Manual de Prcticas para la materia de Electrnica de

Comunicaciones para Alta Frecuencia

Introduccin

Simuladores

Qu es un simulador?

Es una herramienta informtica que permite recrear un espacio o suceso. Para esta

materia permite obtener los resultados de manera virtual, es decir en este espacio se

pueden observar cuales seran las caractersticas y desempeo de un circuito segn los

elementos del circuito en cuestin.

Herramienta

LTSPICE

SPICE siglas en ingls Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis (Programa de

simulacin con nfasis en circuitos integrados), con esta herramienta se tiene un simulador el cual

cuenta con osciloscopio, analizador de espectros, multimetro y dems componentes electrnicos

que se requieran.

Dnde descargarlo?

La siguiente liga muestra la pgina principal para poder descargar el circuito, el ejecutable es

similar a cualquiera de Windows:

http://www.linear.com/designtools/software/#LTspice

No es necesario inscribirse a la pgina para poder descargarlo, en la figura 1 se muestra el enlace

en el que se deber dar clic para poder descargar el programa.

Figura 1. Descarga del simulador LTSPICE.

Libro

SPICE-Simulation

Using

LTSPICE IV

Este ejemplar maneja diversos ejemplos que sern de gran utilidad al curso, a continuacin se

muestran algunas utilidades prcticas para adentrarse poco a poco al simulador, cabe mencionar

que existe otras herramientas de capacitacin, en la siguiente liga, se encuentra infinidad de

tutoriales en espaol como una alternativa ms.

http://www.google.com.mx/search?sugexp=chrome,mod=0&sourceid=chrome&ie=UTF-

8&q=ltspice#q=ltspice&hl=es&prmd=imvns&source=lnt&tbs=lr:lang_1es&lr=lang_es&sa=X&ei=cv

wVUL_3MrCH0QGCxIGgCw&ved=0CEsQpwUoAQ&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.&fp=85b751cffc3c7

292&biw=1366&bih=624

Utilidades

Conociendo la herramienta!

Doble clic sobre el icono de ejecucin que est en el escritorio.

Ejecucin del programa. Figura 1.

Figura 1. Pantalla inicial de LTSPICE.

A continuacin se muestra un circuito elaborado, un ejemplo de LTSpice se muestra la ruta para

encontrar el archivo.

Clic sobre FILE o Archivo en espaol, enseguida clic en open, enseguida clic en LTC, clic en

LTspiceIV, clic en examples, clic Educational y por ltimo abrir el documento astable. En la

Figura 2 se muestra el archivo ejemplo.

Figura 2. Archivo ejemplo de LTSpice.

Se puede presionar el siguiente botn que se muestra en la Figura 3, para ejecutar la

primera simulacin.

Figura 3. Botn run, inicio de simulacin.

Ingresa a la pestaa de window y despus da clic TileVerticall, el rea de simulacin se

encuentra mejor distribuida. La figura 4 muestra la nueva distribucin.

Figura 4. Distribucin del rea de simulacin.

Si se acerca el puntero del mouse a una lnea del circuito se nota como cambia por un

smbolo parecido a la punta de un multmetro como se muestra en la figura 5.

Figura 5. Punta de multmetro de LTSpice.

En la figura 6 se muestra la toma de medida marcada en la imagen con un

Figura 6. Curva de Voltaje del nodo R3.

As al acercar el puntero en diferentes puntos podrs apreciar las diferentes curvas de voltaje. En

la figura 7 se puede observar dos trazos de voltaje en una misma grfica.

Figura 7. Trazos de voltaje de diferentes nodos.

Figura 7. Grfica de diferentes nodos.

Acaso se podr observar el trazo de cada curva de voltaje en una grfica

independiente? Se sita el puntero sobre la grfica de la primera curva que se haya trazado, enseguida dar

clic derecho y seleccionar la opcin Add Plote Pane.

Hacer clic derecho sobre el nuevo plano, sobre el circuito colocar nuevamente el puntero

del mouse, sobre el nodo en el cual se desea observar la curva de voltaje de manera

individual. En la figura 8 se muestran las grficas por separada en el plano.

Figura 8. Grficas individuales de cada nodo.

Si ingresamos a la pestaa View-> SPICE Netlist, aparece una lista que se encarga de dar la

ubicacin y nombre de cada Nodo.

Figura 9. Lista de componentes y nodos de la simulacin.

Cmo borrar una grfica de Voltaje o Corriente del plano?

Para borrar una curva de voltaje, damos clic sobre la grfica en cuestin, presionar F5,

aparece un smbolo en forma de tijeras.

Utilizar las tijeras para dar clic sobre el nombre del nodo.

Se recorta el trazo, en este caso Nodo que no se necesite.

Ejemplo 1. En el plano de la figura 10 se tienen 3 grficas.

Figura 10. Ejemplo de cmo borrar una grfica de voltaje.

Al hacer clic con las tijeras en V(n003), la curva roja desaparece de la grfica como se muestra en

la figura 11.

Figura 11. Ejemplo de cmo borrar una grfica.

De esta forma podemos tener una grfica con diferentes trazos, es decir diferentes curvas

de voltaje.

Cambiar los colores de los trazos de voltaje es simple, basta con dar clic derecho sobre el

nombre del nodo V(n001), y desplegar la paleta de colores para escoger el de preferencia.

En la figura 12 se observa el cambio de color.

Y de esta manera podemos asignar diversos colores a las curvas de voltaje.

Figura 12. Cambio de colores a las grficas.

Tiempo de simulacin

Observando cada grfica vemos que la simulacin llega hasta los 25 ms, Cmo cambiar el tiempo

de simulacin?

En la pestaa Simulated -> luego -> Edit Simulation Cmd.

Cambiar el rango de 25 ms por el rango de 100ms.

Listo!!!

En la figura 13 se observa el nuevo rango.

Variar la altura del eje Y

Clic derecho sobre el plano o grfica sobre el que se va a variar el eje Y.

Clic en Manual Limits

Figura 13. Rango de simulacin sobre el eje del tiempo.

Para cambiar el rango de simulacin sobre el eje Y, en este caso rango de voltaje. Se sita el cursor

sobre la grfica, das clic derecho y en la siguiente ventana escoges Maual Limits.

En la figura 14 podemos observar la ventana que nos permite variar los valores de los rangos

segn la simulacin correspondiente.

Figura 14. Rango de lmites de en X y Y.

En la figura 15 se aprecia el cambio de rango en la grfica de voltaje.

Figura 15. Rangos de voltaje, especficos.

Se cambia el valor de 5v a 10v.

Dibujando el Primer Circuito

Para dibujar el primer circuito se necesita una nueva

hoja de trabajo en LTSpice, por tanto se abre un nuevo documento

en la siguiente ruta. En la barra de herramientas de LTSpice en la pestaa

File-> New schematic. Se tiene un nuevo proyecto de trabajo ya que el cursor adopta la

siguiente forma en el rea de trabajo de la figura 16.

Figura 16. rea de trabajo de LTSpice.

Esta es la forma que

adopta el cursor, para

dibujar un circuito.

Todo programa cuenta con comandos o combinaciones de teclas que resultan tiles en

demasa al elaborar un proyecto, por tanto se observan algunas teclas claves. Se cuenta con

una barra de herramientas, la cual contiene elementos bsicos de un circuito:

Resistencia, tierra, capacitor, inductancia, compuertas lgicas etc.

Ejercicio. Elegir un elemento y rotarlo constantemente 90.

CTRL + R = ROTACIN DEL ELEMENTO 90

Estas teclas nos permiten orientar los elementos en el esquema de manera apropiada.

Figura 17. Circuito ejemplo, de elementos rotados.

Rotar un elemento en un circuito permite ubicarlo de manera adecuada, con la finalidad de

obtener un grfico de circuito ms explcito.

Para enfatizar la combinacin de teclas CTRL + R, se dibuja un circuito pasa-bajo de la figura 18.

Hubo un error en la seleccin de un elemento? Cmo borrar ste elemento que no se requiere?

Presiona la tecla F5, aparece el cursor en forma de tijeras y con este cursor se puede cortar el

elemento. Las tijeras tambin se ubican en la barra de herramientas, la figura 18 muestra el cono.

Figura 18. cono en forma tijeras.

Es probable que algn elemento haya quedado mal colocado, podemos utilizar la siguiente

herramienta que esta en la barra de herramientas para mover el elemento o puedes presionar la

tecla F7 as se puede utilizar el cono de la figura 19.

Figura 19. cono en forma de mano.

Se puede abarcar el elemento automticamente para poder cambiarlo de lugar para una

ubicacin ms concreta.

Presionar la tecla Esc , el cursor a la normalidad.

Para conectar los elementos que se han colocado en el plano de trabajo se utiliza el lpiz mostrado

en la figura 20, es de notar que el recorrido del lpiz es trazado a travs de reglas. Se utiliza de la

siguiente forma dar clic en el cono de lpiz, se puede observar que se ha seleccionado porque

aparece una especie de plano cartesiano con lneas punteadas.

Figura 20. cono en forma de lpiz.

Figura 21. Forma del cursor lpiz.

Lneas punteadas,

indicacin de uso de

lpiz.

Para efectuar el primer trazo dar clic en los extremos de algn componente donde se encuentran

los cuadros:

Si se necesita un trazo extra, basta con dar un clic para marcar la nueva ruta:

Figura 21. Ejemplos de trazos de un lpiz en un circuito.

Dar clic en este punto, y

arrastrar el mouse hasta un

nuevo cuadro.

Tipo de trazo que

se marca al hacer

clic.

Dnde encuentro una fuente de voltaje, o un transistor? El siguiente cono en la barra de

herramientas que se muestra en la figura 22 proporciona una amplia lista de componentes que

podemos necesitar, entre ellos fuentes de voltaje, capacitores, transistores etc.

Figura 22. cono de los componentes en LTSpice.

Al dar clic en ese icono se muestra en pantalla la siguiente lista de componentes:

Se puede buscar el elemento electrnico que se necesita con esta lista.

Recuento de los pasos:

Nueva hoja de proyecto.

Seleccionar los elementos que se necesitan

Cortar, mover y modificar nuestros elementos de circuito

Primer circuito pasa-bajos dibujado.

Ha llegado a su final la parte introductoria a LTSpice de ahora en adelante se requiere una mayor

familiarizacin con el simulador. Se realizarn a continuacin diferentes prcticas, con la finalidad

de familiarizarse con el simulador.

EJERCICIOS DE PRCTICA

Se platean a continuacin diez ejercicios que facilitan la familiarizacin con el simulador, existen

detalles que hacen de su conocimiento caractersticas con las cuales cuenta el simulador.

Ejercicio 1.- Anlisis de Barrido de CD

Instrucciones:

a) Dibuja a continuacin el siguiente circuito en LTSpice. No olvides colocar las etiquetas de

los nodos y nombrar la fuente de voltaje.

b) En la barra de herramientas hay una pestaa llamada simulate y una pestaa llamada

Edit Simulate Cmd.

c) El men Edit Simulate Cmd, despliega una ventana con la siguiente informacin que se

conforma de 4 pestaas para escoger un tipo de simulacin en especfico, en este caso el

tipo de simulacin ser DC sweep.

A continuacin se indica lo que cada seccin significa:

Type of Sweep: Existe varios tipos de barridos en este caso se utiliza en modo Lineal.

Start Value: Es el valor en el cual inicia la simulacin de barrido.

Stop Value: Valor dnde termina el barrido de la simulacin.

Increment: ste valor indica en que medida va incrementando el valor de la fuente de voltaje.

Los valores que se observan que se utilizan para ste ejercicio son los siguientes:

d) A continuacin se ejecuta la simulacin, al dar clic sobre la grfica de las seales a apare

un men adicional llamado Plott Settings.

La etiqueta en los nodos es para distinguir que Nodo de DC deseas graficar, se ha seleccionado el

nodo de V1, para el ejercicio se ejecuta la simulacin con los nodos V1, V2 y V3.

Ejercicio 2.- Curva caracterstica del transistor, modelo ideal

A continuacin se realiza un ejercicio de la curva caracterstica del transistor ideal. Instrucciones:

a) Dibuje en el LTSpice el siguiente circuito.

b) Edite la simulacin para lograr que el transistor conduzca a partir de 0.7 Volts.

c) Recuerde que puede editar los parmetros en los cuales inicia la simulacin para que observe

cundo comienza a conducir el transistor:

Ejercicio 3.- Curvas de Corriente del transistor

a) Dibuje el siguiente circuito en LTSpice.

b) El parmetro de simulacin cuenta con la siguiente condicin, dos fuentes a graficar con sus

respectivos datos.

c) Grfica de las corrientes de Colector del transistor.

Ejercicio 4.- Mxima transferencia de Potencia

Se sabe que la mxima transferencia de potencia se logra cuando la resistencia de thevenin es

igual a la resistencia de carga.

a) Dibuje el siguiente circuito en LTSpice. Etiqueta el nodo de entrada y salida.

b) La resistencia R2 ser un valor variable, ya que se busca variar esta resistencia para

encontrar cundo se transfiere la mxima potencia.

El valor de la resistencia R2 se escribe en la casilla como {RVAL}.

Falta editar un comando para que R2 tome diferentes valores durante la simulacin. En el men

edit elige el SPICE Directive, y se redacta a continuacin el siguiente comando y su parmetro, es el

lmite al que llegar el valor de la resistencia R2.

Se edita los rangos de incremento de la resistencia R2, nuevamente en el men Edit en la pestaa

SPICE Directive y se redacta el siguiente comando:

Y por ltimo se edita el tipo de simulacin que se requiere para ste ejercicio. En el men

Simulate, en la pestaa Edite Simulate y se escoge el tipo DC op pnt. Coloque el comando de

simulacin, donde guste.

c) Al ejecutar la simulacin, se requiere el valor de la potencia en R2 por tanto, se ejecuta la

simulacin, y enseguida en el men Plot Settings en la pestaa Add Trace, se ejecuta la

operacin de voltaje y resistencia para dar como resultado la potencia.

d) El valor de la potencia se muestra en la siguiente grfica, es el mximo valor que logra

alcanzar. Por qu en 450 se logra el mximo valor de la potencia?

Ejercicio 5.- Seal cuadrada de Voltaje

Las seales cuadradas tienen diferente fines en la electrnica, funcionan en demasa en la

electrnica digital, para enviar informacin, en compuertas, como pulsos de reloj etc.

a) Dibuje el siguiente circuito en LTSpice, no olvide colocar las etiquetas de los nodos.

b) Se configura el tiempo de simulacin, en el men Simulate en la pestaa Edit Simulation

Cmd se selecciona el tipo Transient, se editan los campos de tiempo de inicio y fin de la

simulacin.

c) Es hora de dar valor al pulso, dar clic derecho sobre la fuente de voltaje del circuito y dar

clic en la pestaa advanced, seleccionar la opcin de Pulse.

Vinitial[V]: Es el valor dnde comienza la simulacin.

Von[V]: Es el tiempo en cual se mantiene activo el pulso.

T delays[s]: Es el valor del retardo.

Trise[s]: El valor de subida del pulso, para obtener un pulso cuadrado es recomendable que el

valor sea mucho menor que 0.1ms.

Tfall[s]: El valor de subida del pulso.

Tperiod[s]: Es el tiempo que dura el perodo.

La grfica del pulso es la siguiente:

Ejercicio 6.- Diodo Zener y Regulador de Voltaje.

Un diodo zener se evala en sta prctica con una carga variable, para la resistencia

Podemos utilizar LTSpice para evaluar las caractersticas de regulacin de voltaje de un diodo zener para una

carga variable. Si consideramos el circuito de la figura de abajo, nos podemos preguntar: Para qu valor de la

resistencia de carga RL el zener deja de regular y cae su tensin hasta 4.6V?

Ejercicio 7.- Circuito Pasa-bajos

Se utiliza un anlisis de Bode para ste ejercicio, el objetivo es ver qu pasa durante un barrido en

frecuencia. La respuesta en frecuencia se observa con las herramientas de LTSpice.

a) Dibuje el siguiente circuito en LTSpice.

El circuito deja pasar nicamente frecuencias bajas, de ah el nombre. Se observan dos

caractersticas del circuito:

Frecuencia de corte: La frecuencia a la que la amplitud cae 3dB o en un factor de 0.707.

Pendiente de cada: La razn a la que decrece la amplitud expresada en dB por dcada (dB/dec).

b) Configure el valor de la fuente al dar clic en la pestaa Advanced.

c) En el tipo de simulacin se edita para que sea de AC adems de rellenar los campos sobre

los que se har el barrido de frecuencia.

El barrido en frecuencia comienza en 1Hz hasta llegar a 10KHz y son 100 puntos por cada dcada.

d) Repaso para entender la simulacin:

La grfica de Bode es de magnitud y fase contra la frecuencia. En ste ejercicio no

es prioridad calcular la ganancia como tradicionalmente se hace con los ejercicios

de Bode.

Se utiliza una fuente de 1V (por tanto 20log(Vout)= 0dB)por conveniencia,

recuerda que y fase de 0.

Con los cursores se pueden medir los datos que sean necesarios.

e) La grfica de Bode del circuito Pasa-Bajos.

Ejercicio 8.- Curva caracterstica del Diodo.

Se emplea una simulacin de LTSpice para entender las propiedades bsicas del diodo.

a) Dibuje el siguiente circuito en LTSpice. No olvide etiquetar los nodos.

b) Editamos el tipo de simulacin que se usa. Que es el barrido en corriente directa.

c) Al ejecutar la simulacin, en el men Add trace seleccionamos la corriente ID.

El diodo comienza a conducir en la zona cercana a los 0.7V.

Ejercicio 9.- Anlisis de Fuorier.

El anlisis de Fourier permite viajar del plano del tiempo al plano de la frecuencia que es

un tiempo complejo, mediante LTSpice podemos analizar un circuito. Cuando las seales son

peridicas, en el plano de la frecuencia las componentes estn relacionadas, son mltiplos de la

frecuencia fundamental.

a) Recuerda que:

En la transformada discreta de Fourier existe la posibilidad de resolverla media la

transformada rpida de Fourier.

Se calcula la transformada de Fourier.

b) Edita el tipo de simulacin como transitoria.

c) Se utilizan 50 armnicos y el valor de la frecuencia central ser 1KHz, para ello se utiliza el

siguiente comando.

d) Grfica del voltaje de entrada y salida.

e) Grficas en el plano de la frecuencia, dar clic derecho sobre el plano y en la pestaa view,

selecciona FFT.

f) Seleccionar Vin y Vout. Cada simulacin arroja un archivo .log que cuenta con informacin

de la simulacin.

g) El archivo .log, arroja datos de la simulacin. Esta localizado el archivo en el lugar donde se

guarda la simulacin de LTSpice.

Prctica 1

El amplificador operacional es una parte bsica para una amplia gama de circuitos que se pueden

formar con ste integrado, LTSpice cuenta con amplificadores operacionales, pero entre sus

lneas no se encuentra el LM741. El proceso para solucionar este inconveniente es agregarlo

manualmente.

1.- Crear una cuenta de correo electrnico en Yahoo.

2.- Ingresar a la pgina de internet del siguiente enlace:

http://tech.groups.yahoo.com/group/LTspice/

3.- Ingresar al grupo de trabajo.

4.- Teclear el usuario y contrasea de Yahoo, para acceder al grupo.

5.-Una vez dentro de la pgina dar clic en Files.

6.- A continuacin Files->Lib->LM741.

7.- Descargar el .zip que aparece con el nombre de LM741.

8.- Extraer el contenido de la carpeta LM741.zip.

9.-Los dos archivos del centro son los que interesan para el ejercicio, el archivo .mod se copia y se

pega en la siguiente ruta:

[Nota: Al abrir las propiedades del archivo, se etiqueta si es .mod o .asy]

10.- El archivo .asy se coloca en la siguiente ruta:

Respectivamente son el smbolo y el modelo del LM741, agregados a la librera de LTSpice, si se

busca en la seccin de amplificadores operacionales, se observa que ya est incluido el LM741.

De esta forma se pueden agregar componentes al simulador, diodos, transistores, fets, el detalle

ser encontrar en existencia el .asy y .mod.

Prctica 2 Amplificador de Voltaje

Los circuitos electrnicos pueden dividirse en dos categoras generales: circuitos lineales y circuitos no

lineales y digitales. Los filtros y los amplificadores son ejemplos de circuitos lineales, mientras que los

elementos de memoria y los lgicos pertenecen a la categora de circuitos digitales. [1]

Un circuito lineal suele ser aquel que recibe una seal de entrada y entrega la misma seal a la salida slo

que amplificada, depende la seal de entrada se puede observar un cambio en fase a la salida, pero no

cambia la esencia de la funcin. El diagrama a bloques 1 muestra la seal lineal.

Diagrama 1.- Funcin de transferencia.

De cursos anteriores se sabe que un circuito lineal es aquel que recibe una seal F (t) y entrega a la

salida una seal AF (t), donde A es un factor amplificador, la seal de salida puede variar en fase,

slo la funcin original estara desplazada o adelantada en el tiempo.

Este es el circuito de la figura 23. Se observa un circuito emisor comn, los clculos del anlisis en

frecuencias medias y en corriente directa, no s explican debido a que pertenece a otro curso.

F (t) A F (t) A H (t)

Figura 23. Ejercicio 1, correspondiente a la prctica 1.

El voltaje de entrada etiquetado como V(vin) se muestra en la grfica 1 en color rojo, el voltaje de

salida esta etiquetado como V(vo) y se muestra en la grfica en color azul, se puede apreciar que

la grfica de salida es la misa seal de entrada Vin, slo que amplificada en un factor de A.

Grfica 1. Voltaje de entrada contra el voltaje de salida.

Se podr facilitar el diseo de un amplificador de voltaje?

S, los amplificadores operacionales ofrecen una versatilidad mayor al ser un circuito integrado, ya

que stos son ms precisos y de mejor calidad. En la figura 24 se muestra un amplificador de

Voltaje.

Figura 24. Configuracin del integrado LM741 para amplificar voltaje.

En la grfica dos se muestra la amplificacin del voltaje a la entrada del circuito en la figura 24,

cabe sealar que la configuracin es mucho ms sencilla que en la configuracin con el transistor.

Grfica 2. Amplificacin de Voltaje, la seal de entrada se muestra en color caf, mientras que la

salida ocupa un color azul, la amplificacin de voltaje, es diez veces su valor.

La amplificacin de voltaje ocurre en 10 veces debido a la ecuacin que se muestra a continuacin.

En la grfica se nota el desfase de la seal en 180, en la seal en color azul.

Cul ser el valor de la frecuencia a la que est operando el amplificador de voltaje?

Cmo utilizar los cursores para medir la frecuencia o la amplitud de voltaje, de la seal de

ganancia?

1.- Situar el cursor sobre el nombre de la seal. Cmo se muestra en la figura 25.

Figura 25. Nombre de la seal, en posicin del cursor.

2.-Al dar dos veces clic sobre el nombre de la seal, aparecern un par de cursores, como los de un

osciloscopio normal. Los cursores se enumeran la moverlos (1 y 2) para saber cul es el cursor que

se est utilizando cmo se muestra en la figura 26.

Figura 26. Cursores

3.- Se procede a tomar medidas, de voltaje y frecuencia, mientras se mueven los cursores, en el

recuadro de la esquina inferior izquierda, se van tomando las medidas, de frecuencia y voltaje,

segn la posicin de los cursores, como se muestra en la figura 27.

Figura 27. Toma de medidas, en el amplificador de Voltaje.

De sta forma se pueden recabar los datos que se necesitan, como voltaje o frecuencia de

cualquier funcin.

[Vale ms saber alguna cosa de todo, que saberlo todo de una sola cosa. Blaise Pascal]

Prctica 3

Osciladores

Puede la corriente continua producir ondas sinusoidales usando alguna configuracin

electrnica?

Los osciladores son circuitos electrnicos capaces de generar una onda sinusoidal que trabaja a

una frecuencia , estos circuitos se pueden implementar de muchas formas, algunas de las

aplicaciones ms comunes.

Generador de frecuencias.

Sintonizadores de radio.

Relojes automticos.

Como generadores de barridos en los extintos tubos de rayos catdicos de las TV.

Para sta prctica se realizaran algunos tipos de osciladores.

a) Oscilador Colpitts

Contiene un circuito tanque.

Genera frecuencia de alta calidad.

Ocupa un divisor de tensin entre y .

Su estabilidad es superior al del oscilador Hartley.

La retroalimentacin a ste circuito llega a travs de .

La figura 27 muestra el circuito oscilador Colpitts, de sta prctica.

Figura 28. Oscilador Colpitts.

La grfica 3 muestra la resonancia del circuito.

Grfica 3. Oscilacin del circuito Colpitts.

A continuacin se muestra el valor de la frecuencia a la cual oscila el circuito, se muestra en la

figura 29.

Figura 29. Valor de la Frecuencia de oscilacin del circuito.

El valor de la frecuencia del oscilador Colpitts de la figura 29 es de 1.93.83 MHz.

A continuacin un ejemplo ms de un Colpitts, la figura 30, muestra el circuito.

Figura 30. Oscilador Colpitts, ejemplo 2.

En la grfica 4 se muestra la frecuencia de oscilacin del circuito.

Grfica 4. Medidas de frecuencia del oscilador de la figura 30.

Las ecuaciones para calcular el valor del capacitor y la frecuencia de oscilacin son las siguientes:

De esta forma se puede balancear la ecuacin para encontrar una frecuencia fijay los respectivos

valores de capacitor e inductor.

b) Oscilador Hartley

Es sencillo variar su frecuencia de oscilacin.

Contiene dos inductores.

La amplitud del voltaje de salida es constante.

No es una sinusoidal pura en su forma de salida.

Utiliza condensadores de acoplo.

Contiene un circuito tanque.

En la figura 31 se aprecia el armado del circuito para la simulacin del circuito oscilador.

Figura 31. Circuito oscilador Hartley.

La oscilacin del circuito Hartley se muestra en la figura 32.

Figura 32. Oscildor Hartley.

Grfica 5. Oscilacin del circuito Hartley.

En la grfica 6 se toman las respectivas medidas del circuito hartley de la figura 31.

Grfica 6. Frecuencia de oscilacin del Hartley su valor 9.0767KHz.

Las ecuaciones correspondientes al anlisis del circuito Hartley son las siguientes:

Y la frecuencia de oscilacin se calcula de la siguiente forma:

c) Oscilador de Desplazamiento de fase.

A costa de un nmero mayor de componentes, tiene una mejor estabilidad.

En su estructura ms sencilla cuenta con un solo amplificador operacional.

Cuenta con un amplificador de ganancia negativa, lo que desplazar la fase 180.

Este circuito es desplazado en fase 180 por el circuito RC, por tanto el desplazamiento

total es de 360.

En la figura 33 se muestra el circuito por desplazamiento de fase.

Figura 33. Circuito oscilador por desplazamiento de fase.

En la grfica 7 se muestra la oscilacin del circuito, sta es la oscilacin de desplazamiento.

Grfica 7. Seal que presenta el circuito de la figura 33.

En la siguiente grfica se toma la medida de la frecuencia que arroja el circuito de oscilacin de

desplazamiento de fase.

Grfica 8. Valor de la frecuencia de 2.84KHz del circuito de la figura 33.

[No creo que haya alguna emocin ms intensa para un inventor que ver alguna de sus

creaciones funcionando. Esa emocin hace que uno se olvide de comer, de dormir, de todo.

Nikola Tesla]

Prctica 4

Amplificadores de Potencia

Un amplificar es una configuracin electrnica que permite llevar diferentes seales de entrada a

una amplitud superior, es decir logra convertir una seal de entrada en una seal con una

potencia nueva, debido al cambio de amplitud.

Y cul es la utilidad de un amplificador o para qu sirve?

- En un principio fueron utilizados para operaciones bsicas en ordenadores lgicos, stos

realizaban suma, resta, multiplicacin, derivacin e integracin (amplificadores

operacionales).

- Una fuente de alimentacin cuenta con un amplificador.

- Un convertidor analgico-digital seguro tiene uno.

- Un amplificador de audio.

Los amplificadores de potencia estn diseados para generar valores elevados de potencia debido

a que trabajan normalmente a la entrada con seales muy dbiles, suelen ocuparse en

micrfonos, altavoces, instrumentos musicales etc etc.

Para sta prctica se maneja 4 tipos de amplificadores de potencia clase A, clase B, clase AB y clase

C, se abordan los amplificadores antes mencionados en el respectivo orden.

Amplificador clase A

Las caractersticas de ste amplificador fueron mencionadas en la prctica 1, sin embargo a

continuacin el siguiente apartado se hablara sobre las ventajas prcticas que tiene esta

configuracin electrnica:

- Es una fiel copia de la seal de entrada.

- No sufre distorsin en la forma de onda.

- La mxima potencia se logra cuando coincide el punto de la recta de carga.

- Esa ser la mxima amplitud de potencia lograda.

En la figura 34 se muestra un amplificador clase A. las condiciones de ganancia se muestran en la

grfica 9.

Figura 34. Amplificador de potencia clase A.

Grfica 9. Ganancia en voltaje del amplificador clase A (13Volts).

Amplificador clase B

Slo amplifica medio ciclo de la seal de entrada, es decir un transistor est en activa mientras que

el otro est en corte y viceversa, no hay una parte en la que ambos transistores estn en activa.

La ganancia en voltaje no es el fuerte ni prioridad en este modelo, ya que la amplificacin en

voltaje casi es igual a la seal de entrada, mientras que la amplificacin de corriente, es la razn de

este transistor.

Los transistores que se utilicen en la configuracin deben ser totalmente complementarios, uno es

npn y el otro es pnp.

En la figura 35 se muestra el amplificador complementario en modelo ideal.

Figura 35. Amplificador clase B, para complementario.

Se realiza a continuacin el siguiente ejercicio:

1.- Desconectar el transistor npn del circuito de la figura 35 y tomar medidas de voltaje.

Figura 36. Ejercicio, desconectando el NPN.

En la grfica 10, se muestra el valor de la seal de voltaje. Sin el transistor pnp.

Grfica 10. Ejercicio, sin conectar el transistor pnp.

Se observa el cambio en la seal de voltaje haciendo Zoom como se muestra en la grfica 11.

Grfica 11. Cambio en la curva de voltaje (distorsin de cruce).

2.- Se realiza exactamente el proceso pero con el transistor npn de la figura 35.

Figura 37. Ejercicio de simulacin sin el transistor npn.

En la grfica 12 se aprecia el comportamiento de la seal de voltaje, sin el transistor npn, no es

sorprndete el comportamiento de la seal.

Grfica 12. Ejercicio de simulacin sin el transistor NPN.

En la grfica 13, se aprecia la distorsin de voltaje que se forma en el amplificador.

Grfica 13. Distorsin de la grfica de voltaje de salida, del transistor de cruce NPN.

A continuacin se muestra un ejercicio ms, en el cual se muestra la distorsin del circuito en el

cruce entre el NPN y PNP hacia la zona de corte. Figura 38.

Figura 38. Cambio en la transicin entre la zona de corte y activa de los transistores.

A continuacin se muestra un diseo de un amplificador de simetra complementaria. El cul tiene

una ganancia limitada en voltaje, es decir es aproximadamente la mitad de la seal de entrada, sin

embargo la ganancia en corriente es elevada en el diseo de la figura 39.

Figura 39. Amplificador de simetra complementaria (clase B).

La seal de voltaje de este amplificador se encuentra en la grfica 14, la amplificacin de voltaje

apenas llega a la mitad de la seal de entrada.

Grfica 14. Seal de voltaje del amplificador de simetra complementaria.

La ganancia en voltaje apenas y llega a la

Mitad de la seal de entrada.

La ganancia en corriente se muestra en la grfica 15, es grande en comparacin a la de voltaje.

Grfica 15. Ganancia en corriente del diseo de simetra complementaria.

La ganancia en corriente es muy elevada en comparacin con la ganancia en voltaje.

Una imagen ms de la misma grfica 15.

Amplificador C

Slo amplifica en valores mayores a los 0.7 V, tiene un ngulo de conduccin menor a los 90, ste

amplificador rectifica slo la mitad de la seal de entrada, lo que hace parecer que la seal parece

de una rectificacin de onda.

Como complemento al amplificador clase C suele agregarse un filtro pasa-bajo para que slo deje

pasar la seal que importa, su ventaja principal es que genera altas ganancias de potencia, el

detalle sera la no linealidad y la forma de onda distorsionada ya que limita las aplicaciones del

mismo.

La figura 40 se aprecia la configuracin electrnica del circuito clase C.

Figura 40. Amplificador clase C, configuracin electrnica.

La seal de salida del voltaje se encuentra en la grfica 16, se muestra la amplificacin de voltaje

de un solo ciclo de la seal.

Grfica 16. Amplificacin clase C slo la mitad del ciclo es relevante.

ste amplificador no sirve para audio, tiene muchas desventajas, la distorsin de la seal de

entrada, la rectificacin que entrega a la salida, son cosas que no se requieren para FM o PM etc.

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Prctica 5

Componentes Electrnicos para RF

Hemos hablado de las caractersticas electrnicas de los amplificadores RF pero, qu tipo de

transistores se pueden utilizar para un diseo de RF?Cmo identificarlos del resto de los

transistores?Cmo saber para que se utiliza cada uno?

Uso general

stos transistores son de silicio y germanio, son utilizados para amplificar seales de baja

frecuencia, normalmente empiezan con la denominacin 2N.

RF

Son de pequeas dimensiones, trabajan con seales dbiles y de alta frecuencia, stos comienzan con las letras BC y BF los ms comunes son BF494, BF254 y BF495.

Potencia Son fciles de distinguir por las grandes carcazas metlicas como el 2N3055 y el AD149, para stos transistores se necesitan disipadores de potencia.

Varias pginas de internet proporcionan el archivo .sp3, es decir el modelo del dispositivo electrnico para LTSpice. sta pgina de internet proporciona varios modelos, sin embargo en google buscando el archivo con la extensin .sp3 es fcil localizar varios modelos.

http://www.onsemi.com/PowerSolutions/home.do

Ejercicio.- En el siguiente enlace busque informacin en el buscador acerca del siguiente transistor.

http://www.onsemi.com/PowerSolutions/home.do

Escriba 2N6488 en el buscador, la pgina de internet arroja varios apartados.

En la seccin de Documents dar clic y entre los archivos buscar el archivo .SP3

La pgina de internet entrega el archivo .SP3

Se copia el texto y se guarda en un bloc de notas con la extensin .SP3 en la extensin de los

archivos selecciona todos los archivos, para guardar el archivo con las extensin mencionada.

Se crea una carpeta llamada SpiceModels en la siguiente ruta:

El archivo que se gener se agrega en la ruta:

En el simulador de LTSpice se selecciona un transistor NPN, al dar clic derecho sobre el transistor

escriba el modelo 2N6488.

Falta agregar la ruta que tiene que seguir LTSpice para encontrar el modelo del transistor, esto se

logra mediante un comando que indica la direccin a LTSpice.

Y al ejecutar la simulacin, el transistor del modelo que se requera fue agregado correctamente.

Conclusiones

El manual es una introduccin a la gran gama de funciones que contiene el simulador LTSpice, es

una herramienta muy poderosa capaz de formar diseos propios o introducir circuitos que no

vienen incluidos en el simulador; es factible formar diseos y formar mdulos para formar un

circuito ms complejo.

No comprende clculos ni explicaciones de los circuitos ya que los trminos de los cules se habla

han tenido en su mayora su propio curso para ser explicados.