UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA ELECTRONICA II CICLO I - 2014

LABORATORIO #2:

Respuesta en Frecuencia

Presentado por:

Vsquez Lpez, Nstor Gabriel VL10008

Zecea Landaverde, Juan Carlos ZL09002

Catedrtico: Ing. Jos Roberto Ramos

Grupo de Laboratorio: Martes 10:00 am 12:00pm

Ciudad Universitaria, Lunes 28 de abril de 2014

RESUMEN

La respuesta en frecuencia de un amplificador se presenta en forma de un grfico que

muestra amplitud de salida (o, ms frecuentemente, la ganancia de tensin) en funcin

frente a la frecuencia. La representacin tpica de la ganancia de voltaje de un amplificador

funcin de la frecuencia se muestra en la figura 1. La ganancia es nula en frecuencia cero,

luego aumenta a medida que aumenta la frecuencia, el nivel de nuevos aumentos de la

frecuencia, y luego comienza a disminuir de nuevo a altas frecuencias. La respuesta en

frecuencia en los amplificadores establece el rango en el cual trabajar el sistema sin

distorsionar la seal. Este se conoce como ancho de banda (BW, Band Width) y determina

las frecuencias para las cuales se produce el proceso de amplificacin. El valor de este

parmetro depende de los dispositivos y de la configuracin amplificadora.

Figura 1. Respuesta en frecuencia de un amplificador tpico.

La respuesta de frecuencia de un amplificador puede ser dividido en tres regiones de

frecuencia.

La regin de baja frecuencia, descrita por la respuesta de un filtro pasa alto.

Una regin independiente de la frecuencia (rea central de la curva).

La regin de alta frecuencia, descrita por la respuesta de un filtro pasa bajos.

INTRODUCCIN

La respuesta en frecuencia es un parmetro que describe la forma en que un circuito se

comporta dependiendo de la frecuencia de la seal de entrada o la frecuencia a la cual

trabaja. La importancia de este tema nos obliga a entrar de lleno en ello utilizando todos los

conocimientos adquiridos anteriormente para resolver de diferentes formas la respuesta en

frecuencia de las configuraciones ms comunes de amplificadores con MOSFET y BJT.

El presente trabajo consiste en una sntesis de los resultados obtenidos sobre la

investigacin sobre la respuesta en frecuencia, tanto alta como baja, de las configuraciones

emisor comn con resistencias de degeneracin y un amplificador cascodo.

La metodologa consisti en investigar y estudiar el funcionamiento y las caractersticas en

frecuencia de las configuraciones mencionadas anteriormente as como tambin sobre los

mtodos de medicin de la respuesta en frecuencia en laboratorio. Luego de hacer el

anlisis terico y la simulacin se procedi a implementar los circuitos en el laboratorio

para comparar y analizar los resultados.

Para el anlisis terico de la respuesta en frecuencia de todas las configuraciones

anteriormente mencionadas se realizaron en papel, un anlisis por simulacin por

computadora, la cual revela resultados ms cercanos a la prctica. Una vez recopilada la

informacin se compararon los datos tericos y de simulacin para poder llevarlos a la

prctica.

DESARROLLO DE LA PRCTICA

Lista de materiales

Protoboard con fuente

Osciloscopio

Generador de Seales

2N2222

R-1.3K,510,10k,24

C- 560uF,22uF,33uF,4.7uF,56uF

Descripcin del Circuito.

El circuito de la figura 1 corresponde a

un amplificador configuracin emisor

comn, con un transistor 2N2222, los

valores de los capacitores estn

calculados para determinar una

frecuencia de corte inferior de 100Hz, la

frecuencia de corte superior est

determinada por los parmetros de

fabricacin del transistor: C y C, junto

con las resistencias de la red de

polarizacin, de acuerdo a la

configuracin se tienen las siguientes

condiciones de operacin:

= 10

= 10

= 225

A partir de la hoja de datos tenemos:

= 8; = 196; = 22.5

La seal de salida se observa en la resistencia de carga R5, R1 representa la resistencia de

salida del generador de seales. Los valores calculados de los capacitores C1,C2,C3 han

sido ajustados a los valores comercialmente disponibles.

Figura 1

El circuito de la figura 2 es prcticamente el mismo que el anterior con la diferencia de

tener una resistencia conectada al emisor de 24.

El nico capacitor que debi ser recalculado fue C3.

Mediciones Realizadas.

Para probar cada uno de los circuitos se inyect por medio del generador de seales una

onda senoidal con amplitud de 10mV para poder cumplir con el correcto funcionamiento a

pequea seal del transistor.

A continuacin se presentan los resultados del circuito de la figura 1.

Figura 2

Figura 3 Figura 4

La figura 3 es la grfica de la seal de salida a una frecuencia de 100Hz (frecuencia inferior

de -3dB), mientras que la figura 4 la representa a una frecuencia de 1KHz (dentro de la

banda de paso).

La figura 5 representa la salida a una frecuencia de 3.46MHz (frecuencia superior de -3dB).

Los resultados del circuito de la figura 2 son los siguientes:

La figura 6 representa la salida a una frecuencia de 100Hz (frecuencia inferior de corte),

mientras que la figura 7 muestra la salida 1KHz (dentro de la banda de paso).

Figura 5

Figura 6 Figura 7

La figura 8 muestra la salida a 18.6MHz (frecuencia de corte superior).

Discusin.

Ambos circuitos tienen el funcionamiento esperado en base a los clculos para los

capacitores utilizados en la implementacin del circuito.

Para calcular los capacitores C1, C2 y C3 en el circuito de la figura 1, es necesario

determinar el valor de la resistencia que ve cada uno de ellos. Las cuales calculamos a

partir de las siguientes ecuaciones:

1 = +

2 = + ||

= 2|| + + 1

A partir de estas ecuaciones obtenemos los siguientes valores de resistencias:

1 = + = 50 + 585 = 635

2 = + || = 510 + 510||22.5 = 1009

= 2// + + 1

= 1.3// (585 + 50

226) = 2.804

Figura 8

Con esto podemos calcular cada uno de los capacitores para una frecuencia de corte a

100Hz como se desea, debemos recordar que la resistencia de menor valor determina el

polo dominante en el que deseamos la frecuencia de corte, los dems se calculan de tal

forma que sus polos estn alejados del dominante.

3 =1

2=

1

2(2.804)(100)= 567.6 560

1 =10

21=

10

2(635)(100)= 25.06 22

2 =20

22=

20

2(1009)(100)= 31.55 33

La ganancia del amplificador est dada por la relacin:

=

=

759.8

10= 76

ste es el resultado en base a las mediciones realizadas, mientras que el valor terico est

dado por la siguiente ecuacin:

= (||)(||||)/( + ||)

= 89

A continuacin se presenta el diagrama de Bode del amplificador:

Figura 9

Para e circuito de la figura 2, como se mencion antes, solo debe recalcularse C3 debido a

la influencia de la resistencia de 24 sobre la resistencia vista sobre dicho capacitor. La

nueva ecuacin para RCE es la siguiente:

=1

1(1||2)

1

1 (1 + (( + 1)1

+ ||))

Luego de sustituir valores obtenemos:

= 26.27

Calculando nuevo capacitor:

=1

2(26.27)(100)= 60.59 60.7

La ganancia de ste amplificador determinada en base a las mediciones es:

=

=

90.54

10= 9.1

La ganancia terica est dada por la siguiente ecuacin:

=

=||

( + + ||)(|| + + )

Luego de sustituir valores, obtenemos:

= 9.46

A continuacin se presenta el diagrama de Bode del amplificador:

Figura 10

Circuito Cascodo

Es importante recalcar que las ecuaciones utilizadas para la obtencin de los capacitores de

acoplo y desacoplo son en las que ya estn deducidas en Sedra.

Resultados de simulacin en DC:

Resultados de simulacin en AC:

Respuesta en frecuencia del circuito:

Diagrama de fase:

Como podemos ver en el grfico tenemos una ganancia de banda media de

aproximadamente 36.7dB que equivale a 68V/V, adems vemos que colocando marcas en

los puntos de menos 3dB obtenemos nuestras frecuencias de corte:

= 69.24

= 12.1

Ahora probamos nuestro circuito con una seal senoidal de entrada de 1mV de amplitud

con frecuencia de 10kHz de modo que estamos en nuestra banda media:

Como podemos ver tenemos a la salida una seal de 67.68mV de amplitud lo cual se acerca

mucho a lo que esperbamos.

Ahora probamos con una seal de 69.24Hz de frecuencia:

Como podemos ver tenemos a la salida una seal senoidal de 48mV de amplitud y

deberamos tener:

67.42

2= 47.86

De este modo demostramos que las mediciones son muy cercanas a lo que estimamos para

baja frecuencia.

Ahora probamos con una seal de 12.1MHz de frecuencia:

Como podemos ver tenemos una seal de salida de 47.84mV a la salida con lo cual

comprobamos nuestros resultados para alta frecuencia.

Podemos notar que el circuito cascodo tiene un ancho de banda muy grande y mantiene la

ganancia obtenida en el circuito emisor comn sin resistencia de degradacin lo cual resulta

muy conveniente.

Conclusiones

Un amplificador (de alguna configuracin determinada) bajo condiciones estables,

cumplir con el producto Ganancia-Ancho de Banda, el cual es constante y por lo

tanto significa que se tiene que sacrificar Ancho de Banda para obtener valores ms

altos Ganancia o viceversa.

Modificando el valor de la resistencia de degradacin RE2 en el emisor comn,

puede seleccionarse un mayor ancho de banda, siempre y cuando no supere su

frecuencia de transicin.

La respuesta en frecuencia es un aspecto importante para tomar en cuenta al

momento de disear ya que de no hacerlo podramos obtener un funcionamiento

errneo a frecuencias muy altas o muy bajas.

Un amplificador Cascodo ofrece un producto Ganancia-Ancho de Banda mayor al

Amplificador Emisor Comn y Emisor comn con RE2. Lo anterior es debido a que

el efecto en sus capacitancias internas se ve reducido por la forma en la que estas

quedan conectadas. El cascodo, como se comprob en esta prctica, rene lo mejor

de las configuraciones Emisor Comn.

BIBLIOGRAFA

http://www.jameco.com/

Sedra y Smith. Circuitos Microelectrnicos, 5a Edicin. McGraw-Hill Interamericana

2006.

http://es.wikipedia.org/