Circuitos Sintonizados y Transformadores de Redes Selectivas

CIRCUITOS SINTONIZADOS Y TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS OBJETIVOS 

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Se busca el entendimiento de la importancia y funcionamiento de los circuitos sintonizados. La envergadura del uso de estos circuitos es grande, debido a sus interesantes características, por lo tanto es prioridad también conocer estas características. Además siempre es importante en una experiencia de laboratorio la familiarización con diversos componentes, que harán de nuestra formación profesional más sólida.

MARCO TEÓRICO El modelo que usualmente se emplea para representar a un transistor es el de red bipuerto híbrido. No obstante para nuestro caso resulta más práctico emplear el modelo de red bipuerto admitancia. Luego se pueden obtener algunas equivalencias entre ambos tal como se muestra a continuación:

V1   hie  I   h  2   fe

hre   I1  hoe  V2 

Se debe transformar a una red impedancia a través de los siguientes cálculos:

Fig.1 Modelo de admitancias

Y11  Y21  Y22  Y12 

I1 V1 I2 V1 I2 V2 I1 V2

1

1

 hie (1  h fe )  hoe  hie hre V2  0 1

 hoe  hie hre V2  0 1

 hoe  hie hre h fe V1  0 1

 hoe  2hie hre h fe V1  0

Después el modelo queda expresado de la siguiente manera, en el cual los voltajes

V1  Veb y

V2  Vcb .

 I1   Yi  I   Y  2  f

Yr  V1  Yo  V2 

Con esto se puede realizar el análisis en AC para encontrar el valor del voltaje de salida en función del de entrada.

En este caso el circuito que interviene en la amplificación sólo es el configurado en base común para el cual se debe desarrollar su modelo para pequeña señal. Si consideramos las bobinas con una impedancia de entrada

Yin y de salida Yout se tendría una

impedancia total resultado de la suma de la primera y la reflexión de la segunda.

Fig. 2 Esquema general del circuito en

Fig. 3 Representación de la bobina.

Fig. 4 Impedancia de salida equivalente

Luego se obtiene de la relación del transformador:

n(Vo1  V )  Vo 2 Además se sabe que la impedancia reflejada en el primario lo hace en un factor Yout '  n Yout 2

Se asocian las resistencias resultantes y se reemplaza el transistor por el modelo de impedancia.

Vi (Yc1 )  V A (Yc1  Yi )  Vo1 (Yr ) 0  V A (Y f )  Vo1 (Yo  YT ) Resolviendo el sistema se obtiene:

Vo1 (Y  Yi )(Yo  YT )   c1  Yr Vi Yf Finalmente de acuerdo a la ecuación (4) se puede obtener el voltaje a la salida del transformador.

 YT  Vo 2  (Yc1  Yi )(Yo  YT )     Yr  Vi  Yf  Yin  Yout 

Adicionalmente el voltaje en la toma central del transformador estará determinado por el factor de escala del mismo.

MATERIALES

Fig. 5 Potenciómetro

Fig. 6 Multímetro digital

Fig. 8 Resistencias Fig. 7 Transistor 2N2222

Fig. 10 Condensador cerámico

Fig. 9 Condensador electrolítico

Fig. 11 Generador de Funciones

Fig. 12 Fuente de alimentación

Fig. 13 Osciloscopio

DISEÑO

Fig. 14 Software de Simulación (Multisim )

CONTENIDO PREVIO 1. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar L in,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.

De donde

V01   RP g mVbe en resonancia

Pero: Vbe  Vref luego

V01   RP g mVref Si consideramos ‘n’ el número de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1 Entonces:

V02  RP g mVref De donde:

n

n1 n2 n '

Y sea:

n2 n3

Luego:

Vo 3 

Vo 3 

Vo 2 n'

RP g m Vref n'

Vo1 se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.

2. Halla el análisis en DC y determinar el rango de R POT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.

La fuente de corriente del circuito es:

12  ( R pot  R1 ) I  0,7  0,47(2 I ) Para: I=100µA

R pot  R  112,06 K....( I ) Para: I=300µA

R pot  R  36,73K....( II ) De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ 3. Como determinar en forma experimental:

- FRECUENCIA DE RESONANCIA MÍNIMA: Con el generador de frecuencias variar la sintonización del tanque hasta obtener la máxima salida (Vo2max) cuando la perilla de la bobina este en la parte más alta.

f r min 

1 2 Lmax C

- FRECUENCIA DE RESONANCIA MÁXIMA: Con el generador de frecuencias variar la sintonización del tanque hasta obtener la máxima salida (Vo2max) cuando la perilla de la bobina este en la parte más baja.

f r max 

1 2 Lmin C

- LIN Y CIN DE LA BOBINA: Colocamos un capacitor C conocido entre los terminales a y b del tanque, disminuirá la frecuencia de resonancia, por lo que se tendrá que disminuir la frecuencia del generador y observar cual es la nueva frecuencia con la que resuena. Entonces tendríamos dos ecuaciones y dos incógnitas siendo posible el cálculo de Lin y Cin.

Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin. De (I) tenemos

De (II) tenemos

LinCin 

1 ….(III) (2 f o ) 2

Lin (Cin  Ce ) 

1 (2 f1 ) 2

LinCin  LinCe 

1 …..(IV) (2 f1 ) 2

Reemplazando IV en III:

Lin 

1  1 1   2  2 2 4 Ce  f1 fo 

Con lo cual también en III

f 2  Cin  Ce  o2  1  f1 

1

- RP (RESISTENCIA DE PÉRDIDAS DE LA BOBINA): Teniendo un Vo2 = 100mVpp en resonancia a 455Khz colocar un potenciómetro entre los terminales a y c del tanque y ajustar hasta obtener Vo2 = 50mVpp. Anotar el valor de R, luego desconectar la bobina del circuito y medir la resistencia que existe entre sus terminales a y c, además es conocida la relación que existe entre Vo2 y la resistencia de sintonización. Con estas ecuaciones será posible el cálculo de Rp.

CONTENIDO FINAL 1. Después de armar el circuito colocando la frecuencia de generador en 𝑣1 y 𝑣3 para determinar su máxima amplitud de 𝑣2 . T1

VCC

XSC2

R1 1kΩ 12.0V

G

XFG1 C1 10µF

COM

C2

T A

1µF

XFG2 COM

Q3 BF469

10:10:2 XFG3 COM

R2 1kΩ C3

R3 1kΩ Q1 R5 2N2222 500kΩ 90 % Key=A

Q2 2N2222

R4 1kΩ

10µF V1 120Vrms 60Hz 0°

VEE

-12.0V

Fig.15. circuito 1 en multisim.

B

C

D

Fig.16.grafica de la onda de salida de 𝑣2 .

2. Ajustando 𝑅𝑃 hasta obtener un 𝑣2(max) = 100𝑚𝑉𝑝 − 𝑝

Fig.17.grafica de la onda de salida de 𝑅𝑝 .

3. Colocando el osciloscopio en la salidas de las bobinas amarilla, blanca y negra variamos la salida en 𝑣2 y llenamos el cuadro I-A.

CUADRO I-A B. BLANCA B. NEGRA 80 mV 92.4 mV 1.18 V 1.74 V

𝒗𝟐 (𝐕𝐨𝐥𝐭𝐬) 𝒗𝟏 (𝐕𝐨𝐥𝐭𝐬)

B. AMARILLA 3.28 V 19.2 V

4. Variando la sintonización del circuito tanque mida la frecuencia de resonancia mínima y máxima del circuito tanque llenamos el cuadro I-B.

CUADRO I-B B. BLANCA B. NEGRA 416.6 505.4 264 274

FRMAX (KHz) FRMIN (KHz)

B. AMARILLA 434.8 296

5. Cambie la posición del colector al terminal intermedio de la figura #18 y siguiendo el mismo procedimiento que la figura anterior llenar el cuadro II-A y II-B.

T1

VCC

XSC2

R1 1kΩ 12.0V

G

XFG1 C1 10µF

COM

C2

T A

10µF

XFG2 COM

Q3 BF469

10:10:2 XFG3 COM

R2 1kΩ C3

R3 1kΩ Q1 R5 2N2222 500kΩ 50 % Key=A

Q2 2N2222

R4 1kΩ

10µF V1 0.015Vrms 60Hz 0°

VEE

-12.0V

Fig.18. circuito 2 en multisim.

B

C

D

Fig.19.grafica de la onda de salida de 𝑣2 . Fig.5.grafica de la onda de salida de 𝑣2 .

CUADRO II-A

𝒗𝟐 (𝐕𝐨𝐥𝐭𝐬) 𝒗𝟑 (𝐕𝐨𝐥𝐭𝐬)

CUADRO II-B

FRMAX (KHz) FRMIN (KHz)

Bobina Amarilla 7.2 0.64 497 310

Bobina Blanca 8.8 0.75 471 300

Bobina Negra 9 2.64 500 340.3

6. Sintonizando el circuito anterior (figura # 18) colocando los condensadores a cada una de las bobinas para determinar 𝐿𝑖𝑛 y 𝐶𝑖𝑛 . Luego llenamos el cuadro siguiente.

𝑪𝒊𝒏 + 𝑪𝒆𝒙𝒕 = 𝑪𝒊𝒏 ′ 𝑪𝒆𝒙𝒕 = 𝟓𝟎𝒑𝑭 𝑪𝒆𝒙𝒕 = 𝟏𝟎𝟎𝒑𝑭

Frecuencia de Resonancia Bobina Amarilla 82.92pF 165.84pF

Frecuencia de Resonancia Bobina Blanca 87.71pF 175.42pF

Frecuencia de Resonancia Bobina Negra 106.54pF 213.08pF

7. Para la figura #16 variamos la frecuencia del generador y determinamos la respuesta en frecuencia de las bobinas ajustando 𝑅𝑝 para obtener 𝑣2 = 100𝑚𝑉𝑝 − 𝑝 en resonancia.

Frecuencia KHz

400

420

430

455

470

480

490

500

510

𝒗𝟑 (𝐕𝐨𝐥𝐭𝐬)

32

34.3

37

40.05

41

43.2

45

46,8

49

𝒗𝟐 (𝐕𝐨𝐥𝐭𝐬)

9

10.2

11

12.6

14

15.1

15.4

16

17

𝒗𝑹𝟓 (𝐃𝐂)(𝐦𝐕) 21.212 21.213 21.212 21.213 21.213 21.213 21.215 21.215 21.216

CONCLUSIONES 

El amplificador de RF Trabaja en altas frecuencias, y generalmente suele estar sintonizado, por lo que trabaja a unas frecuencias determinadas por un rango.

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Existen etapas amplificadoras de RF, estas etapas de un transistor amplifican la señal de RF a un nivel suficientemente elevado para operar la antena.

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El acoplamiento entre amplificadores de RF aprovecha las características de los circuitos resonantes paralelos para adaptar las impedancias

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Los transistores RF son de reducida dimensiones, ya que trabajan con señales débiles y de alta frecuencia