diseño base comun
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Trabajo Preparatorio
Danny Tabarez
Diseño Base Común
Utilizando la configuración de un emisor común diseñe un amplificador con las siguientes características
Modelo Transistor: 2N3904
Hfe:
Hfe Max: 300 Hfe Min: 30 Hfe trabajo: 150 (Multimetro)
Vin= 1 sen wt
Vo= 1.5 sen wt entonces A=1.5
RL=51kΩ
Frecuencia:
fmin: 1 kHz fMax:10kHz
Zin>300Ω
Basándonos en la condición de la Zin
Zin=ℜ∨¿ ℜ+ Rthhfe+1
De esta relación concluimos que
ℜ≫ℜ+ Rthhfe+1
Sabiendo también que la ganancia es
A=RC∨¿RLZin
Considerando que
RC∨¿RL=1.5(300Ω)
RC∨¿RL=450Ω
Si RL=20kΩ
RCmin∗51kΩRCmin+51k Ω
=500Ω
RCmin=504,9Ω
Entonces
RC=510kΩ
Considerando el diagrama de voltajes
Vop≤ Ic (Rc∨¿RL)Vop
Rc∨¿ RL≤VRCRC
donde :VRC= Vop∗RCRC∨¿ RL
= 1.5∗510510∨¿51k
=1.515V
Considerando las siguientes variaciones
10% 1.120% 1.230% 1.3
Si aplicamos un 10% de margen para las resistencias
VRC=1.575∗1.10=1.66V
IC=VRCRC
=1.66510
IC=3.26mA=IE
Usando la formula general de la ganancia
A= RC∨¿ RL
ℜ+Rthhfe+1
Donde
ℜ=26mVIC
= 26mV3.26mA
=7.9Ω
hfe=150despejamos
A(ℜ+ Rthhfe+1
)=RC∨¿RL
Rth=( RC∨¿RLA
−ℜ) (hfe+1 )=(510∨¿51k1.5
−7.9) (150+1 )
Rth=49630Ω
Por el diagrama consideremos queVB=Vth−IB∗Rth
VB=Vth= Vcc∗Rb2Rb1+Rb2
VCC=VRC+VCE+(VB−0.7)Donde por diagrama de voltajes
VCE≥6siVCE ≥Vinp+Vsat+Vop
VCE≥1+4+1.5VCE≥6.5+10 %VCE≥7.15V
VCC=VRC+VCE+(VB−0.7 )=1.515+7.8+VB−0.7VCC=8.61+VB
Por la formula de Vth
VB=Vth= Vcc∗Rb2Rb1+Rb2
=(8.61+VB )Rb2Rb1+Rb2
VB (Rb1+Rb2 )=(8.83+VB )Rb2
VB=8.61Rb2Rb1
Considerando que RB1=RB2
VB=8.61
Rb1=Rb2=2∗Rth=99260.4ΩRb1=Rb2=100kΩ
Sabiendo queVBE=VB−VE
VE=VB−VBE=8.61−0.7VE=7.91V
ℜ=VEIE
= 7.91V3.26mA
=2420Ω
ℜ≤2.5kΩ
Vcc=VRC+VCE+VE=1.515+7.15+ℜ∗IE
Para tener una fuente de
Vcc=12V
12=8.6+ℜ∗3.26mA
Donde ℜ=1042Ω
ℜ=1kΩ
VE=ℜ∗IE=1k∗3.26mA
VE=3.26
Calculo de Capacitores
Capacitor Emisor
Xce≪ Zin
Zin=ℜ∨¿ ZinT
ZinT=ℜ+ Rth1+hfe
=7.9+ 50k151
=339.026Ω
Zin=1k∨¿339=253.2Ω
12π∗fmin∗C
≪Zin
Sabiendo que fmin=1kHZ
C≫ 12π∗fmin∗Zin
= 12π∗1kHZ∗253.2
C≫628nF
Cemisor=220uF
Capacitor Colector
Xcc≪RL
C≫ 12π∗fmin∗RL
C≫3.12nF
Ccolector=220uF
Una vez con el valor de los elementos en circuito, analizar su polaridad
Q1
2N3904
Rb1100kΩ
Vb
Vc
Ve
Re1kΩ
Rb2100kΩ
C1
220µF
C2
220µF
Rc510Ω
VCC
12V
Vin
1 Vpk 1000 Hz 0°
RL51kΩ
J1
Key = Space
Cálculos de DC
Considere que
Hfe=β=150
Calculando el equivalente T hevenin
Rt h=Rb1||Rb2=100k||100 k=50kΩ
Vt h= Vcc∗Rb2Rb1+Rb2
= 12∗100k100k+100k
=6V
RE1kΩ
Q1
2N3904
VCC
12V
Rth
50kΩ
Vth6 V
Vc
Vb
Ve
Equivalente Thevenin Rc510Ω
Vth=RTH IB+V BE+RE IE
IE=IC+ IBIC=ß IB
IE=IB+ß IBIE=( ß+1)IB
Vcc−RB IB−V BE−RE (ß+1) IB=0
Vcc−(R ¿¿B+RE (ß+1))IB−V BE=0¿
IB=V TH−V BE
RTH+RE( ß+1)
IB=6−0,7
50k+1k (150+1)IB=26µ A
IC=ß IB=150∗26uAIC=3.9mA
IE=( ß+1)IB=151∗26uAIE=4mA
V RE=IE RE=4mA∗1000=4V
V E=4V
V ¿−V E=0,7¿V B=0,7+4=4.7V
V B=4.7V
V C=Vcc−ICRC
V C=12−(3.9mA∗510 )=9.98VV C=9.98V
V CE=V C−V E=9.98−4=5.98VV CE=5.98V
Analisis de parámetros hibridos (AC)
Rth
50kΩ
+Vin-
+Vo-
hfe_ib13.9mA
hie1
981Ω
RE1kΩ
Rc
510Ω
RL
51kΩ
Av= VoVin
=−h fe∗ib(RC∨¿R L)
−ib (hfe+1 )( Rthhfe+1
+ℜ)Av=
(RC∨¿R L)
( Rthhfe+1
+ℜ)ℜ=26mV
IE=26mV
4mA=6.5Ω
Av=−( 510∨¿51k50k151
+6.5 )=1.49
Valor para ganancia de Diseño es 1.5 y es bastante aproximado
Diagrama de voltajes
1. vin≤VE
1≤4V si cumple nohay recorteinferior
2. VCE≥Vinp+Vop+Vsat
3.06≥1+1.49
3.06≥2.49nosatura
3. Vop≤ Ic (Rc∨¿RL)
1.49≤1.99no hayrecorte superior
Simulación
En DC
Canal 1 VC Canal 2 VB Canal 3 VE
VCE
En AC
Canal 1 VC Canal 2 VB Canal 3 VE
VCE
Voltaje de Salida Vs Entrada
VO Voltaje de salida amplificado (ROJO)
AV=1.6
Vop=AV∗vip=1.6∗1=1.6 senωt