PRACTICA 5 (AMPLIFICADOR EMISOR COMUN).doc

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

PRÁCTICA 5 - AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN OBJETIVO GENERAL Analizar el funcionamiento del circuito amplificador emisor común utilizando las facilidades que presentan los simuladores de circuitos; en el caso particular de este manual de prácticas es el software TINA. El alumno deberá revisar los archivos que vienen grabados previamente en este práctica, seguir las indicaciones del instructivo, utilizar los diferentes análisis que permite el simulador TINA y comprender claramente cada una de las mediciones y gráficas que se piden. Objetivos particulares  Analizar el circuito amplificador emisor común de una etapa.  Analizar el circuito amplificador emisor común en cascada (dos etapas).  Comprobar el funcionamiento del amplificador de dos etapas en el Laboratorio de Electrónica, de acuerdo a las características especificadas en clase por el profesor.

Material necesario       

5.1

Software de simulación de circuito Manual de prácticas de Electrónica Lineal Protoboard Pinzas de punta y corte Cables Resistencias y capacitores de distintos valores Equipo de medición del laboratorio de electrónica

Amplificador Emisor Común de una Etapa

Una de las aplicaciones más utilizadas para el transistor bipolar es el amplificador en su configuración de emisor común, circuito que se muestra en la figura 5-1. En este circuito los capacitores C1 y C2 se conocen como capacitores de acoplamiento de señal, mientras que CE es un capacitor de paso; estos capacitores generalmente son del orden de unos cuantos F y definen la frecuencia de corte baja del amplificador. Los capacitores que se

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-1

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

forman en las uniones internas del transistor y que típicamente son del orden de nano o pico faradios son los que establecen la frecuencia de corte alta del amplificador. Para comenzar con la parte de simulación, abre el archivo AMPLIFICADOR EMISOR COMUN.TSC desde el programa TINA. Enseguida podrás observar el circuito que se te muestra en la figura 5-1, revisa cada uno de los valores de las componentes y fuentes de polarización y excitación que sea han propuesto para este ejercicio y apúntalos, después deberás llevar a cabo cada uno de los análisis que se te indican.

Figura 5-1. Circuito Amplificador Emisor Común

5.1.1

ANÁLISIS EN CORRIENTE DIRECTA DEL AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN (CÁLCULO DE LAS CORRIENTES Y VOLTAJES DEL PUNTO DE OPERACIÓN)

Tanto para el análisis en Corriente Directa como en el de Corriente Alterna, es importante recordar que los capacitores dependen de la frecuencia, de acuerdo a la expresión siguiente:

XC 

donde:

1 jC

XC, reactancia capacitiva

tomando en cuenta lo anterior, en el análisis en corriente directa (ω = 0) éstos se comportan como circuito abierto (XC = ∞); lo cual hace que el circuito de la figura 5-1 se modifique y quede como se muestra en la figura 5-2. ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-2

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Figura 5-2. Circuito Equivalente para el Análisis en Corriente Directa

Al realizar el análisis del circuito de la figura 5-2, es posible obtener las expresiones matemáticas que permiten el cálculo del punto de operación.

V BB 

RB 

R2 VCC R1  R 2

R1 R2 R1  R 2

(5.1.1)

(5.1.2)

La corriente de colector para el punto de operación ICQ, será:

I CQ   I BQ 

 V BB  V BE  R B   R E1  R E 2  

(5.1.3)

El voltaje colector-emisor para el punto de operación VCEQ, queda de la siguiente manera:

VCEQ  VCC   RC  R E1  R E 2  I CQ

(5.1.4)

Utilizando el simulador TINA, podremos obtener los valores de los voltajes del punto de operación del circuito y compararlos con los que se obtienen matemáticamente de las expresiones anteriores. En la simulación selecciona la opción Calcular los voltajes nodales, de la ruta Análisis \ Análisis CD. Comprueba los resultados que se obtienen teóricamente con los simulados; si la polarización del circuito es correcta, podrás continuar con los siguientes análisis. ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-3

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

5.1.2

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

ANÁLISIS EN CORRIENTE ALTERNA DEL AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN (A SEÑAL), CÁLCULO DE LA GANANCIA EN VOLTAJE, IMPEDANCIAS DE ENTRADA Y SALIDA Y FRECUENCIA DE CORTE.

En el análisis en corriente alterna y en la banda de frecuencias medias, los capacitores C1, C2 y CE y las fuentes independientes de voltaje se comportan como corto circuito, mientras que los capacitores internos del transistor bipolar se comportan como circuito abierto; esto trae por consecuencia que el circuito de la figura 5-1 quede como se muestra en la figura 5-3.

Figura 5-3. Circuito Equivalente para el Análisis de Corriente Alterna

Al sustituir el transistor por su equivalente y realizar el análisis del circuito de la figura 5-3, es posible obtener las expresiones para la ganancia en voltaje e impedancias de entrada y salida, que se muestran a continuación:

AVT 

donde:

VO  zi   Vg  Rg  Z i





RL  RL  Z O

  AV max     







(5.1.5)

AVmax, es la ganancia máxima del amplificador sin efectos de Rg ni RL

AV max  

re 

RC re  RE 2

0.26mV I CQ

Z i  R B ||   re  R E 2    Z O  RC

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

(5.1.6)

(5.1.7) (5.1.8) (5.1.9)

5-4

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

donde: Zi es la impedancia de entrada y ZO es la impedancia de salida de la etapa amplificadora. 5.1.3

ANÁLISIS DE LA RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL CIRCUITO

En el análisis con señal es recomendable que primero lleves a cabo el de la respuesta en frecuencia del circuito, ya que éste te mostrará la región de la banda de frecuencias medias y te permitirá medir las frecuencias de corte alta y baja del amplificador, esto ayuda a conocer con certeza que frecuencia o rango de frecuencias puedes aplicar a la señal del generador para obtener en el dominio del tiempo la máxima ganancia del circuito. Para obtener las frecuencias de corte es necesario saber que éstas se miden cuando la ganancia máxima se reduce 3dB . Los diagramas de Bode del circuito que te muestran la respuesta en frecuencia del mismo, se obtienen a través de llevar a cabo la ruta Análisis \ Análisis CA \ Características del Transferimiento de CA. Con ayuda de los cursores a y b, puedes medir la ganancia máxima en la banda de frecuencias medias, para el circuito de nuestro ejemplo, Amáx = 22.44 dB (que corresponde a 13.24 veces la señal de entrada), la frecuencia de corte f c = 190.25 Hz (medida a –3 dB de la ganancia máxima) y el ángulo de fase, igual a –180 grados cuando la ganancia es máxima; gráficas de la figura 5-5.

Figura 5-4. Respuesta en Frecuencia del Circuito Amplificador Emisor Común

Cuando se desea calcular la ganancia en amplitud decibeles, es posible aplicar la siguiente expresión:

 AV (dB )    20( dB ) 

AV  ant log 10 

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

y el valor que tienes está en (5.1.10)

5-5

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Que es lo mismo que:

AV ( dB )  20 log10  AV  (dB ) 5.1.4

(5.1.11)

ANÁLISIS DEL CIRCUITO EN EL DOMINIO DEL TIEMPO

Para realizar el análisis en el dominio del tiempo, es necesario que conozcas primero cual es el rango de frecuencias en las cuales la ganancia de tu amplificador es máxima, para que selecciones una de ellas y pongas este valor a la frecuencia del generador. Al seleccionar la opción Transiente del menú Análisis, podrás observar la señal de salida del amplificador y compararla con la señal de entrada, como se observa en la figura 5-5.

Figura 5-5. Señales de Entrada y Salida del Circuito Amplificador de Emisor Común

Observa que la señal de salida además de presentar amplificación en voltaje con respecto a la señal de entrada, muestra un defasamiento de 180° (esto se da en la banda de frecuencias medias), este defasamiento se debe al efecto que tiene el transistor sobre el circuito y no a los capacitores que intervienen en el mismo. 5.1.5

MEDICIÓN DE LAS IMPEDANCIAS DE ENTRADA Y SALIDA

Para el acoplamiento de los circuitos y/o sistemas electrónicos, es muy importante conocer las impedancias de entrada y salida, así como la respuesta en frecuencia que éstas presentan. TINA cuenta con una herramienta que nos permite a través de la simulación conocer el comportamiento en frecuencia de las impedancias de entrada y salida del circuito y medir su valor en la banda de frecuencias medias. Cabe mencionar que en un laboratorio no virtual, si no se cuenta con medidor de impedancias, la medición de la impedancia de entrada y salida sería diferente a la mostrada en la siguiente sección.

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-6

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

5.1.5.1

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Medición de la Impedancia de Entrada

Para medir la impedancia de entrada, deberás colocar el medidor de impedancias (que se encuentra en la barra de herramientas Medidas) a la entrada del circuito amplificador, así como eliminar el generador de voltaje; como se muestra en la figura 5-6. Una vez hecho esto, realiza la simulación de tal forma que TINA te entregue la respuesta en frecuencia de la impedancia de entrada, tal como se muestra en la figura 5-7; para nuestro ejemplo se observa que en la banda de frecuencia media del amplificador, la impedancia de entrada Zi tiende a ser 1.5k, que es aproximadamente igual al valor calculado que resulta si aplicamos la expresión 5.1.8 con los valores correspondientes para el circuito analizado.

Figura 5-6. Circuito para la Medición de la Impedancia de Entrada Z i

Impedancia [Ohm]

T 150.00k

a

112.50k 75.00k

Zi = 1.466k ohms

37.50k 0.00 1

10

100

1k

10k

100k

1M

10k

100k

1M

Frecuencia [Hz]

Fase [deg]

0.00 -50.00 -100.00 -150.00 -200.00 1

10

100

1k Frecuencia [Hz]

Figura 5-7. Respuesta en Frecuencia para la Impedancia de Entrada

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-7

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

5.1.5.2

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Medición de la Impedancia de Salida

La medición de la impedancia de salida ZO, requiere que el esquema original sea modificado como se muestra en la figura 5-8. Observa que para realizar esta medición, tendrás que sustituir la resistencia de carga por un medidor de impedancias, así como el generador de voltaje por un corto circuito.

Figura 5-8. Medición de la Impedancia de Salida

Posteriormente, realiza el análisis en CA, para que se muestre la Característica del Transferímiento de CA.

Figura 5-9. Respuesta en Frecuencia de la Impedancia de Salida

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-8

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

En las gráficas anteriores, se muestra la respuesta en frecuencia de la impedancia de salida ZO del amplificador emisor común, en éstas se observa que en la banda de frecuencias media la impedancia ZO de nuestro ejemplo tiende al valor de 680 Ω, que es igual al valor de la RC de nuestro circuito. Utilizando las herramientas que tiene el TINA, se pueden realizar otras mediciones para este o cualquier circuito que estemos analizando, en la siguiente sección se proponen algunas de ellas. 5.1.6

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

1. Coloca unas pinzas de tensión a la salida del colector del transistor del circuito original (figura 5-1), en este caso, nombramos al voltaje que mediremos como V C, para reconocer la señal al momento de graficarla. T 10.00

a

b

9.00

Vc

8.00

Señal de salida montada sobre un nivel de corriente directa de valor VceQ = 5.86V

7.00

Voltaje

6.00 5.00 4.00 3.00

Vop = 1.32V

Vo

2.00 1.00 0.00 -1.00

Vg

-2.00 0.00

25.00u

50.00u Tiempo [s]

75.00u

100.00u

Figura 5-10. Señales de Entrada (Vg), Salida (VO) y del Colector (VC)

En la figura 5-10, se muestran la señal del generador (Vg), la señal de salida (V O) y la señal en el colector (VC). Como se puede observar, ésta última es igual a la señal de salida pero montada en un nivel de corriente directa de valor V CEQ. El capacitor C2 del circuito de la figura 5-1, conocido como capacitor de acoplamiento de la señal, actúa como filtro, ya que elimina la componente en corriente directa de la señal VC, entregando solamente la señal VO. 2. Cambia el valor de Rg, de tal manera que sea igual al valor de la impedancia de entrada Zi=1.466kΩ; después, coloca un medidor de tensión antes del capacitor C1 del circuito original, selecciona la opción Transiente del menú Análisis y observa las señales que se presentan en la figura 5-11.

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-9

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

T 100.00m

Vg Vi

Voltaje (V)

50.00m

0.00

-50.00m

-100.00m 0.00

25.00u

50.00u Tiempo [s]

75.00u

100.00u

Figura 5-11. Señales del Generador Vg y de Entrada a la Etapa de Amplificación

En la gráfica de la figura 5-11 se muestran la señal del generador Vg y la señal a la entrada de la etapa amplificadora Vi. En ésta se puede ver que Vi es la mitad de la amplitud de Vg, esto es debido al efecto del divisor de voltaje que esta ejerciendo la Rg y la Zi a la señal Vg. Si meditas con detenimiento este parte del ejercicio, podrás darte cuenta que te puede ayudar a medir indirectamente en el laboratorio de electrónica el valor de la Zi . Indica como lo harías ya que lo deberás llevar a cabo en el laboratorio no virtual. 3. Realiza una comparación de las señales Vg, Vi y VO en el dominio del tiempo (transiente), para esto, deberás agregar un medidor de tensión en la resistencia de carga RL. Al momento de graficar las señales, puedes seleccionar la opción Separar las curvas del menú Vista.

Figura 5-12. Señales del Generador (Vg), entrada (Vi ) y Salida (Vo)

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-10

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Observa que la señal del generador Vg es de 100mV pico, la señal Vi es de 50mV pico (señal reducida a la mitad a través del divisor formado por Rg y Zi) y la señal de salida Vo es de 662.99mV pico, esta última está amplificada solo 6.51 veces con respecto a la Vg , compara esta ganancia con la medida en la simulación de la figura 5-5, medita a qué se debe. 4. Con el valor de Rg = Zi = 1.466 kΩ, grafica la respuesta en frecuencia del circuito para la señal VO; por lo tanto, deberás eliminar el medidor de tensión de la señal Vi. Para realizar esto, ve a la ruta Análisis \ Análisis CA \ Característica del Transferímetro de CA.

Figura 5-13. Respuesta en Frecuencia del Amplificador Emisor Común

Con ayuda de los cursores mide la ganancia en la banda de frecuencias media y observa que ésta disminuyó a 16.43 dB que corresponde a 6.63 veces la señal de entrada, es decir, la mitad de la que habíamos medido (en la figura 5-7) cuando Rg era 1 Ω. 5. Ahora, con el circuito modificado hasta el momento, cambia el valor de R L al valor de la impedancia de salida medida anteriormente (Z O = 680Ω) y realiza el análisis en el dominio del tiempo.

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-11

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Figura 5-14. Señal de Salida cuando Rg = Zi y RL = ZO

Una vez graficada la señal de salida, compárala con las señales V O obtenidas en los puntos 1 y 3. 6. Obtén la respuesta en frecuencia del circuito cuando la Rg = Zi y la RL = ZO.

Figura 5-15. Respuesta en Frecuencia cuando Rg = Zi y RL = ZO.

Utiliza los cursores para medir la ganancia máxima en la banda de frecuencias medias, que en este caso es de 10.45 dB correspondiente a 3.33 veces la señal de entrada. La señal de salida se ha reducido a la cuarta parte de su valor original, esto es porque las resistencias Rg y ZO forman dos divisores de voltaje a la mitad tanto en la entrada como en la salida del amplificador.

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-12

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Nuevamente si meditas con calma esta sección podrás encontrar con facilidad la forma de medir indirectamente la impedancia de salida en la región de la banda media, sin necesidad de contar con un medidor de impedancias real. Piensa en tu propuesta de medición ya que deberás usarla en el laboratorio no virtual.

5.1.7

CONCLUSIONES IMPORTANTES

Después de analizar el circuito, llevar a cabo las simulaciones indicadas y meditar los resultados, es posible establecer las siguientes conclusiones: a) Es necesario polarizar correctamente el circuito para lograr que amplifique de acuerdo a lo deseado. b) Para que el efecto de la resistencia Rg asociada al generador, sea el menor posible y no afecte a la ganancia total del sistema, es necesario que se cumpla la siguiente condición. Z i  R g

c) Para que el efecto de la resistencia de carga R L sea el menor posible y no afecte a la ganancia total del sistema, es necesario que se cumpla la siguiente condición: Z O  R L

d) En una etapa de amplificación, a mayor ganancia menor ancho de la región de la banda de frecuencias medias. e) Si se desea aumentar la frecuencia de corte alta de un amplificador, será necesario recurrir a un dispositivo que soporte mayor frecuencia de trabajo. Al terminar éste ejercicio que te lleva de la mano podrás realizar simulaciones complementarias que te ayuden a fortalecer el conocimiento aprendido.

5.2

Amplificador Emisor Común en Cascada (2 Etapas)

En el ejercicio de la figura 5-16, se presenta el circuito de un amplificador emisor común en cascada de dos etapas acoplado con capacitores, lo que permite que los puntos de operación de cada etapa se puedan calcular en forma independiente, tal como se hace en el caso de una sola etapa, la ganancia total será el producto de la ganancia de cada una de las etapas, como se expresa a continuación:

AT 

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

VO  AV 1 AV 2 Vg

(5.2.1)

5-13

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Figura 5-16. Circuito Amplificador Emisor Común de 2 Etapas

5.2.1

COMPORTAMIENTO MATEMÁTICO DEL CIRCUITO

Con el propósito de que el lector pueda hacer modificaciones a los valores del circuito para obtener distintas ganancias o impedancias de entrada y salida, en esta sección presentamos el resumen de las expresiones del comportamiento matemático para el análisis a señal. Los puntos de operación de ambas etapas se pueden calcular como se hizo en el caso de una sola etapa.

 Z i2 AVT  AV 1   RC 1  Z i 2



 RL  AV 2    RC 2  R L 





(5.2.2)

donde: AVT , ganancia total del amplificador, considerando los efectos de la Rg y la RL AV1, es la ganancia de la etapa 1, sin efectos de la resistencia R g y la Zi2 (que se comporta como carga para la etapa uno) y esta dada por la siguiente expresión: RC1 AV 1   re1  R E1 (5.2.3) AV2, es la ganancia de la etapa 2, sin efectos de la impedancia Z o1 (que se comporta como una Rg para la etapa dos) y de la RL y está dada por la siguiente expresión:

AV 2  

RC 2 re 2  R E 3

(5.2.4)

La impedancia de entrada en la banda de frecuencias medias de la etapa 2, Z i2, está dada por la expresión:

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-14

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

Z i 2   R3 || R 4  ||  re 2  R E 3   2 re1 

26mV 26mV ; re 2  I EQ1 I EQ 2

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

(5.2.5) (5.2.6)

La impedancia de salida de la etapa uno esta dada por: Zo1 = RC1

(5.2.7)

La impedancia de entrada en la banda de frecuencias medias para el amplificador en cascada de 2 etapas es igual a la impedancia de entrada de la primera etapa, esto es: ZiT = Zi1 = (R1 || R2) || (re1 + RE1)1

(5.2.8)

La impedancia de salida en la banda de frecuencias medias para el amplificador en cascada de 2 etapas, es igual a la impedancia de salida de la segunda etapa, esto es: ZOT = ZO2 = RC2 || rc2  RC2

(5.2.9)

ya que: rc2 >> RC2 Ejemplo de aplicación: El circuito analizado en este ejercicio con el simulador TINA responde al diseño teórico de un amplificador de dos etapas en conexión en cascada, con transistores bipolares, en donde ambos transistores tienen aproximadamente el siguiente punto de operación: VCEQ1 = VCE Q2 = 7V; ICQ1 = ICQ2 = 10 mA. La ganancia total debe ser alrededor de 96 y la etapa dos tendrá una ganancia de 7. Utiliza cualquier transistor bipolar con betas cercanas a 200, considera V CC = 15V; RL = 3.3 k; RE2 = 27  y RE3 = 82 , C1 = C2 = C3 = 1F y C3 = 10F. Lleva a cabo los cálculos que sean necesarios para encontrar los valores de las resistencias que faltan para que se cumplan los requisitos solicitados. Es importante que primero hagas cálculos, para que los compruebes con el ejercicio que ya viene dado, lleves a cabo las simulaciones que se te indican y finalmente seas capaz de proponer nuevos diseños, en donde cambies las ganancias, tengas más etapas o lo que se ocurra. 5.2.2

ANÁLISIS DEL CIRCUITO EN CORRIENTE DIRECTA PARA EL CÁLCULO DEL PUNTO DE OPERACIÓN

Para comenzar con la simulación, abre el archivo EmisorComun2Etapas.TSC desde el programa TINA. Enseguida podrás observar el circuito mostrado en la figura 5-16. Has una lista con todos los valores que tienen las componentes del mismo, así como, los valores que definen a las fuentes utilizadas, de esta forma cuando realices las simulaciones, será más fácil para ti entender los resultados y hacer conclusiones. Para obtener los valores de voltaje del punto de operación e indirectamente las corrientes, selecciona la opción Análisis CD del menú Análisis y posteriormente Calcular los ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-15

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

voltajes nodales, esto te permitirá medir los voltajes en cualquier nodo de tu interés y calcular las corrientes que requieras por medio de la Ley de Ohm. Los valores que obtengas deberás irlos comparando con los que debiste calcular previamente. Después de comprobar que el circuito esté correctamente polarizado de acuerdo a lo que deseamos en el diseño, podemos llevar a cabo los análisis con señal. 5.2.3

ANÁLISIS DE LA RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL CIRCUITO

Para conocer la respuesta en frecuencia del circuito, sigue la ruta Análisis \ Análisis CA \ Característica del Transferimiento de CA. Utilizando el o los cursores obtén la ganancia en la banda de frecuencias medias y la frecuencia de corte baja. En caso de que quisieras encontrar la frecuencia de corte alta, será necesario que en el análisis cambies el valor de la frecuencia final, hasta un valor que te permita apreciar la frecuencia de corte alta. Para este tipo de amplificador la frecuencia de corte alta esta determinada por la máxima frecuencia de operación de los transistores. Recuerda que tanto la frecuencia de corte baja como la frecuencia de corte alta, se miden cuando la máxima ganancia medida (en decibeles) en la banda de frecuencias medias se reduce 3 decibeles. En el caso en que la ganancia se obtenga en amplitud, las frecuencias de corte se miden cuando la máxima amplitud de la ganancia se reduce a 0.7AMAX. En la figura 5-18, se muestra la respuesta en frecuencia para el amplificador en cascada.

Figura 5-17. Respuesta en Frecuencia del Amplificador Emisor Común de 2 Etapas

5.2.4

ANÁLISIS DEL CIRCUITO EN EL DOMINIO DEL TIEMPO

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-16

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Para realizar el análisis en el dominio del tiempo, recuerda que primero debes tomar en cuenta el rango de la banda de frecuencias medias, para que posteriormente selecciones un valor de frecuencia en este rango el cual aplicarás a la señal del generador, esto te permitirá que la señal de salida presente la máxima ganancia. Para observar la señal de salida del amplificador emisor común de 2 etapas, selecciona la opción Transiente del menú Análisis. El simulador de circuitos TINA, graficará las señales de entrada y salida. Para poder verlas de manera detallada, elige la opción Separar las curvas del menú Vista; de esta forma, el programa mostrará las señales en la escala apropiada.

Figura 5-18. Señal de Salida del Circuito Amplificador Emisor Común de 2 Etapas

5.2.5

5.2.5.1

MEDICIÓN DE IMPEDANCIAS DE ENTRADA Y SALIDA

Medición de la Impedancia de Entrada Zi

Como se hizo anteriormente para el caso del amplificador de una etapa, si quieres medir la impedancia de entrada del circuito de la figura 5-16, deberás hacer una pequeña modificación a éste; es decir, tendrás que cambiar el generador de voltaje Vg (que se encuentra en la barra de herramientas Básico) por un medidor de impedancias ZM1 (ubicado en la barra de herramientas Medidas), como se muestra en la siguiente figura.

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-17

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Figura 5-19. Circuito para Medición de ZiT

Una vez hecho el cambio en el circuito, selecciona la opción Característica del Transferimiento de CA de la ruta Análisis \ Análisis CA.

Figura 5-20. Respuesta en Frecuencia de la Impedancia de Entrada

Las gráficas de la figura 5-20, presentan la variación de la impedancia de entrada con respecto a la frecuencia. En éstas, se observa que en la región de frecuencias medias y altas la ZiT para este ejercicio es aproximadamente igual a 2.7k, que es igual al que se puede calcular al sustituir los valores correspondientes para este ejemplo en la expresión (5.2.8).

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-18

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

5.2.5.2

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

Medición de la Impedancia de Salida ZO

Para la medición de la impedancia de salida, deberás sustituir el generador de voltaje del circuito original por un corto circuito, así como colocar un medidor de impedancias en el lugar de la resistencia de carga RL, tal como se muestra en la figura 5-21.

Figura 5-21. Circuito para la Medición de Zout

En la figura 5-232 observamos como varía la impedancia de salida en función de la frecuencia, estas gráficas nos permiten comprobar que en la región de frecuencias medias la impedancia de salida es prácticamente igual al valor de la Z oT = RC2 = 720, expresión (5.2.9) .

Figura 5-22. Respuesta en Frecuencia de la Impedancia de Salida

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

5-19

PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA LINEAL

5.2.6

AMPLIFICADOR EMISOR COMÚN

PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS

1. Utilizando el análisis que te permite realizar el TINA, mide las ganancias de cada etapa y compáralas con las que se solicitaban en el diseño teórico. Comprueba los valores de la impedancia de entrada a la etapa 2 o la impedancia de salida de la etapa 1. 2. Cuando hayas medido la impedancia de entrada a la etapa 2, sustituye la segunda etapa por una resistencia de carga de valor igual al que mediste como impedancia de entrada de esta etapa y observa que pasa con la ganancia de la etapa 1. 3. Cuál es el máximo valor de amplitud para la señal de entrada que puede aplicarse a éste amplificador, para que la señal de salida no se sature o distorsione.

5.2.7

TRABAJO PARA EL LABORATORIO NO VIRTUAL

El objetivo de esta sección es que el alumno compruebe físicamente cada uno de los análisis que realiza en forma virtual con el simulador TINA. Para esta práctica el profesor solicitará al alumno la modificación de las características del amplificador de 2 etapas, en lo que se refiere a la ganancia de voltaje, impedancia de entrada y salida y punto de operación, el alumno llevará a cabo la adaptación del circuito para que cumpla con lo que se le solicita y antes de trabajar en el laboratorio real, simulará su diseño y comprobará que cumple con lo deseado. La lista de componentes para esta práctica estarán de acuerdo con el diseño solicitado y el alumno lo conocerá después de realizar los cálculos y hacer la simulación respectiva. Al llevar a cabo está práctica y hacer las mediciones que se requieran, reporta lo que se pide en la tabla 5-1.

Tabla 5-1. Medición de Ganancia, Frecuencia e Impedancia Medición solicitada Ganancia total en voltaje (en amplitud) Ganancia total en voltaje (en decibels) Ganancia en la primera etapa Frecuencia de corte baja Impedancia de entrada Impedancia de salida

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA ICE-ESIME-Z MGB

Valor medido

5-20