lab l de choque
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UNIVERSIDAD DEL QUINDIO, INGENIERÍA ELECTRÓNICA, GRUPO DE ELECTRONICA II
LABORATORIO II
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Resumen— En el presente laboratorio correspondiente al
diseño de un amplificador clase A con inductor de choque se
llevará a cabo la realización de las simulaciones con los
valores encontrados de las resistencias de polarización en el
análisis teórico como también se hará las observaciones
correspondientes al montaje físico en donde se realizará el
análisis de error con los diferentes datos encontrados; datos de
las simulaciones, información del análisis teórico y datos
medidos en el osciloscopio.
Palabras clave— Amplificador, inductor, pspice, orcad, ancho
de banda, frecuencia de corte, transistor, ganancia de voltaje,
potencia, resistencia, distorsión.
Abstract—In this laboratory which corresponds to the design
of a Class A amplifier with shock inductor will be held
conducting simulations with the values found for the bias
resistors in the theoretical analysis as well as the observations
will be for the physical assembly where the error analysis will
be made with different data found; data from simulations,
theoretical analysis information and data measured on the
oscilloscope.
Key words—Amplifier, inductor, PSpice, OrCAD, bandwidth,
cutoff frequency, transistor, voltage gain, power, endurance,
distortion.
I. OBJETIVOS
Diseñar un amplificador Clase A con L de
Choque.
Realizar el análisis de error de acuerdo a los
datos teóricos y prácticos.
Consolidar y relacionar la teoría
correspondiente del amplificador Clase A y sus
diferentes configuraciones con el análisis
práctico.
II. INTRODUCCIÓN
En el presente laboratorio se hace las observaciones
de las simulaciones realizadas en el software Orcad
correspondientes al amplificador Clase A acoplado
en forma inductiva obteniéndose mediante Pspice
las diferentes señales correspondientes a los
diferentes tipos de análisis; análisis Bias Point,
análisis transitorio (Transient), análisis en AC (AC
Sweep) y análisis en DC (DC Sweep) para obtener
las curvas características del transistor.
III. AMPLIFICADOR ELECTRÓNICO
Amplificador electrónico puede significar tanto un
tipo de circuito electrónico o etapa de este, como un
equipo modular que realiza la misma función; y que
normalmente forma parte de los equipos Hi-Fi
(High Fidelity). Su función es incrementar la
intensidad de corriente, la tensión o la potencia de la
señal que se le aplica a su entrada; obteniéndose la
señal aumentada a la salida. Para amplificar la
potencia es necesario obtener la energía de una
fuente de alimentación externa. En este sentido, se
puede considerar al amplificador como un
modulador de la salida de la fuente de alimentación.
El amplificador puede realizar su función de manera
pasiva, variando la relación entre la corriente y el
voltaje manteniendo constante la potencia (de
manera similar a un transformador), o de forma
activa, tomando potencia de una fuente de
alimentación y aumentando la potencia de la señal a
su salida del amplificador, habitualmente
manteniendo la forma de la señal, pero dotándola de
mayor amplitud.
El componente principal de estos amplificadores,
denominado elemento activo, puede ser un tubo de
vacío o un transistor. Las válvulas de vacío suelen
usarse aún en algunos amplificadores diseñados
específicamente para audio por la respuesta en
frecuencia de estos, preferida en algunos estilos
musicales. Los transistores suponen la base de la
electrónica moderna. Con ellos se diseñan circuitos
más complejos, como los amplificadores
operacionales, que a su vez se usan en otros como
los amplificadores de instrumentación.
A. Clase A
Son amplificadores que consumen corrientes
continuas altas de su fuente de alimentación,
independientemente de la existencia de señal en la
Amplificador Clase A con L de Choque Álvaro Felipe Novoa, Gerardo Andrés López, Anderson Fajardo Londoño
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entrada. Esta amplificación presenta el
inconveniente de generar una fuerte y constante
cantidad de calor, que ha de ser disipada. Esto
provoca un rendimiento muy reducido, al perderse
una parte importante de la energía que entra en él.
Es frecuente en circuitos de audio y en equipos
domésticos de gama alta, ya que proporcionan gran
calidad de sonido, al ser muy lineal, con poca
distorsión [1].
Cuando no hay señal de entrada la corriente fluye
directamente del positivo al negativo de la fuente de
alimentación, consumiéndose potencia sin resultar
útil. En donde teóricamente con resistencia de
colector presenta una eficiencia del 25%, es decir,
solo se utiliza dicho porcentaje de la potencia
entregada por la fuente lo que resulta ser un
dispositivo muy ineficiente. Para mejorar esta
condición se utiliza un inductor en vez de la
resistencia de colector que hará una mejora
significativa a la eficiencia (aproximadamente del
50%).
IV. PROCEDIMIENTO
A. Diseño amplificador Clase A con L de Choque
Se lleva cabo el diseño del amplificador propuesto
en el laboratorio II para obtener una potencia
máxima en la carga igual a en donde se
obtienen los siguientes datos teóricos:
Tabla 1.
Valores de los componentes.
Símbolo Valor
El siguiente diagrama corresponde al amplificador
diseñado, se realiza en el software de simulación
Orcad en donde para la simulación en el tiempo
(Time Domain - Transient) se utiliza una señal de
con una amplitud de . Para la
simulación en frecuencia se hace uso del tipo de
análisis AC Sweep, en donde se hace un barrido en
AC hasta ; encontrándose la magnitud del
voltaje de salida, la ganancia de voltaje y de
corriente (en dB) y el ancho de banda además de las
curvas características del transistor haciéndose uso
del tipo de análisis DC Sweep. Finalmente se
ejecuta el montaje en el espacio de laboratorio para
realizar las medidas necesarias que permitan la
comparación entre valores teóricos, simulados y
prácticos y dar así por concluido el análisis de un
amplificador Clase A acoplado por inductor.
Fig. 1 Diagrama esquemático.
V. RESULTADOS Y ANÁLISIS
A. Análisis Bias Point (punto de operación)
El análisis Bias Point del simulador Orcad genera la
información acerca de los voltajes y corrientes que
presentan cada nodo y cada elemento del circuito en
cuestión. El siguiente esquema muestra los
resultados correspondientes al diseño del
amplificador:
Fig. 2 Análisis Bias Point.
En la siguiente tabla se observan los valores
teóricos hallados y los simulados correspondientes
en DC con su respectivo error:
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Tabla 2.
Resultados análisis Bias Point.
Símbolo Valor teórico Valor
simulado Error%
B. Análisis Transient (transitorio)
El análisis transitorio proporciona el
comportamiento del circuito a lo largo del tiempo.
La siguiente gráfica muestra la señal de salida con
respecto a la señal de entrada:
Fig. 3 Análisis Transient (voltaje de entrada y salida).
En donde la señal de color azul corresponde a la
señal de entrada (V(V4:+)) mientras que la de color
verde corresponde a la señal de salida (V(RL:2)). Se
observa que la señal de salida presenta un poco de
distorsión (semiciclo positivo mas ancho que el
negativo) debido a la no linealidad del transistor y a
que posiblemente el punto de polarización no se
encuentra en la mitad de la recta de carga dinámica.
Tabla 3.
Resultados análisis Transient.
Símbolo Teórico Simulado Error%
Los valores máximos del voltaje y la corriente en la
señal de salida se obtuvieron utilizando la
herramienta Measurements proporcionada por
Pspice; Max(V(RL:2)) para el valor máximo del
voltaje (señal de color verde) y Max(I(RL:1)) para
el valor máximo de la corriente en la señal de
salida.
Para el análisis de la potencia se tiene la siguiente
grafica:
Fig. 4 Análisis Transient (potencia de salida).
En donde el valor de la máxima potencia se obtiene
con la herramienta Measurements de Pspice, Max(-
I(RL:1)*V(RL:2)) para hallar el valor máximo de la
potencia.
Tabla 4.
Resultados análisis Transient.
Símbolo Teórico Simulado Práctico Error1 Error2
El Error1 corresponde al error entre teórico y
simulado y el Error2 al error entre teórico y práctico
C. Análisis AC Sweep (Barrido AC)
El análisis en AC proporciona el comportamiento
del amplificador con respecto a la frecuencia según
el rango determinado. La gráfica siguiente enseña
las ganancias de voltaje y de corriente del
amplificador Clase A con inductor de choque:
Fig. 5 Ganancia de voltaje y de corriente en dB.
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La señal verde corresponde a la ganancia en voltaje
(DB(V(RL:2))) y la de color rojo a la ganancia en
corriente (DB(-I(RL:1))).
Fig. 6 Voltaje de salida en la frecuencia.
La gráfica anterior muestra el voltaje de salida con
respecto a la frecuencia:
Tabla 5.
Resultados análisis AC Sweep.
Símbolo Teórico Simulado Práctico Error1 Error2
B
Se utiliza la función Max(V(RL:2)) para hallar el
valor máximo en la ganancia de voltaje y la función
Max(I(RL:1)) para encontrar el valor máximo en la
ganancia de corriente en la simulación Pspice. Para
encontrar el ancho de banda (B) del amplificador se
hace uso de la función
Bandwidth_Bandpass_3dB(V(RL:2)) que
suministra el simulador y así determinar los
porcentajes de error (Error1 entre teórico y
simulado y Error2 entre teórico y práctico) de las
ganancias y del ancho de banda (Error2 entre
simulado y práctico).
D. Análisis DC Sweep (Barrido DC)
El análisis en DC proporciona el comportamiento
del circuito en torno al punto de trabajo, para el
caso del amplificador se realiza un barrido en torno
al voltaje del modelo DC de este.
Fig. 7 Modelo DC.
Del diagrama esquemático anterior se obtienen las
siguientes curvas características del transistor:
Fig. 8 Curvas características del transistor.
Estas curvas representan la función de transferencia
de la corriente de colector ( ) contra el voltaje
colector-emisor ( ) para diferentes valores de la
corriente de base ( ). Esto significa que para que el
transistor funcione como amplificador se debe
ubicar el punto de operación sobre una de estas
curvas (región activa).
Se observa que entre se encuentra la región
de saturación y entre la región de corte
del transistor.
VI. CONCLUSIONES
La utilización de las funciones proporcionadas por la
herramienta Measurements es de gran utilidad para el
usuario en el momento de llevar a cabo las
mediciones en el simulador Pspice, evita la molestia
de utilizar el cursor disminuyendo de esta manera el
error generado por el practicante al momento de
ubicar dicho cursor.
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Las grandes diferencias entre datos teóricos,
simulados y prácticos se presentan debido a que en
el estudio teórico se obvian muchas condiciones y
características naturales de elementos como el
transistor, capacitores de acople y de desacople.
Características como capacitancias parásitas,
resistencia interna de las fuentes de energía,
variaciones de beta con respecto a la temperatura de
los transistores que hacen obtener estas diferencias
tan notables en cuanto a los cálculos del error.
Se relaciona una vez más lo teórico con lo práctico,
encontrándose esa relación estrecha que permite
interiorizar los conocimientos relacionados con los
amplificadores de potencia Clase A y sus distintas
configuraciones. Finalmente se aprende a analizar
que tipo de configuración de este amplificador es la
más conveniente en cuanto a la eficiencia, si el
amplificador que solo transmite un de la
potencia de la fuente a la carga o el que transmite
un , concluyendo que en últimas todo depende
de la aplicación en que se requiera este tipo de
dispositivos.
VII. WEBGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_electr
%C3%B3nico
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VIII. ANEXOS
Figuras amplificadas:
Fig. 2 Análisis Bias Point.
Fig. 3 Análisis Transient (voltaje de entrada y salida).
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Fig. 4 Análisis Transient (potencia de salida).
Fig. 5 Ganancia de voltaje y de corriente en dB.
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Fig. 6 Voltaje de salida en la frecuencia.
Fig. 8 Curvas características del transistor.