Amplificador Emisor Comn con AcoplamientoRC

Escoto Snchez DiegoGarca Barragn Octavio EduardoMartnez Martnez Miguel ngel

Equipo 26CM9

Al trmino de la presente prctica, el alumnoser capaz de:

Calcular un amplificador en la configura-cin de emisor comn con acoplamientoRC para una ganancia de voltaje en labanda media AVM y una frecuencia decorte en bajas fCB dadas.

Utilizar la informacin requerida para eldiseo a partir de las hojas de datos deltransistor empleado.

Obtener e interpretar las grficas de bo-de as como las grficas de impedanciade entrada y de salida en funcin de lafrecuencia.

Indicar las causas de diferencia encontra-das entre los valores tericos y experimen-tales de AVM , fCB , fCA , ZENT , ZSAL

I. Desarrollo de la prctica

a) Calcular el valor comercial de los componen-tes de la figura 1 para obtener una frecuenciade corte en bajas de fCB = 500 Hz.

La ganancia en voltaje del amplificador enla banda media debe ser: | AVM | = VSALVg= 15

El generador proporciona una seal sinu-soidal, la impedancia de salida del generadores Rg = 82 y la impedancia de carga esuna resistencia de valor Rcar = 4.7 K

Para todas las especificaciones de diseose tolera una variacin del 10 %Para la prctica se propone el siguiente cir-cuito:

Figura 1.- Amplificador Emisor Comn con Acoplamiento RC

Para justificar el valor de resistores a utilizarse procede a fijar un punto de operacin.

VCE = 4V

IC = 10 mA

Con base en este punto de operacin y tenien-do en cuenta que ocuparemos un transistorBC547A, obtenemos el circuito de polari-zacin por divisor de voltaje respetandola consideracin de una variacin del 10% en caso del incremento por temperatura.

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Figura 1.1 .- Circuito de polarizacin por divisor de voltaje

Se disea partiendo de los datos del ma-nual.

Observando las grficas correspondientesen el manual del transistor se obtiene que:

VBEmin = 580 mVVBEtyp = 670 mVVBEMx = 760 mV Caso Extremo

Entonces se considera la variacin por manu-factura de la siguiente forma:

VBE = VBEMx VBEminVBE = 760mV 580mV = 180mV

Ahora se obtiene la variacin por temperatu-ra:

VBE =2mVC

Se proponen 25 C como una variacin mxi-ma de temperatura.

T = 50C 25C = 25CVBE =

2mVC

25C = 50mV

VBEmin VBE = 580mV 50mV = 530mV530mV > PeorCaso

Tomando el peor caso y el caso extremo:

VBE = 760mV 530mV = 230mV

Conociendo, del manual del BC547A, la IBpara una IC = 10mA.

IBmin = 35 AIBtyp = 45 AIBMx = 70 A

Obteniendo el hFE

hFEMx =10mA35A = 286

hFEtyp =10mA45A = 222

hFEmin =10mA70A = 143

hFEmin = 143 > PeorCaso

Variacin por manufactura:

hFE = 286 143 = 143

Variacin por temperatura:

hFE = hFETyp T80C =

222 25C80C = 69

hFE = 286+ 69 = 355

hFE = 355 > Casoextremo

Tomando el peor caso y el caso extremo:

hFE = 355 243 = 212

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Utilizando el mtodo de divsin de efectosy los prametros consultados en la hojas deespecificaciones del transistor BC547A ade-ms de los clculos previos considerando unavariacin de temperatura de 25 C se obtienenlos siguientes valores de resistores comercia-les para el circuito de polarizacin por divisorde voltaje:

RC = 680

RE = 470

R1 = 1.5 K

R2 = 8.2 K

Figura 1.2- Polarizacin por divisor de voltajecon valores comerciales

Este circuito polariza al transistor, fijar elpunto de operacin que establecimos, ade-ms que conservar ese punto de operacin sivara la temperatura. Es relevante decir queel resistor de colector es de mayor magnitudque el resistor de emisor, cumpliendo una delas condiciones que debe cumplir un transis-tor si se quiere configurar como amplificador.

Para el amplificador de emisor comn conacoplamiento RC se propone el siguientecircuito:

Figura 1.3- Amplificador emisor comn con acoplamiento RC

Para determinar el valor de los capacitoreses necesario determinar algunas caractersti-cas del transistor, mismas que sern tomadasde la hoja de especificaciones del transistorBC547A.

hfe = 220hie = 800 Cc = 25 pF

Con estos datos tomados del transistor cal-cularemos algunos parmetros del transistora CA.

gm = 40(IC)

gm = 40(10mA) = 0,41

rpi =

gm

rpi =2200,4 = 550

rx = hie rpi

rx = 800 550 = 250

C = CC

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25pF (105 )13 = 3,14pF

Cpi =gmwTC

Cpi =0,4

2pi(500Hz) 3,14pF

Cpi = 127,32F

Conociendo los parmetros a CA ahora seprocede a calcular los capacitores utilizandola teora vista en clase referente a los polosa calcular debido a la frecuencia de corte enbajas dada, recordar que para el resistor mspequeo se le asigna la frecuencia ms grande,el resistor inmediatamente ms grande que elresistor ms pequeo se le asigna una decadamenos que la anterior y as sucesivamente.

RE1 =RB

RB +RG (RC ||RCAR)

Av( + 1)

RE1 =5047

5047+ 82 220(460||4,7K)

15(220+ 1)

RE1 = 27,36 (1)

RE = RE1 +RE2

470+ 27,36 = RE2

RE2 = 432,4 (2)

RS1 = Rg + [RB ||[hie +RE1( + 1)]]

RS1 = 82+[5047||[800+ 27,6(221)]]

RS1 = 2987,31

C1 =1

2pifCP1RS1

C1 =1

(2pi)(5Hz)(2987,31)

C1 = 10,65F (3)

RS2 = RC +RCAR

RS2 = 640+ 4,7k

RS2 = 5340

C2 =1

2pifCP2RS2

C2 =1

2pi(50Hz)(5240)

C2 = 29,80F (4)

RS3 = RE2 ||[RE1 + hie + (RB ||Rg)

+ 1 ]

RS3 = 432,4||[27,36+ 800+ (5047||82)

221 ]

RS3 = 29,21

CE =1

2pi(500Hz)(29,21)

CE = 10,80F (5)

Calculando la frecuencia de corte en altas:

RT = rpi||[rx + (RB ||Rg) +RE1( + 1)]

RT = 550||[250+(5047||82)+ 27,36(221)]

RT = 506

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CT = Cpi +C(1Av)

CT = 209pF + 3,14pF (16)

CT = 2,5924x1010

fCA =1

2pi(500Hz)(2,5924x1010)

fCA =1

2pi(500Hz)(2,5924x1010)

fCA = 1,21MHz

Del anlisis anterior se desprenden los valorescomerciales a utilizar en el amplificado:r

C1 = 10 FC2 = 33 FC3 = 10 FRE1 = 27 RE2 = 390

Figura 1.4- Amplificador de emisor comncon valores comerciales

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El inciso a coincide con el punto de operacinreportado en la prctica tres anterior. El cualde acuerdo con sus clculos correspondientesse midi:

VCE= 3.70 VIC=10 mA

EL inciso b que corresponde a la medicinde la ganancia con respecto a la frecuenciase realiz con el circuito del amplificador enla configuracin de emisor comn, en funcindel voltaje de entrada aplicado y su respuestaen el voltaje de salida de acuerdo a la tabla.

Tabla 1.- Ganancia del Amplificador de emisor comn

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Como podemos apreciar mantuvimos el vol-taje de entrada al amplificador constante de ma-nera que no cambiar aunque sufriera de cambiosen la frecuencia proporcionada por el generador;ya una vez realizado el quebrado Av=Vsal/Venty pasado a su equivalente en decibeles fuimosobservando como la ganancia al principio, es

decir a frecuencias bajas, fue aumentando con-forme a la frecuencia hasta acercarse a tal puntode ganancia mxima registrado en la frecuenciade 10Khz, a partir de este punto la frecuenciafue disminuyendo aunque la frecuencia fueraaumentando.

Grfica 1.- Ganancia del Amplificador de emisor comn

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Otro caso que podemos observar en la ta-bla de valores registrados es que la fase sufrialteraciones conforme fuimos aumentando la fre-cuencia, pero algo destacable fue que una vez

que alcanzamos las frecuencias medias( aprox10 KHz) la fase alcanz su mayor valor posible,a continuacin se muestra la tabla.

Tabla 2.- Fase del Amplificador de emisor comn

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Por lo que podemos concluir que el circui-to muestra su mejor respuesta en la frecuenciade 10KHz y eso concuerda totalmente con la

respuesta en ganancia del ejercicio anterior, pa-ra su mayor comprensin le agrego su grficacorrespondiente:

Grfica 2.- Fase del Amplificador de emisor comn

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En el siguiente inciso corresponde analizarel comportamiento de la impedancia de entradaen el amplificador con respecto a su aumento

a la frecuencia para poder tener un buen aco-plamiento, las mediciones se realizaron con elmismo circuito sin ninguna alteracin.

Tabla 3.- Impedancia de entrada del Amplificador de emisor comn

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Como podemos observar de la tabla, nues-tro experimento mostr que a bajas frecuenciasnuestro amplificador muestra una mayor impe-dancia de entrada aunque para poder ser un

buen amplificador necesitamos una mayor impe-dancia de entrada, cosa que se aclara con unaretroalimentacin, su grfica lineal de compor-tamiento es la siguiente:

Grfica 3.- Impedancia de entrada del Amplificador de emisor comn

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El anlisis se repiti en la impedancia de sa-lida, conectando un potencimetro para formarun divisor de voltaje de la misma manera que enla impedancia de entrada, la cual su respuesta ala frecuencia fue la misma que la impedancia de

entrada; es decir, se registr su mayor impedan-cia a frecuencias bajas aunque sus valores fueronms pequeos corroborando a de tal manera lateora de que un amplificador debe tener unaimpedancia baja de salida.

Tabla 4.- Impedancia de salida del Amplificador de emisor comn

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Observamos los valores van desde 126 ohmsa 656 ohms, estos valores son muy pequeos encomparacin con la impedancia de entrada, su

grfica lineal correspondiente nos muestra demejor manera su comportamiento:

Grfica 4.- Impedancia de salida del Amplificador de emisor comn

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II. Con capacitor externo

El desarrollo de esta tabla fue similar al dela parte 1 del experimento, se llevaron a cabolas mediciones del voltaje de entrada (Vg) y elVoltaje de salida (Vsal) pero anexando un capa-citor entre la base y el colector del transistor.

Como podemos observar, en sta tabla tambinse calcul la ganancia del circuito; Y podemosnotar que con el capacitor que se aadi al cir-

cuito, entre la base y el colector del transistor,el ancho de banda y la ganancia cambiaronrespecto a la parte 1. Observando la tabla po-demos apreciar que la frecuencia de corte enbajas frecuencias disminuye al igual que nuestrafrecuencia de corte en altas frecuencias, obte-niendo as una ganancia en dB en el rango desde500Hz hasta 10 KHz, donde empieza a caer laganancia mxima de 20.58dB.

Tabla 5.- Ganancia del Amplificador de emisor comn con capacitor externo

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Grfica 5.- Ganancia del Amplificador de emisor comn con capacitor externo

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sta tabla, al igual que en la primera parte,nos indica la variacin del ngulo de fase conrespecto a la frecuencia, pero con un capacitorentre la base y el colector del transistor. Obser-vando la tabla y comparando las variaciones delngulo de fase, podemos decir que se comporta

de forma similar a la primera parte del experi-mento, solo que las variaciones en el ngulo defase son mayores y en el rango de las bajas fre-cuencias se encuentra el mximo defasamientode la seal.

Tabla 6.- Fase del Amplificador de emisor comn con capacitor externo

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Grfica 6.- Fase del Amplificador de emisor comn con capacitor externo

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Las dos tablas anteriores, como en la parteuno del experimento, reflejan el comportamientode la impedancia de entrada (Zent) y el de la im-pedancia de salida (Zsal) con un capacitor entrela base y el colector del transistor; Si nos fija-mos en la tabla de Impedancia de Salida (Zsal),notamos que se comporta de manera similara la primera parte pero con variaciones mayores.

Si nos fijamos en la tabla de la Impedanciade Entrada (Zent), observamos que el valor dela impedancia cae desde los primeros valores

medios de frecuencia; Podemos decir que laganancia de voltaje al observar la tabla se com-portar de la mejor manera desde los 250Hzhasta llegar a los 10KHz, pues en este rango defrecuencias se registraron Impedancias de entra-da (Zent) del orden de los K e Impedanciasde salida (Zsal) del orden de los . Y al pasaral rango desde 110KHz hasta 3.5MHz la varia-cin de valores de impedancia de entrada conrespecto a las impedancias de salida son muypequeos, lo cual indica que la amplificacin delvoltaje ser mnima en dicho rango.

Tabla 7.- Zsal/entr del Amplificador de emisor comn con capacitor externo

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Grfica 7.1.- Zentr del Amplificador de emisor comn con capacitor externo

Grfica 7.2.- Zsal del Amplificador de emisor comn con capacitor externo

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Tabla 8.- Comparacin de valores tericos y experimentales del amplificador con y sin capacitor

Como podemos apreciar en la tabla, la configuracin con el capacitor se volvio ms reducidad enganancia y y se mantuvo desde aprox 0.75 KHz hasta 10 KHz de una manera muy estable, es decirrecorrio el ancho de banda y la ganancia fue mas baja ademas se aprecia que el corte es una decadaantes de lo que lo hace el emisor comn si capacitor.

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III. Conclusiones

Se cumplieron nuestros objetivos pues se calcul de forma correcta el amplificador con la configu-racin emisor comn con acoplamiento RC.

Primera parte del experimento:Prcticamente la ganancia era muy acercada a nuestros valores tericos esperados, al igual quenuestras frecuencias de corte, las cuales determinaban nuestro ancho de banda, en nuestro caso esterango se encontraba en el rango de frecuencias medias, el cual iba desde 1KHz hasta 510KHz.Al comparar la impedancia de entrada con la de salida variando la frecuencia, pudimos comprobarel funcionamiento de un amplificador de voltaje, el cual idealmente representa una impedancia deentrada infinita y una impedancia de salida igual a cero, y en esta prctica las magnitudes de laimpedancia de entrada en comparacin con la impedancia de salida eran mucho mayores.

Segunda parte del experimento:En esta parte, se indicaba que se agregara un capacitor de la base al colector del transistor; Sepudo observar que las frecuencias de corte ya no eran las mismas con respecto a la primera partedel experimento. Nuestra ganancia disminuyo, y nuestro ancho de banda ya no fue el mismo; Lafrecuencia de corte en bajas disminuyo de 1KHz a 500Hz con el capacitor, y la frecuencia de corte enaltas disminuyo de 510KHz a 10KHz con el capacitor. Comparando la parte 1 de este experimentocon la parte dos en la que se aadi el capacitor, notamos que el rango del ancho de banda disminuyonotablemente de 1KHz-510KHz a 500Hz-10KHz.

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Desarrollo de la prcticaCon capacitor externoConclusiones