Laboratorio de Circuitos Electrnicos II

Laboratorio de Circuitos Electrnicos II

TEMA:EL AMPLIFICADOR EN CASCADA

TEMA: EL AMPLIFICADOR EN CASCADA

OBJETIVOS

Comprender el funcionamiento y las caractersticas de entrada y salida del amplificador, proponer las soluciones de diseo que satisfagan ciertas especificaciones de impedancia y ganancia.

EQUIPOS Y MATERIALES

Osciloscopio

Generador de seales AF

Fuente de alimentacin C.C.

Multimetro

Miliampermetro D.C.

Transistores (2) 2N2222, (2) 2N3904 equivalente

Resistencias: (12) resistencias de valores comprendidos entre 100 y 100K

Potencimetros: (2) 1K, (2) 10K, (2) 100K

Capacitores: (2) 10F, (2) 22F, (2) 47F, (2) 100F/ 16V 25V

FUNDAMENTO TERICOConfiguracin compuestaConexin CascadaEste tipo de configuracin es la ms popular usada para amplificacin, este solo es la conexin en serie de una salida de la etapa primera a la entrada de la segunda etapa y as sucesivamente como se desee armar el circuito. La ganancia de este tipo de configuracin solo es el producto de cada ganancia de cada etapa lo que nos brinda una mayor ganancia que una sola etapa.

Donde las ganancias finales a multiplicar son ganancias bajo condiciones de carga RL, la ganancia de corriente vendra a ser:

Para entender mejor esta configuracin veamos el caso de una conexin cascada de dos JFET-N.

La impedancia de entrada del circuito ser la impedancia de entrada de la primera etapa:

En tanto que la impedancia de salida ser la impedancia de salida de la etapa 2

Mientras que la ganancia total del circuito ser:

Amplificador en cascada emisor comn-emisor comnAnlisis DC

Reduccin del circuito

De donde por thevenin:

Entonces:

En el circuito reducido:

Hallando el voltaje:

Anlogamente:

Hallando los puntos en A, B, C, D y E en el circuito y calculando los voltajes:

Hallamos re1 y re2:

Anlisis en AC

Impedancias de entrada y salida:

Hallando la ganancia de voltaje

Donde:

Entonces:

Siendo la ganancia de voltaje:

Ganancia de corriente:

PROCEDIMIENTO

Armamos el siguiente circuito para los valores asignados en la tabla de valores correspondientes, para dos transistores del mismo tipo BC548, en el caso del multisim se uso el BC548A uno de sus equivalente para poder obtener una referencia.

Valores correspondientes:

TericoRealError%TericoRealError%

R16.9 k6.78 k-1.77%Ci10 F10.6 F5.66%

R21 k0.982 k-1.833%Ce122 F23.9 F7.95%

RC1500 495 -1.01%C210 F10.6 F5.66%

RE1100 99.9 -0.1%Ce222 F23.9 F7.95%

R310 k9.85k-1.523%C010 F10.6 F5.66%

R42 k1.96 k-2.041%RS47 46.9 -0.213%

RE2100 99.9 -0.1%RL56 k55.6 k -0.72%

RC2500 495 -1.01%VCC15 V15 V0%

Para el diseo de este circuito hemos tomado debemos tener en cuenta las caractersticas elctricas del transistor BC548 en el datasheet. A continuacin datos experimentales medidos en el laboratorio, ya armado el circuito

Anlisis DCMultisim

Etapa 1IC111.819 mA

IE111.866 mA

IB146.796 A

VCE17.902 V

1252.564

VA1.858 V

VB9.089 V

VC1.187 V

Etapa 2IC216.62 mA

IE216.705 mA

IB284.745 A

VCE25.02 V

2196.118

VE6.69 V

VD1.67 V

Laboratorio

Etapa 1IC113 mA

IE113 mA

IB150 A

VCE17.118 V

1260

VA1.931 V

VB8.502 V

VC1.384 V

Etapa 2IC213 mA

IE213 mA

IB256 A

VCE26.71 V

2232.143

VE8.27 V

VD1.359 V

Anlisis AC

Para este caso modificamos la amplitud de entrada de 50 mVPP a 20 mVPP, debido a que la seal de salida mostraba deformacin como vemos en la siguiente figura

A continuacin la imagen de la seal de entrada Vi vista en el osciloscopio

Debido a RS parte de la seal de entrada general desde el generador se va en esta, es por eso que se pone una resistencia de bajo valor, en este caso de 47 , entonces la seal Vi segn el osciloscopio ser:

La seal de salida en el amplificador ser la siguiente vista en el osciloscopio

El voltaje de salida V0 visto en el osciloscopio ser:

De donde la ganancia ser:

CUESTIONARIO

1. Cul es el efecto de la resistencia de la fuente de seal en la ganancia efectiva de un amplificador?A medida que RS crece el voltaje en las terminales de entrada del amplificador se hace ms pequeo, por lo tanto para el amplificador mientras mayor sea esta resistencia interna de la fuente de seal, menor ser la ganancia total del sistema.2. Qu podra ocurrir si la temperatura aumenta o se reemplaza el BJT por otro del mismo cdigo?

El comportamiento del transistor BJT puede verse afectado por la temperatura (modifica la corriente inversa en la unin pn polarizado inversamente). El valor de no se mantiene constante, pues puede no coincidir entre transistores del mismo tipo adems de modificarse segn el punto de trabajo (margen dado por los fabricantes).

3. Cules son las razones para conectar en cascada un circuito?

Debido a que la conexin cascada se basa en etapas en serie donde la ganancia es el producto de la ganancia de cada entrada da la posibilidad de lograr una mayor ganancia total.4. Por qu es necesario determinar el punto Q1 y Q2 en un circuito cascada?

Debido a que la ganancia total es el producto de cada ganancia de cada etapa el eslabn ms dbil podra afectar toda la ganancia o salida, por eso s necesario tener los puntos de trabajo y verificar que cada etapa tena su punto de trabajo en la zona de amplificacin.

CONCLUSIONES

Se vio que mientras menor ser la resistencia de R0 mayor ser la ganancia. La amplificacin BJT divisor de voltaje sin desvo y JFET divisor de voltaje igualmente sin desvo tendrn una seal de salida en fase con la seal entrante. Cada etapa separada dan una seal de salida 180 desfasada con la seal de entrada. La seal de salida estar en fase a la seal de entrada debido a que cada etapa por separada se encontraba desfasada 180 La resistencia RL influye en la seal de salida, mientras mayor sea esta se obtendr una mayor ganancia.

TEMAEL AMPLIFICADOR DARLINGTON

TEMA: EL AMPLIFICADOR DARLINGTON

OBJETIVO

Comprender el funcionamiento y las caractersticas del amplificador Darlington. Proponer las soluciones de diseo que satisfagan las especificaciones de corrientes de polarizacin, ganancias e impedancias del circuito.

MARCO TEORICO

A) Concepto

Cuando un circuito necesita ms corriente que la que puede suministrar un transistor comn, como cuando se quiere controlar un motor o un rel, se emplea un dispositivo capaz de suministrar esta corriente: un circuito Darlington (llamado tambin par Darlington o transistor Darlington), que viene a ser la conexin de 2 transistores bipolares caracterizados por operar como si fuera un solo transistor, con un elevado (sper beta) y una ganancia de corriente que viene a ser el producto de las ganancias de corriente de los 2 transistores individuales.

La configuracin original, formada con 2 transistores separados, fue inventada por el ingeniero Sidney Darlington de los Laboratorios Bell. Si bien la idea de poner 2 3 transistores sobre un chip fue patentada por l, no fue as la idea de poner un nmero arbitrario de transistores (lo que originara con el tiempo la base del circuito integrado).

Ejemplo de Darlington: El TIP120 es un ejemplo de par Darlington, con un encapsulado tipo TO-220, una ganancia de corriente (segn las especificaciones del fabricante, de 1000) y la mxima corriente que puede circular por el colector es de 5 A. Adems de los dos transistores propios del par Darlington, este dispositivo lleva un diodo adicional y un par de resistencias con fines de proteccin.

B) Comportamiento

Permite dar una gran ganancia de corriente y al estar todo integrado, usar menos espacio que 2 transistores normales en la misma configuracin. La ganancia total viene a ser el producto de la ganancia de los transistores individuales (generalmente 1000 ms). La tensin base-emisor tambin es mayor (viene a ser la suma de ambas tensiones base-emisor y para transistores de silicio es superior a 1,2 V); adems, el se halla multiplicando los de los transistores individuales. La intensidad del colector se halla multiplicando la intensidad de la base por la beta total.Darlington = 1 2 + 1 + 2

Si 1 y 2 son suficientemente grandes, se da que:Darlington 1 2

C) Inconvenientes

El par Darlington posee un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un nico transistor, de manera que se convierte fcilmente en inestable.

Otro inconveniente es la duplicacin aproximada de la base-emisor de tensin. Puesto que hay dos uniones entre la base y emisor de los transistores Darlington, el voltaje base-emisor equivalente es la suma de ambas tensiones base-emisor: VBE = VBE1 + VBE2 2 VBE1 VBE 2 VBE1

Para la tecnologa del silicio, donde cada VBEi 0,65 V cuando el dispositivo est funcionando en la regin activa o saturada, la tensin base-emisor necesaria de la pareja es de unos 1,3 V.

Otro inconveniente del par Darlington es el aumento de su tensin de saturacin. El transistor de salida no puede saturarse (es decir, su unin base-colector debe permanecer polarizada en inversa), ya que su tensin colector-emisor es ahora igual a la suma de su propia tensin base-emisor y la tensin colector-emisor del primer transistor, ambas positivas en condiciones de funcionamiento normal (en ecuaciones, VCE2 = VBE2 + VCE1, as VC2 > VB2 siempre).

Por lo tanto, la tensin de saturacin de un transistor Darlington es un VBE (alrededor de 0,65 V en silicio) ms alto que la tensin de saturacin de un solo transistor, que es normalmente 0,1 V - 0,2 V en el silicio. Para corrientes de colector iguales, este inconveniente se traduce en un aumento de la potencia disipada por el transistor Darlington comparado con un nico transistor.

Otro problema es la reduccin de la velocidad de conmutacin, ya que el primer transistor no puede inhibir activamente la corriente de base de la segunda, haciendo al dispositivo lento para apagarse. Para paliar esto, el segundo transistor suele tener una resistencia de cientos de ohmios conectada entre su base y emisor, permitindole una va de descarga de baja impedancia para la carga acumulada en la unin base-emisor, consiguiendo un rpido apagado.

D) Aplicaciones

Entre sus mltiples aplicaciones tenemos:

Cuando un circuito necesita ms corriente que la que puede suministrar un simple transistor o cuando se quiere controlar un motor o un rel, se necesita emplear un dispositivo capaz de suministrar esta corriente. Este dispositivo a utilizar puede ser un circuito Darlington o par Darlington.

En la interfase para conectar la EVM con cualquier equipo de radio, la interfase consta de 2 integrados Darlington ULN2803 que sirven para incrementar la intensidad de las seales TTL que les llegan y otros elementos ms. Son ampliamente utilizados para accionar las aletas solenoide impulsado y luces intermitentes en las mquinas de pinball electromecnico.

Una seal de la lgica de unos pocos miliamperios de un microprocesador, amplificada por un transistor de Darlington, fcilmente cambia 1A ms a 50V en una escala de tiempo medido en milisegundos, segn sea necesario para el accionamiento de un solenoide o una lmpara de tungsteno.

Se usan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas grandes con corrientes muy pequeas. Algunos cdigos de circuitos integrados con configuracin Darlington son: NTE2077, NTE2078, NTE2084, NTE2079, NTE2082, NTE2083, NTE2087 y NTE2088.

Ejemplo: El TIP120, par Darlington

EQUIPOS Y MATERIALES

1 Multitester1 Microampermetro1 Osciloscopio1 Generador de seales1 Fuente de CC Variable2 MiliampermetrosCables Coaxiales y Cordones ACCables cocodrilo/banano1 Protoboard6 Resistencias: R1 = 12 K, R2 = 15 K, RS = 10 K, RE = 180 , RL = 88 3 Condensadores: Ci = CE = 22 F 35 V2 Transistores: Q1 = Q2 = BD135

PROCEDIMIENTO

Anlisis del Circuito en DC:

1) Primero se trata de calcular de forma terica los puntos de prueba: VCE1, VCE2, V1, V2, V3, IB1, IC1, IC2:

2) Aplicando Thvenin al circuito:

3) Luego, aplicando mallas al circuito, hallamos IB1, IC1, IE1, IB2, IC2, IE2, VCE1 y VCE2

4) Calculamos ahora los voltajes en los puntos de prueba V1, V2, V3, as como re1 y re2:

5) Reemplazamos por sus respectivos valores en el circuito. Considerando 1 = 2 = 150 y VBE = 0,7V:

Anlisis del Circuito en AC:

1) Se obtiene el circuito equivalente:

2) Del circuito, hallamos la equivalencia entre re1 y re2:

3) Hallamos la impedancia de entrada Zi:

4) Hallamos la impedancia de salida Zo:

5) Hallamos la ganancia AV:

Hallamos AV:

6) Hallamos la ganancia Ai.

Sea:

Donde:

Luego:

7) Reemplazamos por los datos de los componentes:

Tambin se tiene que:

Luego:

Reemplazando:

CUESTIONARIO FINAL

1) Cul es el efecto de la resistencia RX? Qu condicin debe cumplir?

Una resistencia Rx entre los emisores de los 2 transistores, ocasiona que la corriente fluya por sta y disminuye la cantidad de corriente que pasa por el transistor, modificando la ganancia de corriente. Este debe ser de un alto valor resistivo (para que la corriente que circule por ella sea mnima), de esta manera, no modifica demasiado los parmetros del circuito y funcione en la zona de trabajo

2) Cul es la importancia de realizar una conexin Darlington?

Cuando estn conectados en la forma de un Darlington, proporcionan una gran ganancia de corriente (generalmente de miles) al actuar como una sola unidad. As, por ejemplo, para 2 transistores de unin bipolar:

3) Por qu es necesario determinar las consideraciones de carga estable en el diseo?

Los requisitos que un circuito en conexin Darlington es que el circuito funcione en la zona de trabajo correctamente, proporcionando una buena ganancia de corriente (como si se tratara de 2 transistores trabajando como uno solo con un beta muy elevado). De esta manera se evita las variaciones de los voltajes y corrientes al estar conectados en DC o AC.

4) Realizar un breve comentario de las incidencias ms relevantes ocurridas en la prctica.

Los valores de las resistencias, condensadores y transistores experimentales de los transistores son poco diferentes a los tericos, por lo que obtiene una aceptable medicin de las corrientes y voltajes en el circuito.

Se tuvo algunas demoras con respecto a la conexin de los ampermetros (debido al bajo valor de las corrientes de base y colector en el transistor 1) y calcular los voltajes (debido a los falsos contactos en el transistor).

Al realizar las mediciones en DC, se comprob que la corriente de base en el transistor 1, fue amplificada miles de veces en la corriente de emisor en el transistor 2.

En las mediciones en AC, se utiliz el Multitester digital para comprobar y verificar las mediciones observadas en los instrumentos de medicin (ampermetros, microampermetro u osciloscopio) puesto que no se dispona de suficientes instrumentos de medicin en alterna.

DATOS EXPERIMENTALES

ResistenciaValor tericoValor experimental

R112 K11,95 K

R215 K15 K

RS10 K9,93 K

RE0,18 K0,179 K

RL0,088 K0,0878 K

Mediciones en DCValor experimental

IB10,8 A

IC1125 mA

IC219 mA

1156,25

2152

VCE17,16 V

VCE27,8 V

V14,656 V

V24,148 V

V33,535 V

Mediciones en ACValor experimental (rms)

V g28,2 mV

V i18,4 mV

Vo17,2 mV

AV = Vo / Vi0,9348

i g0,01007 mA

i i0,001539 mA

i o0,1958997722 mA

Ai = io / ii127,2903

BIBLIOGRAFIA

Libro:

Teora de Circuitos. R. Boylestad

Pginas Web:

http://www.pwrx.com/pages/poductos/diamond.htmlhttp://roble.pntic.mec.es/~jsaa0039/cucabot/darlington-aplicacion.htmlhttp://www.dicomse.com.ar/result.php?subcat=152http://www.monografias.com/trabajos82/configuracion-darlington/configuracion-darlington.shtml

TEMA AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

TEMA: EL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

OBJETIVO

Comprender el funcionamiento y las caractersticas del amplificador Diferencial. Proponer las soluciones del diseo que satisfagan las especificaciones de corrientes de polarizacin, ganancias en modo comn y modo diferencial.

FUNDAMENTO TEORICO

El amplificador diferencial es un circuito que constituye parte fundamental de muchos amplificadores y comparadores y es la etapa clave de la familia lgica ECL. En este tema se describen y analizan diferentes tipos de amplificadores diferenciales basados en dispositivos bipolares y FET. Se abordan tcnicas de polarizacin y anlisis de pequea seal introduciendo los conceptos en modo diferencial y modo comn que permiten simplificar el anlisis de estos amplificadores. Por ltimo, se presentan y estudian amplificadores diferenciales integrados complejos que resultan muy tiles como introduccin a los amplificadores operacionales

ETAPA DE AMPLIFICACIN DIFERENCIAL

El Amplificador diferencial se caracteriza por presentar dos transistores idnticos con similares caractersticas, tanto internas como de las redes de polarizacin.

Ya que el circuito dispone dos entradas y dos salidas de seal, existen cuatro configuraciones posibles realizando las distintas combinaciones entre entradas y salida.

Entrada y salida simtrica: Es la forma ms tpica de un amplificador diferencial, tiene dos entrada V1 y V2, El voltaje de salida se obtiene de la diferencia entre las salidas de los colectores.

Entrada asimtrica y salida simtrica: En algunas aplicaciones slo se usa uno de los terminales de entrada con la otra conectada a tierra, mientras que la salida se obtiene entre los colectores de los dos transistores del circuito.

Entrada simtrica y salida asimtrica: Esta es la forma ms practica y utilizada porque puede excitar cargas asimtricas o de un solo terminal como lo hacen los amplificadores EC, emisor seguidor y otros circuitos. Esta etapa es la que se usa para la etapa de entrada de la mayor parte de los Amplificadores Operacionales comerciales. Presenta dos entradas de seal para las bases de cada transistor mientras que la salida se obtiene nicamente de uno de los colectores respecto a masa

Entrada y salida asimtrica: Esta configuracin presenta tanto para la entrada como para la salida un nico terminal. Este tipo de configuracin es til para las etapas de acoplamiento directo donde se requiere slo amplificar una entrada. Esta configuracin es la que se solicita en las especificaciones de la prctica.

Modos De Trabajo De Un Amplificador Diferencial.

Modo Diferencial: Para V1=V2 , las corrientes de colector y emisor de cada etapa son iguales. Todas estas corrientes tienen magnitudes iguales (aproximadamente) a IEE/2 debido a la simetra del circuito y a la despreciable corriente que circula por RE. Si incrementamos V1 en v/2 y simultneamente disminuimos V2 en v/2, la seal de salida aumenta en v advertir que el circuito funciona en modo lineal mientras v