REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA

NÚCLEO ARAGUA, SEDE MARACAY

INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES

PRÁCTICA 1

AMPLIFICADOR MULTIETAPA CON ACOPLAMIENTO DIRECTO

INFORME PRESENTADO POR:

-FLORES ANGELICA CI: 19.604.215

-GOZALEZ YOJAN CI: 19.136.067

SECCION TED-703

Maracay, 05 de mayo de 2010

AMPLIFICADOR MULTIETAPA CON ACOPLAMIENTO DIRECTO

Objetivo de la Práctica

El objetivo de esta práctica es estudiar un amplificador de dos etapas inversoras BJT npn

con acoplamiento directo, enfrentarse al problema del apilamiento de voltaje y resolverlo,

implementando las técnicas disponibles.

Síntesis Teórica

Como Multietapas denominamos a todos aquellos dispositivos amplificadores que se

encuentran constituidos por más de un elemento activo amplificador o etapa amplificadora,

vale decir que en dichos amplificadores debe encontrarse necesariamente un acoplamiento

entre transistores (tanto bipolares como unipolares o una combinación de estos).

A este nuevo tipo de dispositivos amplificadores se los suele clasificar de acuerdo al tipo de

circuito de acoplamiento que utilicen en: Amplificadores de Corriente Continua por un

lado, en Amplificadores que no amplifican la frecuencia cero y en aquellos que emplean el

Optoacoplamiento. Dejando de lado a los que emplean optoacopladores, en el primer grupo

recién definido se utilizan circuitos de acoplamiento directo (que acoplan C.C. y señal

simultáneamente), mientras que en los restantes, principalmente en bajo nivel y bajas

frecuencias se utiliza el llamado acoplamiento a resistencia-capacidad (o acoplamiento a

RC).

El acoplamiento capacitivo entre etapas, que en lo precedente se ha utilizado y justificado

ampliamente para conectar Cargas o Excitadores a la etapa amplificadora, si bien presenta

la ventaja de permitir independizar las condiciones operativas de C.C. respecto al resto del

circuito acoplado, presenta el inconveniente de una disminución de la ganancia a medida

que bajan las frecuencias de operación debido a la limitación práctica de lograr capacitores

tan altos como para permitir el paso de la frecuencia cero.

En tanto que dos amplificadores están acoplados directamente si la salida del primer

amplificador se conecta en forma directa a la entrada del segundo sin utilizar capacitores.

La salida en AC de la primera etapa está superpuesta con el nivel de DC estático de la

segunda etapa. El nivel de DC de la salida de la etapa anterior se suma al nivel de DC de

polarización de la segunda etapa. Para compensar los cambios en los niveles de

polarización, en amplificador utiliza diferentes valores de fuentes de tensión de DC en lugar

de una fuente de Vcc sencilla.

El acoplamiento directo se puede utilizar de manera efectiva al acoplar en amplificador

Emisor Comun a uno Emisor Seguidor. El amplificador acoplado directamente tiene una

buena respuesta en frecuencias pues no existen elementos de almacenamiento en serie (es

decir, sensibles a la frecuencia) que afecten la señal de salida en baja frecuencia.

En un gran número de aplicaciones no reviste importancia la información que puede

hallarse contenida entre la frecuencia cero y el límite inferior de frecuencias a partir del

cual el acoplamiento a RC puede ser efectivo, en tanto que el hecho de mantener

independizadas a las componentes estáticas de cada parte o etapa acoplada hace sumamente

ventajosa la utilización de este tipo de configuraciones amplificadoras denominadas en

general como Multietapas con Acoplamiento de Alterna.

En cuanto a los amplificadores de continua puede anticiparse una muy importante

desventaja respecto de los anteriores en cuanto a que cualquier desplazamiento de las

componentes de reposo de una etapa previa (debido a una variación térmica por ejemplo) es

amplificado por las etapas posteriores a causa del mismo tipo de acoplamiento y puede

llegarse a producir una operación en el corte o en la saturación en las etapas finales de la

cadena. También es muy importante la ventaja ya que un buen número de aplicaciones

requiere que el amplificador procese linealmente a las componentes de C.C.

En este trabajo estudiaremos a ambos tipos de circuitos amplificadores multietapa,

dedicándose con mayor énfasis al estudio de aquellos con acoplamiento directo, ya que

constituyen la base de la electrónica analógica integrada de actualidad.

Pre-Laboratorio:

- Simule cada uno de los circuitos de la práctica realizando cada una de las

actividades señaladas en el procedimiento mediante la simulación.

Procedimiento:

1. Dado el circuito de la figura, demostrar y verificar en la práctica que Q2 está saturado

por el exagerado valor del voltaje en su base.

2. Calcular el valor de la ganancia de tensión del amplificador, si pudiera funcionar sin

problemas de polarización.

Vo

Vcc10V

+

-Vi

Ci

1uFQ2Q1

R4 2.2k

R5 750R3 750

R2 2.2kR1 750k

Hacemos mallas para hallar las corrientes y el voltaje en Q2

Tomamos β=150 y sabemos que Ic=Ie Ie=Ib(β+1)

-Vcc+VR1+VBE1+VR3=0 Malla I

-Vcc+R1*Ib1+VBE+R3*Ie1=0 Ib1=V cc−V BE 1R1+R3( β+1) Ib1=

(10−0,7)v750kΩ+(151∗750Ω)

Ib1=10,77µA

Ic=β* Ib Ic1=150*10,77µA Ic1=1,62mA

-Vcc+VR4+VBE2+VR5=0 Malla II

-Vcc+R4*Ib2+VBE2+R5*Ie2=0 Ib2=V cc−V BE 2R2+R5 (β+1) Ib2=

(10−0,7)v2,2kΩ+(151∗750Ω)

Ib2=80.55µA

Ic=β* Ib Ic2=150*80.55µA Ic2=12,08mA

-Vcc+VR4+VCE2+VR5=0 Malla III

VCE2= Vcc-VR4-- VR5 VCE2= (10 – 0,17 – 9,6) v VCE2=0,23v

El transistor Q2 está en saturación ya que su tensión colector emisor es aproximada a 0.

3. Calcular el valor de la tensión Zener necesaria para obtener máxima excursión simétrica

de Vo.

4. Determinar también el valor de Rz para polarizar al diodo, tomando en cuenta la

potencia del Zener y que esta modificación no debe influir en la ganancia del

amplificador.

R5 750

R4 2.2k

Q2Vo

Rz

Dz

Vcc10V

+

-Vi

Ci

1uFQ1

R3 750

R2 2.2kR1 750k

-Vcc+VR1+VBE1+VR3=0 Malla I

-Vcc+R1*Ib1+VBE+R3*Ie1=0 Ib1=V cc−V BE 1R1+R3( β+1) Ib1=

(10−0,7)v750kΩ+(151∗750Ω)

Ib1=10,77µA

Ic=β* Ib Ic1=150*10,77µA Ic1=1,62mA

Para tener máxima excursión simétrica Vcc=2VCE VCE2=10v/2 VCE2=5v

-Vcc+VR4+VCE2+VR5=0 Malla II

-Vcc+R4*Ic2+VCE+R5*Ie2=0 Ic2=V cc−V CE2R4+R5 Ic2=

(10−5)v2,2kΩ+750Ω

Ic2=1,69mA

Ib =Ic/β Ib2=1,69mA/150 Ib2=11,29µA

-Vcc+VR2+VDz+VBE2+VR5=0 Malla III

-Vcc+ R2*Ic1+ VDz+ VBE2+ R5*Ie2=0

VDz= (10 – 3,56 – 0,7 – 1,27)v VDz= 4,47v

-Vcc+VR2+VDz +VRz=0 Malla IV

VRz= Vcc-VR2-VDz VRz= (10 – 3,56 – 4,47)v VRz=1.97v

Por aproximación sabemos que por el diodo zener pasa 1mA

IDz=IRz – Ib2 IRz= Ib2+ IDz IRz= 1mA+11,29µA IRz= 1,02mA

Rz=VDz/IRz Rz= 1.97v/1,02mA Rz=1.9kΩ

5. Obtener un valor adecuado para Ra, recalcular todo y verificar los resultados.

-Vcc

Q2

R4 2.2k

R5 750

Rb 2.2k

Ry10k

Rx

10k

Ra

Qb

Qa

Vo

Vcc10V

+

-Vi

Ci

1uFQ1

R3 750

R2 2.2kR1 750k

-Vcc+VR1+VBE1+VR3=0 Malla I

-Vcc+R1*Ib1+VBE+R3*Ie1=0 Ib1=V cc−V BE 1R1+R3( β+1) Ib1=

(10−0,7)v750kΩ+(151∗750Ω)

Ib1=10,77µA

Ic=β* Ib Ic1=150*10,77µA Ic1=1,62mA

VR1= R1*Ib1=8.09v VR2= R2*Ic1=3.56v VR3= R3*Ie1=1,215v

-Vcc+VR2+VCE1+VR3=0 Malla II

VCE1= Vcc - VR2 - VR3 VCE1= (10 – 3,56 - 1,215) v VCE1=5,22v

-Vcc+VR4+VCE2+VR5=0 Malla III

-Vcc+R4*Ic2+VCE+R5*Ie2=0 Ic2=V cc−V CE2R4+R5 Ic2=

(10−5)v2,2kΩ+750Ω

Ic2=1,69mA

VR5= R5*Ic2=1,27v

-Vcc+VR2+VBEa+VRa+VBE2+VR5 =0 Malla IV

VRa = Vcc - VR2-VBea-VRa-VBE2-VR5 = (10-3.56-0,7-0,7-1,27)v = 3,77v

-Vcc+VCEa+VRa+VCEb+VRb-Vcc=0 Malla V

VRb=2 Vcc – 2Vcc/2 - VRa = (20 – 10 - 3,77)v VRb= 6,23v

IRa= IRb= VRb/Rb= 6,23v/2,2kΩ IRa= IRb= 2,83mA

Ra= VRa/IRa = 3,77v/2,83mA Ra=1.3 kΩ

SIMULACION

1. Comprobamos que Q2 esta saturado por el exagerado valor de tensión en su base

Como podemos observar Vce2 es 0.024v lo que nos indica que está saturado por razón de los 4 voltios de su base

Como se aprecia en la figura la ganancia de tensión es Av = V0/Vi, lo que es igual a Av = 14mV/25mV = 0.56

Señal de entrada

Señal de Salida

La señal de salida se ve atenuada en comparación con la de entrada ya que el punto de operación del transistor de salida se encuentra en estado de saturación.

2. Ahora tendremos que tomar en cuenta el valor de tensión del zener

Para que exista máxima simetría el voltaje Vce2 tiene que ser igual a 5 voltios para eso el valor de la resistencia Rz debe ser aproximadamente igual a 2kΩ, y la ganancia nos queda Av = 91mV/25mV = 3.64V

Señal de entrada

Señal de Salida

En este caso si vemos el efecto de amplificación ya que los transistores se encuentran correctamente polarizados y también presenta máxima excursión.

3. El valor calculado para Ra es 1.3kΩ

En este caso tenemo una ganancia de Av = 99mV/25mV = 3.96

Señal de entrada

Señal de Salida

En este circuito la amplificacion es mucho mas eficiente pero sin enbargo es mucho mas costosa. Se nota que la señal de salida se amplifica mucho mas en comparacion con la amplificacion del segundo procedimiento.

Post-Laboratorio:- Compare los valores obtenidos mediante cálculos y simulaciones con los

obtenidos en la práctica. Analice y concluya.

Señal de Entrada para todos los montajes.

1. Primer Montaje

Resultados obtenidos en DC:

Transistor 1 Transistor 2

VCE1= 2,2v VCE2= 0,06v

VBE1= 0,6v VBE2= 0,6v

ICQ1= 3,17mA ICQ2= 3,37mA

Resultado obtenidos en AC:

VEnt=0,14Vp VOut=0,06Vp

Vrms=98,99mV Vrms=42,43mV

Av= VOut/ VEnt Av=42,43mV/98,99mV Av=0,42VSeñal de Salida:

Análisis de Resultados: en este montaje pudimos observar que el transistor de la segunda etapa, la etapa de salida, se encontraba en saturación, lo cual se debe a que el voltaje colector emisor en el transistor Q2 es prácticamente cero. Este hecho trae como consecuencia que la ganancia calculada en el circuito sea casi nula, es decir, que casi no hay ganancia en el circuito estudiado.

2. Segundo Montaje

Resultados obtenidos en DC:

Transistor 1 Transistor 2

VCE1= 1,2v VCE2= 6,9v

VBE1= 0,61v VBE2= 0,58v

ICQ1= 3,31mA ICQ2= 2,85mA

Resultado obtenidos en AC:

VEnt=0,14Vp VOut=0,4Vp

Vrms=98,99mV Vrms=0,28V

Av= VOut/ VEnt Av=0,28V /98,99mV Av=2,85Señal de Salida:

Análisis de Resultados: En este segundo montaje observamos que con la máxima excursión en la etapa de salida la señal de entrada se amplifica a la salida proporcionando en esta ocasión una ganancia significativa en el circuito de este modo se obtiene el efecto deseado ya que lo que se busca en la práctica es lograr observar los efectos del circuito amplificador con acoplamiento capacitivo.

3. Tercer Montaje

Resultados obtenidos en DC:

Q1 Qa Qb Q2Vce=3.02V Vce=5.87V Vce= 6.75V Vce= 8.15VVbe=0.65V Vbe=0.69V Vbe= 0.64V Vbe=0.62V

Ic= 2.31mA Ic=2mA Ic =1.94mA Ic = 0.65mA

Resultado obtenidos en AC:

VEnt=0,14Vp VOut=1,95Vp

Vrms=98,99mV Vrms=1,38V

Av= VOut/ VEnt Av=1,38V /98,99mV Av=13,94

Señal de Salida:

Análisis de Resultados: en esta experiencia pudimos observar que se obtiene una ganancia mas grande que en el segundo montaje, esto es en parte por la contribución que genera la fuente de –Vcc la cual ayuda a mejorar la función de amplificación del circuito.

CONCLUSION

Los amplificadores con acoplamiento directo se puede usar en muy baja frecuencia donde los otros acoples pueden presentar problemas, no existen ningún limite de frecuencias bajas.

Este acople tiene una buena respuesta en frecuencias ya que no existen elementos de almacenamiento en serie que afecten la señal de salida en baja frecuencia. Este acoplamiento se utiliza por lo general en los diseños de circuitos integrados. Una desventaja del acople directo es la estabilidad, ya que cualquier variación DC en una etapa se transmite amplificada a las otras etapas; por esta razón el arreglo de la polarización debe diseñarse para toda la red y no para la etapa por separado. A pesar de poseer la desventaja de apilamiento de voltaje que termina saturando a las etapas finales. Esto se puede corregir, empleando estrategias de desplazamiento o corrimiento de nivel DC como pudimos observar en la práctica anteriormente desarrollada.