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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

E. P. INGENIERÍA ELECTRÓNICA

INFORME N°5: AMPLIFICADOR EN CASCADA DE UN BJT ASIGNATURA:

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I

GRUPO/TURNO: 90G / 08:00-11:00 PROFESOR:

CUZCANO RIVAS, ABILIO

INTEGRANTE:

PEÑA LANDEO, VICTOR DANIEL

1113220333

RUIZ RODRIGUEZ, OMAR ARTEMIO

1113220574

YSLACHE GALVÁN, MIGUEL ANGEL

1113220101

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LABORATORIO DE C. ELECTONICOS I

AMPLIFICADORES BJT EN CASCADA OBJETIVO: Determinar las características de Operación del amplificador en cascada (Multietapas).

DESCRIPCION DE UNA CONEXIÓN CASCADA Una conexión popular entre etapas de amplificadores es la conexión en cascada. Básicamente una conexión en cascada es aquella en la cual la salida de una etapa se conecta a la entrada de la segunda etapa y así sucesivamente según la utilidad. La conexión en cascada proporciona una multiplicación de la ganancia en cada una de las etapas para tener una mayor ganancia en total. La impedancia de entrada (Zi) del amplificador en cascada es la de la etapa 1, mientras la impedancia de salida (Zo) es la de la etapa 2. La función principal de las etapas en cascada es conseguir la mayor ganancia total. Puesto que la polarización de c.d y los cálculos de c.a para un amplificador en cascada se siguen de aquellos deducidos para las etapas individuales 

VENTAJAS A UTILIZAR LA CONEXIÓN CASCADA El presente laboratorio nos introduce a la necesidad de emplear dos o más amplificadores conectados en cascada con el propósito de que nuestro sistema amplificador pueda reunir las características que con el empleo de un solo amplificador (con un solo elemento activo) no se podrían obtener: por ejemplo si el problema de diseño consiste en construir un amplificador que tenga una impedancia de entrada muy alta (por ejemplo 1MΩ) y que a su vez nos proporcione una ganancia de voltaje considerable (por ejemplo 80) entonces podemos percatarnos que ningún amplificador de una sola etapa ( de los vistos anteriormente) resolvería el problema. Sin embargo, para este caso, si conectamos en cascada un amplificador fuente común con amplificador emisor común, el propósito de diseño podría cumplirse. Ahora bien, si el problema de diseño consistiera además en que dicho amplificador tenga una impedancia de salida muy baja ( por ejemplo 10 Ω), se agregaría entonces una tercera etapa en cascada, la cual sería un amplificador en configuración de colector común.



DESVENTAJAS Sabemos que a más etapas conectadas tenemos mayor amplificación, pero hay que tener en cuenta que también estamos amplificando el ruido que siempre está presente en la señal de entrada o los que se introducen en cada etapa; estos se hacen más notorios mientras más etapas tengan el diseño.

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LABORATORIO DE C. ELECTONICOS I

ANALISIS DEL CIRCUITO A UTILIZAR Procedimiento: 1. Implementar el siguiente circuito.

2. Realizar el análisis del circuito experimental en DC y AC.  Evaluar la ganancia de: Av1, Av2.  Determinar Zi, Zo.

Teóricamente: Análisis en DC: En análisis en DC, los condensadores se comportan como circuitos abiertos.

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Por divisor de tensión: VB=20 V*22 K / (150 K + 22 K)

VB=2.56 V

VBE=VB-VE VE=VB-VBE VE=2.56 V – 0.7 V

VE=1.86 V

IE=VE / RE IE=1.86 V / 1.2 K

IE=1.55 mA

……………………Como IE es aproximadamente

igual a IC:

IC=1.55 mA Vcc=VC + IC*RC VC=Vcc – IC*RC VC=20 V – (1.55 mA*4.7 K)

VC=12.72 V

VC=VCE + VE VCE=12.72 V – 1.86 V

VCE=10.86 V

Análisis en AC: En el análisis en AC los condensadores se comportan como circuitos cerrados.

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Donde: 150 K // 22 K……………..........19.2 K RC………………………………………4.7 K RL (Resistencia de Carga)……1 K

Usando el modelo Híbrido:

ib2

ib1 Vi

Vo hie1

hfe1 ib1

hie2

hfe2 ib2

Impedancia de entrada Impedancia de salida

Usamos un β=100 para los dos transistores.

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hie1 = β*re hie1 = 100(26 mV / IE)………………………………. IE=1.55 mA hie1 = 100(26 mV / 1.55 mA)

hie1 = 1.68 K Como β es 100 para los dos transistores, entonces:

hie1 = hie2 = 1.68 K hfe1 = hfe2 = hfe = β Zi = 19.2 K // hie Zi = 19.2 K // 1.68 K

Zi = 1.55 K

El valor de Zo siempre va a ser el valor de la Resistencia de colector (RC), en caso hubiera o no resistencia de carga (RC) se sigue considerando Zo = RC; para nuestro caso: RC = 4.7 K

Zo = 4.7 K Evaluar Av1 Y Av2:

ViAv1 1 = Vo1 ib1/ Vi1

Vo1 Vi 2 ib2

Vo2

Vi Vo1 = -hfe*ib1*4.7 K hie1

Vo hfe1 ib1

hie2

hfe2 ib2

Vi1 =

4.7 K // 19.2 K // hie2 = 1.16 K

4.7 K // 1 K = 0.83 K

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Av1 = Vo1 / Vi 1 Vo1 = -hfe * ib1 * 1.16 K Vo1 = -100 * ib1 * 1.16 K…………voltaje de salida del transistor 1

Vi 1 = ib1*hie1 Vi 1 = ib1 * 1.68 K…………………… voltaje de entrada del transistor 1

Av1 = (-100*ib1*1.16 K) / (ib1*1.68 K)

Av1 = -69.05 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Av2 = Vo2 / Vi 2 Vo2 = -hfe * ib2 * 0.83 K Vo2 = -100 * ib2 * 0.83 K

Vi 2 = -hfe*ib2*hie2 Vi 2 = ib2*1.68 K Av2 = (-100 * ib2 * 0.83 K) / (ib2 * 1.68 K)

Av2 = -49.41

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Experimentalmente: Los datos experimentales serán hallados más adelante, ya que las preguntas que siguen a continuación están referidas a la parte experimental. 3. Aplique una señal Vi Senoidal en la entrada de manera que no se produzca distorsión en la salida f=1Khz. Tenemos que aplicar una señal en la entrada, de manera tal que la señal de salida no sea distorsionada. Probamos primero con una señal de 2 mV.

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Observamos que la señal sale distorsionada. Probamos con 10.0 mV

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La señal de salida sigue saliendo distorsionada. Por lo tanto atenemos que probar con otra señal de entrada; probamos con una señal de 0.1 mV.

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Al parecer esta señal es la adecuada; entonces trabajaremos con 0.1 mV.

4. Anote los datos experimentales de la polarización correspondiente a los transistores. Tabla 1

VCE(Vol.) VB(Vol.) VBE(Vol.) IE(mA)

TR1 11.33 2.43 0.66 1.48

TR2 11.32 2.43 0.65 1.95

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Como nos piden polarización correspondiente a los transistores, trabajaremos en DC. VCE:

Para TR1: VC=13.1 V VE =1.77 V Para TR2: VC = 13.1 V VE = 1.78 V Por lo tanto el voltaje de colector emisor será:

Para TR1: VCE = VC – VE VCE = 13.1 V – 1.77 V

VCE = 11.33 V Para TR2: VCE = VC – VE VCE = 13.1 V – 1.78 V

VCE = 11.32 V

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VB:

Para TR1:

VB = 2.43 V Para TR2:

VB = 2.43 V

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VBE:

Para TR1: VB=2.43 V VE =1.77 V Para TR2: VB = 2.43 V VE = 1.78 V

Por lo tanto el voltaje de base emisor será: Para TR1: VBE = VB – VE VBE = 2.43 V – 1.77 V

VBE = 0.66 V

Para TR2: VBE = VB – VE VBE = 2.43 V – 1.78 V

VBE = 0.65 V

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IE:

Para TR1:

IE = 1.48 mA Para TR2:

IE = 1.95 mA

5. Registre en la tabla 2 los datos obtenidos con señal:

Vin 1.41 mV

Vo1 -13.13 mV

Vo2 414.57 mV

Ai1 94.48

Ai2 145.99

Av1 -94.57

Av2 -32.67

Avt 3089.6

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Vin:

Al aplicarle una señal de 0.1 mV, obtenemos una señal máxima de:

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Señal máxima = 1.10 mV

Vin = 1.10 mV

Ahora nosotros sabemos que la salida de voltaje para un transistor con configuración emisor-común, es siempre negativa, es por eso que observamos en el grafico anterior que el voltaje de salida para TR1 toma el valor de -13.1286 mV, y es correcto el signo negativo, ya que la señal sale en forma desfasada. Ahora la señal de salida para TR2 debería ser también negativa, pero observemos que su señal de entrada (Vi2), va a tomar el valor de la señal de salida de TR1, o sea el valor de Vo1: Vo 1 = Vi 2

Vo 1 =-13.1286 mV Vi 2 =-13.1286 mV Dijimos anteriormente, que para un transistor con configuración emisor-común, la señal de salida sale en forma desfasada, entonces si tenemos una señal de entrada negativa (-13.1286 mV), su correspondiente señal de salida saldrá desfasada en forma positiva y obviamente amplificada, para nuestro caso será: 414.5676 mV. En conclusión:

Vo 1 =-13.1286 mV Vo 2 = 414.5676 mV

Ai 1= io / ii Ai 1 = 2.173 uA / 0.023 uA

Ai 1 = 94.48

Ai 2= io / ii Ai 2 = 316.7 uA / 2.173 uA

Ai 2 = 145.99

Av1 = Vo / Vi Av1 = -13.24 mV / 0.14 mV

Av1 = -94.57

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Av2 = Vo / Vi Av2 = 432.55 mV / -13.24 mV

Av2 = -32.67

Avt = Av1*Av2 Avt = (-94.57)*(-32.67)

Avt = 3089.6

6. Medir:  

Zin Zo

Los valores de Zin y Zo, fueron hallados en la parte (2)(Teoricamente) Zi = 19.2 K // hie Zi = 19.2 K // 1.68 K

Zi = 1.55 K El valor de Zo siempre va a ser el valor de la Resistencia de colector (RC), en caso hubiera o no resistencia de carga (RC) se sigue considerando Zo = RC; para nuestro caso: RC = 4.7 K

Zo = 4.7 K Podemos obtener los valores experimentales de las impedancias con las siguientes mediciones: Para Zi: Zi=99.64 uV / 0.023 uA Zi=4332.17 Ω

Zi=4.33 K

Para Zo: Zo=312.4 mV / 312.7 uA Zo=4332.17 Ω

Zo=0.999 K ≈ 1K

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Av1 TEORICO -69.05 REAL -94.57 ERROR -

Av2

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Avt

-49.41 3411.76 -32.67 3089.6 9.44%

7. Observaciones y Conclusiones.  





Tenemos que tener en cuenta la teoría de transistores, para poder entender que comportamiento tienen dentro del circuito. Observamos que la ganancia de voltaje total(Avt) toma una valor grande(3089.6), por lo tanto podemos concluir que este tipo de amplificador(en Cascada) es usado para aplicaciones en la cual necesitamos una salida realmente grande. Como se puede ver, la región activa es útil para la electrónica analógica (especialmente útil para amplificación de señal) y las regiones de corte y saturación, para la electrónica digital, representando el estado lógico alto y bajo, respectivamente. No se puede decir que una configuración es mejor que la otra, dependa del uso que se le quiera dar, aprovechando sus particulares características.