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INFORME FINAL N°1 CONFIGURACIÓN EN CASCADA I.- OBJETIVOS:  

Verificar el concepto de amplificación en cascada del transistor Comprobar las ganancias de un circuito en cascada

II.- EQUIPOS Y MATERIALES:          

Osciloscopio Multímetro Generador de señales Fuente de poder DC 02 puntas de prueba de osciloscopio Protoboard Resistores de 2.2kΩ (2), 6.8kΩ (2), 1kΩ (2), 470Ω (2) Condensadores de 10uF (3), 100uF (2) Transitores 2N2219 o 2N2222 (2) Computadora con Multisim

III.- MARCO TEÓRICO: Un amplificador en cascada es un amplificador construido a partir de una serie de amplificadores, donde cada amplificador envía su salida a la entrada del amplificador al lado de una cadena.

La amplificación de la señal se efectúa por etapas: la salida de una excita la entrada de la etapa siguiente. La ganancia general del amplificador en cascada es el producto de las ganancias de las etapas. TIPOS DE ACOPLAMIENTO El acoplamiento establece la forma en la cual se conectan las distintas etapas amplificadoras, dependiendo de la naturaleza de la aplicación y las características de respuesta que se desean. Existen distintos tipos de acoplamiento: Acoplamiento directo, capacitivo y por transformador.

Acoplamiento directo Las etapas se conectan en forma directa, es permite una amplificación tanto de la componente de señal como de la componente continua del circuito. Se dice que los circuitos de cc se acoplan directamente. La siguiente figura muestra una aplicación de acoplamiento directo. En corriente continua se tiene

Acoplamiento capacitivo El acoplamiento capacitivo o por condensador se usa para interconectar distintas etapas, en las cuales solo se desea amplificar señal. La presencia del capacitor anula las componentes de cc, permitiendo solo la amplificación de señales en ca. Los amplificadores de ca usan acoplamiento capacitivo. Permite mayor libertad en el diseño, pues la polarización de una etapa no afectar· a la otra.

Extendiendo el sistema de la figura anterior a n-etapas, considerando la relación de ganancia de cada una de ellas se tiene que la ganancia del sistema ser·

Entonces el circuito sería de la siguiente forma

Acoplamiento por transformador Este acoplamiento es muy popular en el dominio de la radio frecuencia (RF). El transformador como carga permitir· aislar las señales y, además, dependiendo de la razón de transformación incrementar el voltaje y corriente. En el circuito de la figura siguiente, la carga es alimentada a través de un transformador, la relación de voltajes estar· dada por v2 / v1 = N2 / N1; donde el segundo término es la relación de inversa de transformación. Los transformadores permiten aislar eléctricamente las distintas etapas.

IV.- SIMULACIONES Puntos de trabajo de ambas etapas

V.- CÁLCULOS TEÓRICOS:

Análisis en DC Al analizar en DC los capacitores se abrirán. Además, vemos que ambas etapas tienes todos sus elementos iguales, así que solo analizaremos una.

Equivalente Thevenin 

Donde: 𝑅𝐵𝐵 = 𝑅1𝑄1||𝑅2𝑄1 = 1.66𝐾Ω 𝑅2𝑄1

𝑉𝐵𝐵 = 𝑉 𝑅1𝑄1+𝑅2𝑄1 = 2.2𝑉 Ahora escogemos una ganancia para el análisis 𝛽 = 110

Analizando la malla izquierda

𝑉𝐵𝐵 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐵 ∗ 𝑅𝐵𝐵 + 𝑅𝐸 ∗ 𝐼𝐸 ,

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝐼𝐸 = 𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 = (𝛽 + 1)𝐼𝐵

2.2 = 0.7 + (1.66𝐾) ∗ 𝐼𝐵 + 470 ∗ ((𝛽 + 1) ∗ 𝐼𝐵 ) 2.2 = 0.7 + (1.66𝐾) ∗ 𝐼𝐵 + 470 ∗ ((111) ∗ 𝐼𝐵 )

𝐼𝐵 = 27.87𝜇𝐴 Ahora podemos hallar el Ic 𝐼𝐶𝑄 = 𝛽𝐼𝐵 = 110(30.53𝜇𝐴) = 3.07𝑚𝐴 Analizando la malla derecha 𝑉𝐶𝐶 = 𝑉𝐶𝐸𝑄 + 𝐼𝐶𝑄 ∗ 𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 ∗ 𝐼𝐸 ,

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝐼𝐸 = 𝐼𝐶

9 = 𝑉𝐶𝐸𝑄 + (3.07𝑚)(𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 )

𝑉𝐶𝐸𝑄 = 4.49𝑣

Análisis en AC Ahora los capacitores se comportan como circuitos abiertos, y los transistores lo pasamos a su circuito equivalente. Hallamos la resistencia interna del diodo del transistor 𝑟𝑒 =

26𝑚𝑉 𝐼𝐸

26𝑚𝑉

= 3.07𝑚𝐴+27.87𝑢𝐴 = 8.39Ω

Además ℎ𝑖𝑒 = 𝛽𝑟𝑒 = 110 ∗ 8.44 = 923Ω

Donde:

𝑖𝑐1 = 𝑖𝑐2 = 𝑖𝑐 ∗ 𝛽

𝑒

𝑖𝑏 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ℎ𝑖𝑒

𝑍𝑖𝑛1 = 𝑅1𝑄1 ||𝑅2𝑄1 ||ℎ𝑖𝑒1 = 593.5Ω 𝑍𝑖𝑛2 = 𝑅1𝑄1 ||𝑅2𝑄1 ||ℎ𝑖𝑒2 = 593.5Ω

Ahora la ganancia de voltaje de la primera etapa 𝐴𝑣1 = − 𝐴𝑣1 = −

𝑖𝑐1 ∗ [𝑅𝐶1 || (𝑅1𝑄2 ||𝑅2𝑄2 || 𝐻𝑖𝑒 )] 𝑖𝑏 ∗ 𝛽 ∗ 𝑟𝑒 [𝑅𝐶1 || (𝑅1𝑄2 ||𝑅2𝑄2 || 𝐻𝑖𝑒 )] 𝑟𝑒

=−

=−

𝐴𝑣2 = −

𝑖𝑐2 ∗𝑅𝐶2 𝑖𝑏 ∗𝛽∗𝑟𝑒

𝑅𝐶2 𝑟𝑒

=−

𝑖𝑏 ∗ 𝛽 ∗ 𝑟𝑒

1𝑘||593.5 = −44.4 8.39

Ahora la ganancia de voltaje de la segunda etapa

𝐴𝑣2 = −

𝑖𝑏 ∗ 𝛽 ∗ [𝑅𝐶1 || (𝑅1𝑄2 ||𝑅2𝑄2 || 𝐻𝑖𝑒 )]

𝑖𝑏 ∗𝛽∗𝑅𝐶2 𝑖𝑏 ∗𝛽∗𝑟𝑒

1𝑘

= − 8.39 = −119.2

Entonces la ganancia total sería 𝐴𝑣 = 𝐴𝑣1 𝐴𝑣2 = (−44.4)(−119.2) = 5292.5

V.- EXPERIMENTALMENTE: 1.- Implementar el siguiente circuito y medir los puntos de trabajo de cada transistor. Y luego anotar los valores medidos en un cuadro.

Punto Q1 y Q2(mismos valores) Valor de los voltajes VCE1 Y VCE2

Valor de las corrientes IC1 y IC2

V𝐂𝐄𝐐𝟏 (V) Valor Medido

4.302

I𝐂𝐐𝟏 (mA) Zona de trabajo 3.27 Activa

V𝐂𝐄𝐐𝟐 (V) I𝐂𝐐𝟐 (mA) Zona de trabajo 4.302 3.27 Activa

2.- Seleccione el generador de audio para un voltaje de 5mV pico o similar y frecuencia de 1kHz aproximadamente. Se usó un voltaje de 4.659 mV pico y con una frecuencia de 1.319 kHz. Además, se utilizó un potenciómetro en la entrada para llegar a un valor aproximado al voltaje requerido.

3.- Seleccione el osciloscopio para observar ambos canales en posición AC. 4.- Conecte el canal 1 del osciloscopio al generador de audio y el canal 2 del osciloscopio al colector del primer transistor. Las tierras del osciloscopio deben estar conectadas a la tierra del generador de audio y a la tierra del circuito respectivamente.

5.-Grafique las señales de entrada y salida y verifique el desfase existente entre el voltaje de entrada y salida Av1.

Se observa que ambas curvas están desfasadas un ángulo de 𝜃 = 90°. Esta será la misma para la segunda etapa, y para cuando se conecte ambos canales en la salida y entrada del circuito entero el ángulo será de 𝜃 = 180°.

6.- Con el multímetro en AC mida los valores de entrada que entrega el generador y los valores de salida en el colector del transistor y determine el valor de la ganancia de voltaje Av1. 𝑉𝑜1 𝑟𝑚𝑠 = 1.789𝑉 𝑉𝑖1 𝑟𝑚𝑠 = 39.44𝑚𝑉 1.789𝑉

Entonces: 𝐴𝑣1 = 39.44𝑚𝑉 = 45.36

7.- Conecte el canal 1 del osciloscopio al generador y el canal 2 del osciloscopio al colector del segundo transistor y determine la ganancia de voltaje total del circuito Avt. 8.- Conecte el canal 1 del osciloscopio al colector del primer transistor y el canal2 del osciloscopio al colector del segundo transistor, grafique las señales de entrada y salida verificando el desfase existente entre el voltaje de entrada y salida y determine la ganancia Av2. 9.- Compruebe la ganancia la ganancia Av2 utilizando el multímetro en AC. 𝑉𝑜2 𝑟𝑚𝑠 = 4.356𝑉 𝑉𝑖2 𝑟𝑚𝑠 = 36.586𝑚𝑉 Entonces: 𝐴𝑣2 =

4.356𝑉 36.586𝑚𝑉

= 119.062

10.- Conecte el canal 1 del osciloscopio al generador de audio y el canal 2 del osciloscopio al colector del segundo transistor y determine la ganancia de voltaje total del circuito Avt. 11.- Compruebe la ganancia Avt utilizando el tester en AC y determine la relación de la ganancia total Avt con respecto a la ganancia de cada amplificador Av1 y Av2 respectivamente. Se tiene la siguiente relación Avt = Av1 * Av2. Avt= (45.36) * (119.062) =5400.652

VI.- RESULTADOS: Análisis en DC V𝐂𝐄𝐐𝟏 (V) Valor 4.48 calculado Valor 4.306 simulado Valor 4.302 experimental

I𝐂𝐐𝟏 (mA)

V𝐂𝐄𝐐𝟐 (V)

I𝐂𝐐𝟐 (mA)

3.07

Zona de trabajo Activa

4.48

3.07

Zona de trabajo Activa

3.187

Activa

4.306

3.187

Activa

3.27

Activa

4.302

3.27

Activa

Análisis en AC 𝐴𝑉1 44.4

Valor calculado Valor 45.36 experimental

𝜃1 90°

𝐴𝑉2 119.2

𝜃2 90°

𝐴𝑉𝑡 5292.5

𝜃𝑡 180°

90°

119.062

90°

5400.652

180°

VII.- CUESTIONARIO: 1.- Comparé sus datos teóricos con los obtenidos en la experiencia. Datos teóricos: En DC V𝐂𝐄𝐐𝟏 (V)

I𝐂𝐐𝟏 (mA)

4.48

3.07

Zona de trabajo Activa

V𝐂𝐄𝐐𝟐 (V)

I𝐂𝐐𝟐 (mA)

4.48

3.07

Zona de trabajo Activa

En AC 𝐴𝑉1 44.4

𝜃1 90°

𝐴𝑉2 119.2

𝜃2 90°

𝐴𝑉𝑡 5292.5

𝜃𝑡 180°

Datos experimentales: En DC V𝐂𝐄𝐐𝟏 (V)

I𝐂𝐐𝟏 (mA)

4.302

3.27

Zona de trabajo Activa

V𝐂𝐄𝐐𝟐 (V)

I𝐂𝐐𝟐 (mA)

4.302

3.27

Zona de trabajo Activa

En AC 𝐴𝑉1 45.36

𝜃1 90°

𝐴𝑉2 119.062

𝜃2 90°

𝐴𝑉𝑡 5400.652

𝜃𝑡 180°

2.- Dibuje algunos esquemas prácticos en donde se encuentre la configuración Darlington.

3.- ¿Qué modificaciones realizará al circuito experimental? ¿Por qué? No basta con que la cantidad de voltaje aumenta lo más posible, sino que también que la curva no salga recortada. Una forma para que la curva de salida salga correctamente es ir disminuyendo el voltaje que entrega el generador hasta que la curva haya tomado forma de un seno.

4.- De acuerdo al experimento, cuáles son sus conclusiones. Las conclusiones están adjuntadas en el inciso ix

5.- ¿Por qué se usa el amplificador emisor común más frecuentemente? Porque el amplificador emisor común se caracteriza por ser un buen amplificador de tensión y corriente, en cambio el base común solo amplifica la tensión y el colector común solo amplifica la corriente.

6.- ¿Por qué se coloca un capacitor como acoplamiento entro ambas etapas? Es conveniente usar este tipo de acoplamiento porque ayuda a que haya una mejor estabilidad del punto de trabajo. Además, los amplificadores de CA usan un acoplamiento capacitivo. Permite mayor libertad en el diseño, pues la polarización de una etapa no afecta a la otra.

7.- ¿Por qué se genera una distorsión en la señal de salida? La distorsión en la salida de la señal se da por una alta amplificación de voltaje, el cual supera el valor de la fuente. Por ello se debe tomar una señal inicial adecuada.

8.- ¿Cómo se podría disminuir la ganancia de tensión? La ganancia de tensión se podría disminuir haciendo que la resistencia de la base disminuya para que aumente la corriente de base lo que afectaría completamente e la ganancia. Esto simplemente se puede lograr disminuyendo el R1 Y R2 de cada etapa en el circuito anterior.

9.- ¿Por qué se pone un potenciómetro en la entrada? Para tener una buena señal de salida no se debe tener una señal de entrada muy alta, sin embargo el generador de señal no entrega una señal necesariamente pequeña así que se usa un potenciómetro para hacer un divisor de tensión y obtener la señal necesaria para trabajar.

VIII.- DISCUSIÓN DE RESULTADOS:  Se trabajó en dos formas, una en DC y otra en AC, en la primera se analizó los voltajes colector emisor de cada transistor con su respetivo Ic, tratándose de etapas con los mismos elementos solo se trabajó con una.  En DC, el voltaje colector - emisor de cada transistor está muy aproximado a la mitad de la tensión entregada por la fuente, esto hace que la amplificación sea más alta.  Cuando se trabajó en AC se obtuvo una ganancia aceptable para una buena amplificación, esto se debe a lo cerca que estuvo el voltaje colector emisor de 4.5V.  Se utilizó un potenciómetro en la entrada para usar un divisor de tensión y poder trabajar con una tensión aproximada al que pedían ya que el generador de señales no entregaba valores tan bajos.

IX.- CONCLUSIONES:  Cuando se trabaja con amplificadores en cascada, se obtiene una amplificación mucho más alta que cuando se trabaja con sola una etapa.  Al aumentar las etapas del circuito se irá incrementando poco a poco la amplificación.

X.- BIBLIOGRAFÍA:   

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R. L. Boylestad. Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Méxixo. 2009 A. R. Hambley. Electrónica. México. 2007 C. Amaya, M. Díaz, P. Peralta. Amplificadores en cascada con bjt. http://www.academia.edu/18780074/INFORME_DE_PR%C3%81CTICA_2_CI RCUITOS_AMPLIFICADORES_EN_CASCADA_CON_TRANSISTORES_BJT_Y_JFE T J. R. Rios. Configuraciones especiales: Amplificadores en cascada. http://slideplayer.es/slide/12209333/ L. Beltrán. Amplificador con transistor en cascada. https://prezi.com/psvhviidwy6b/amplificador-con-transistores-en-cascada/