FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE

INGENIERÍA ELECTRICA

Curso: Circuitos electrónicos II

Trabajo:Informe final Nº4

Tema: Respuesta en Alta Frecuencia de un Amplificador de una Sola

Etapa

Alumno: VILCHEZ JESUS CHRIS MICHAEL 09190019

Profesor:Ing. CELSO GERONIMO

16 de febrero del 2015

TEMA: RESPUESTA EN ALTA FRECUENCIA DE UN AMPLIFICADOR DE UNA SOLA ETAPA

I.OBJETIVOS

Estudiar el comportamiento en altas frecuencias de un amplificador de audio.

II. INFORME PREVIO

1. Definir rbb´ , rb´e, rb´c, rce, cb´e, cb´c,gm,fβ,ft.

rbb´: La resistencia distribuida de la base, se relaciona con el parámetro h, hie, que es la resistencia con la salida en corto. En el momento hibrido π, esta se denomina a menudo

como rπ si se aplica un corto circuito entre el emisor y colector, se obtiene:

hie=rπ=rbb´+rb´ e/¿ rb´ c

rb´e: La resistencia de entrada (rπ en el modelo hibrido) se aproxima por medio de la

razón: rπ=Vb´ eIb

rb´c: Resistencia de retroalimentación, rce ; resistencia de salida del transistor.

cb´e y cb´c; son las capacitancias parasitas del transistor. cb´c es la capacitancia de la union colector-base a pesar de que es una capacitancia variable, suele considerarse constante en

una región de operación particular del transistor. La capacitancia cb´e, la cual es capacitor base- emisor. El valor de este capacitor aparece en las hojas de datos como Cib´. Esta capacitancia es la suma de la capacitancia de difusión del emisor y la capacitancia de la

union del emisor. Debido a que el primer capacitor es el mas grande de los dos, cb´e es aproximadamente iguala la capacitancia de difusion (conocida también como capacitancia de carga de la base).

fβ y ft : son frecuancias características, f B es la frecuencia para cuando el factor de ganancia del transistor empieza a variar. Ft es la frecuencia máxima de operación del transitor se da cuando la ganancia es igual a cero.

12kΩ

56kΩ 1.5kΩ

0.68kΩ

C3

22µF

C4

22µF

C1100µF 10kΩ

R4

1kΩV112 V

XFG1

2. En el circuito del experimento, de acuerdo al modelo π del transistor en altas frecuencias, encontrar una expresión para fb/ft.

Modelo Hibrido

Sabemos por definición que:

f ' β=1

2 .π .(Cb ' e+Cb ' c ) . rb ' e y f T=

gm2. π .Cb ' e

Entonces tenemos la división:

f ' βf T

=

12 .π .(Cb' e+Cb ' c ) .rb ' e

gm2 .π .Cb ' e

f 'βf T

= Cb' e(Cb' e+Cb ' c ) .hfemed

rb b

rb e rceCb e

Cb c

gmVb e

3. Considerando que cb´c <0.1-50p F>, cb´e<100-1000p F> rb´e=VThfe/IEQ, encontrar el punto de corte superior aproximado en nuestro circuito.

4.5.

Hacemos el análisis en alterna para circuito de alta frecuencia (Modelo ¶) considerando que las capacitancias físicas se hacen corto circuito y que rbc=∞ , rce=∞ , Cwo=0, Cwi=0, entonces tenemos:

Por dato sabemos que los valores:

0 .1 pF≤Cbc≤50 pF y 100 pF≤Cbe≤1000 pF

Debemos de usar el teorema de Miller ,así hacemos que la capacitancia Cb’c se convierta en una de entrada y una de salida, pero para esto debemos de hallar la ganancia de voltaje a frecuencias medias.

La ganancia de volatje para frecuencias medias en el circuito es:

AV=−Rc // RL

r e

Para hallar esta ganancia de voltaje debemos hallar la corriente ICQ entonces tenemos que:

La corriente ICQ es:

ICQ=2.1v−0.7 v9.9K200

+0 .68k=1.92mA

Por lo tanto podemos hallar la resistencia dinámica:

6.re=

26mVICQ =13.54Ω

Entonces:

7. AV=

10k // 1. 5k13 .54Ω = -96.33

Entonces tenemos que la capacitancia Miller de entrada y de salida varía entre un rango de valores debido a que la capacitancia Cb’c esta entre un margen de valores, entonces las capacitancias son:

0 .1 pF (1−(−96 .33) )≤CMI≤50 pF(1−(−96 . 33))9 .733 pF≤CMI≤4860 pF

y

0 .1 pF (1−( 1−96 .33

))≤CMo≤50 pF (1−( 1−96 .33

))

0 .1 pF≤CMo≤50 .5 pF

La resistencia rbe es:

rbe=β×re=2 .7 k

Con estos datos tenemos ahora el circuito equivalente resultante:

Entonces hallamos los valores de la frecuencias de corte:

Para la frecuencia de entrada:CTENT=CMI+Cbe

Entonces la capacitancia de entrada se encuentra entre los valores de:

109 .733 pF≤CTENT≤5850 pF

Y la resistencia de entrada equivalente es:

RTENT=Ri // RB // rbeRTENT=0 . 67k

Entonces la frecuencia de entrada de corte es:

FHi=1

2πRTENT×CTENT =

2.375×10−4

CTENT

Como 109 .733 pF≤CTENT≤5850 pF entonces:

1109 .733 pF

≤ 1CTENT

≤ 15850 pF

Multiplicando por 2 .375×10−4

entonces:

0 .0405MHz≤FHI≤2 .164 MHz

Para la frecuencia de salida:CTSAL=CMo

Entonces la capacitancia de entra se encuentra entre los valores de:

0 .1 pF≤CTSAL≤50.5 pF

Y la resistencia de entrada equivalente es:

RTSAL=Rc // RL

RTSAL=1 .3 k

Entonces la frecuencia de entrada de corte es:

FHo=1

2 πRTSAL×CTSAL =

1.22×10−4

CTSAL

Como 0 .1 pF≤CTSAL≤50.5 pF entonces:1

50 .5 pF≤ 1CTSAL

≤ 10 .1 pF

Multiplicando por 1 .22×10−4

entonces:

2 .415MHz≤F H 0≤1210MHz

Ahora encontraremos la frecuencia de corte debido a beta.

Tenemos que:

Por ultimo tomamos el valor más bajo de los tres valores que es aproximadamente 0.0405 MHz.

4.-En altas frecuencias ¿Cuál de las configuraciones de transistor será más conveniente? ¿por qué?

La configuración hibrida π, es la más conveniente para altas frecuencias ya que cuenta con los parámetros que salen a relucir para altas frecuencias como las capacitancias parasitas.

rb b

rb e rceCb e

Cb c

gmVb e

f 'β=1

2 .π .(Cb' e+Cb ' c ). β . re

100 .1 pF≤Cb' e+Cb ' c≤1050 pF

0 .056MHz≤f 'β≤0.59MHz

12kΩ

56kΩ 1.5kΩ

0.68kΩ

C3

22µF

C4

22µF

C1100µF 10kΩ

R4

1kΩV112 V

XFG1

III. MATERIAL Y EQUIPO:

1. 1 transistor 2N2222

2. Resistores (1/4 W): 56k, 12k, 10k, 1.5k, 0.68k, 1k

3. Condensadores: 2(22uf), 100uf

4. 1 Multimetro digital

5. 1 Generador de señales

6. Osciloscopio

7. Fuente DC

IV. PROCEDIMIENTO:

1. Implementamos el siguiente circuito.

2. Sin aplicar la señal a medir:

Vce= 7.77 ICQ= 1.99m A

3. Encontrar la máxima señal de salida sin distorsión.Aquí ajustamos la señal de entrada máxima con la condición de que la señal de salida no se distorsione. La señal sin distorsión en la salida, nos arrojo el siguiente valor en la entrada:Vi(pp)= (5m)(2.5)=12.5mv

Vi(p)=6.25mv

Para la cual nos dio un voltaje en la salida de:Vo= 0.75vTodos estos resultamos los tenemos para un frecuencia media de 1kHz.

En la grafica se muestra la máxima señal de salida sin distorsión con una frecuencia de 1KHz, para dicha señal de salida tendremos una señal de entrada que será constante en todo el procedimiento es por eso que la caída de la ganancia en su 0.707 de su valor solo

depende de la señal de salida es por eso que de manera directa solo se multiplica Vo por 0.707 para saber a que salida tenemos la frecuencia de corte superior.

Ao= (0.75)/(6.25m)=120

4. Llenar la siguiente tabla. Note que el punto de corte superior se encuentra a una frecuencia en que Vo es 0.707 de su valor.

Ahora encontraremos la frecuencia de corte, variaremos la frecuencia y pondremos atención a la señal de salida ya que cuando esta sea (0.75)(0.707)v=0.53025v, a cierta frecuencia esta será la frecuencia de corte superior.

Para una frecuencia de 700KHz tenemos una señal de salida de: (2.65)(200m)v=0.53v

F(Hz) 800 1k 100k 200k 300K 700K 900

K 1.5M 2.5M 3.5M 5M 7M 10M

Vo(V) 0.76 0.76 0.75 0.7 0.7 0.53 0.46 0.3 0.2 0.15 0.1 0.06 0.04

Vo/Vi(d B) 41.6 41.6 41.5 40.9 40.9 38.5 37.3 33.6 30.1 27.6 24 19.6 16.1

Observamos en el cuadro y en las graficas que después de la frecuencia de corte superior hay una caída en la ganancia, y conforme se incrementa la frecuencia la ganancia tiende a cero.

Para las frecuencias antes de la frecuencia de corte superior la ganancia es casi constante hasta llegar a un punto de corte inferior, esto se estudio en la experiencia anterior.

V. Cuestionario final

1. Grafique en el papel semilogaritmico (según la tabla) la ganancia de voltaje (expresada en d B) vs frecuencia.

2. Comentario del grafico.

En el grafico tenemos a ciertas frecuencias medias una ganancia casi constante, pero cuando llegamos a cierta frecuencia tenemos una caída de ganancia en un 0.707 de su valor, a esta frecuencia donde se produce este efecto de caída se le llama frecuencia de corte superior, que es la que ocasionan las capacidades parasitas del transistor, análogo al corte de baja frecuencia que son producidas por los capacitores de acoplo y desacoplo. Des pues de esta caída de ganancia observamos una brusca caída de ganancia conforme aumentamos la frecuencia a partir de la frecuencia de corte superior.

A altas frecuencias también existe una alteración del factor de amplificación (β), puesto que hay frecuencias que están en función de la polarización del transistor, y la correcta polarización del transistor nos da un preciso valor del factor de polarización.

3. De acuerdo a su grafico encontrar fh.

En el grafico el punto de corte superior se da aproximadamente para 700KHz.

4.¿ Qué conclusiones obtuvo del experimento?

A altas frecuencias aparecen las capacidades parasitas del transistor cb´e, cb´c, cce.

La mejor manera de poder realizar el análisis en alta frecuencia es utilizando el modelo de parámetro hibrido (π), puesto que aparecen los parámetros deseados.

Cuando la salida del amplificador cae en 0.707 de su valor en frecuencias medias, observamos que se da a cierta frecuencia y en ese momento ocurre la caída del ancho de banda hasta un valor casi nulo

En esta experiencia se pudo demostrar que cuando el transistor opera como un amplificador en bajas frecuencias la frecuencia de corte estará determinada por el valor de las frecuencias de cortes de los condensadores, independientemente uno de otro.

También se pudo observar que cuando se varía el valor de los condensadores en factores de 10, es decir elevar uno y aumentar el otro en la misma cantidad; la ganancia de voltaje no se altera y la frecuencia de corte es prácticamente la misma.

Se pudo apreciar que en este tipo de amplificador, el voltaje de salida esta desfasado en 180° al voltaje de entrada, pero esto no impide que el circuito amplifique.

Cuando el condensador que se encuentra en una parte de la resistencia del emisor lo conectamos a toda la resistencia del emisor, obtenemos una máxima amplificación del circuito, lo cual nos da un amplificador con mayor rango de amplificación, de tal manera si queremos que amplifique menos, disminuiremos el valor de la resistencia que se

encuentre en paralelo con el condensador del emisor.

VII. BIBLIOGRAFIA

Teoría de circuitos R.Boylestad

Circuitos electrónicos Ghausi

Electrónica básica, separata 2 Raga( UNI-FIEE)+

Diseño electrónico Savat