total).

Si existen inconvenientes, consultar al profesor.

Av1= Vc2 / Vin = Av2= Vo / VC2 =

(en AC)

Av (total)= Vo / Vin =

(en AC)

Bueno en este caso no se pudo determinar las ganancias de cada etapa, debido a que al poner el condensador del emisor 2 directamente en paralelo a las resistencias RE y RE’, el transistor Q2 se vuelve de alta ganancia, elevando así la ganancia de todo el sistema y haciéndolo oscilar excesivamente por lo que no se pudo tomar ninguna medición.

Cuestionario: 1.-

Desarrollar completamente el circuito trabajado, con los valores de los elementos que se han usado. Usar los manuales para conseguir los datos del transistor. (Beta y Vbe)

Análisis en DC:

Para el transistor Q1: De la malla base-emisor 1 12  0.66 5.6 K  5.6 K (1  220 )  IB1  0.0092 mA

IC1   * IB1  IC1  2.02mA

IB1 

VC1  8.65  5.6 K (2.02mA)  12 VC1  7.96V

VCE1  24  7.6 K (2.02mA) VCE1  8.65v

VE1  5.6 K (2.02mA)  12 VE1  0.69v

VB1  5.6 K (0.01mA) VB1  0.056v

26mV 220 2.02mA hie1  2.83K hie1 

Para el transistor Q2: 3.38v 0.24K  1.5K  IC2  1.94mA IC2 

VC2  2 K (1.94mA)  12 VC2  8.12v

IB 2 

IC 2



VEC2  24  1.94mA(0.24K  1.5K  2 K ) VCE2  16.74v

 IB 2  0.0088 mA VE2  16.74  2 K (1.94mA)  12 VE2  8.62v

26mV 220 1.94mA hie1  2.95K hie2 

Análisis en AC: Calculo de ganancias: La ganancia total de sistema estaría dado por la ganancia del transistor Q1 multiplicada por La ganancia del transistor Q2: AVTotal = (AV1)(AV2) Para la primera etapa el transistor Q1 esta en configuración emisor común (EC) por lo cual su ganancia quedaría:   * Ro hie1  200(1.93K ) AV1  2.83K AV1  150.04 AV1 

Ro  2 K //(hie2  0.24(1   )) Ro  1.93K

Para la segunda etapa, el transistor Q2 esta en configuración nada-común (NC) o baja ganancia, por lo cual su ganancia quedaría:  Ro RE'  1.63K AV1  0.24K AV1  6.94 AV1 

RE'  0.24k Ro  2 K // 10k  1.67k

Entonces la ganancia total quedaría:

AVTotal = (AV1)(AV2) AVTotal = (-150.04)(-6.94) AVTotal = 1041.28

2.-

Compara los valores de los puntos de reposo y las ganancias, obtenidas teóricamente con los experimentales.

Datos Teóricos Experimentales 7.96v 7.91v VC1 -0.69v -0.7v VE1 -0.056v -0.05v VB1 8.65v 8.7v VCE1 2.02mA IC1=IE1 2.02mA -8.12v -8.11v VC2 8.62v 8.63v VE2 16.74v 16.77v VEC2 1.96mA IC2=IE2 1.94mA -150.04 -100 AV1 -6.94 -7.5 AV2 750 AV(total) 1041.28

3.-

Explicar el diseño del circuito y como trabaja con los diferentes valores de la señal. Evaluar la estabilidad Este amplificador multi etapa consta de dos etapas, la primera conformada por Q1 es de alta ganancia y la 2da conformada por Q2 es de baja ganancia, el porque de que Q1 sea de alta ganancia y Q2 sea de baja ganancia se debe a que como Q1 tiene una alta ganancia, nos conviene que Q2 sea de baja ganancia para que la señal de entrada no se amplifique demasiado sobrepasando los limites de la fuente, provocando así que el sistema oscile. En cuanto al diseño del multi-etapa, el transistor Q1 se encuentra configurado en emisor-común y el 2do transistor Q2 esta configurado en nada-común o baja ganancia; de ahí que Q1 es de alta ganancia y Q2 es de baja ganancia. Estabilidad: S = 1 + (RB/RE) = 1 + ( 5.6k/5.6k)

4.-

S= 2

Proponer alguna mejora para optimizar el diseño. Lo que podemos hacer para optimizar el diseño es por ejemplo cambiar la resistencia del colector 1 por una resistencia de 1k, lo cual reduciría un poco la ganancia del transistor Q1, dado que la resistencia de caga Ro seria menor que 1k (se deduce del paralelo), otra idea seria cambiar el transistor Q1 por un FET lo cual también reduciría la ganancia de la primera etapa, lo que se logra con esto bajar un poco la ganancia total, para evitar que el sistema pueda oscilar.

5.-

Recalcular los condensadores para tener la frecuencia de corte mínima en 100 Hertz

Req1 = 5.6k //

CE1 = 100 uf.

Req1 = 5.6k //390.48Ω Req1 = 365.03 Ω WC1 =

= 27.4 Hz.

Req2 = 1.5k //

CE1 = 47 uf.

Req2 = 335.96 Ω WC2 =

= 29.77 Hz.

WC0 =

= 60 Hz.

Recalcular los condensadores para obtener la frecuencia de corte mínima de 100Hz. Si WC1 = WC2 = WC0 = 100Hz, entonces: 100(365.03) =

; C1 = 27.4 uF.

100(335.96) =

; C2 = 29.77 uF.

100(1667) =

6.-

; C3 = 6 uF.

Explicar la máxima ganancia sin distorsión, obtenida en el paso d) Esta ganancia máxima sin distorsión se debe a que, como el amplificador tiene una ganancia de casi mil, al ingresar una señal por ejemplo de 10mV, esta señal se multiplica por casi mil lo que nos da una señal de salida de aprox. 10v, lo cual si es posible debido que la fuente VCC es de 12v, pero en el caso de que se ingresara una señal por Ej. de 15mv, en la salida tendríamos casi 15v los cual sobrepasa el valor de la fuente de alimentación, el resultado es que en la salida se obtendría una forma de onda recortada, casi cuadrada, para los valores superiores alo 12mv.

7.-

Explicar que se consigue en el paso e) al colocar el emisor de Q2 directamente a tierra en AC. Lo que se logra con esto es hacer el transistor Q2 de alta ganancia dado que al poner el condensador directamente en paralelo a RE y RE’, este pasaría de la configuración de nada-común a emisor-común y como se sabe esta ultima configuración es de alta ganancia; el resultado de esto se vería en la salida del circuito en una oscilación incontrolable.