modelo de flujo maximo unidad 4 en modelos de optimización de recursos
Circuitos analogicos i
1. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
CONTENIDO
PRESENTACIÓN 4
LABORATORIO I: EL DIODO Y SUS APLICACIONES 5
LABORATORIO II: DIODO ZENER 11
LABORATORIO III: FUENTE DE ALIMENTACIÓN CON REGULADOR 16
LABORATORIO IV: EL TRANSISTOR: ANÁLISIS EN DC Y AC 21
LABORATORIO V: AMPLIFICADORES EN CASCADA 26
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 3
2. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
PRESENTACION
Los circuitos analógicos son el punto de partida para el desarrollo de circuitos más complejos, pues
aquí se estudia el comportamiento de componentes básicos, para luego desarrollar aplicaciones. El
presente módulo se divide en cinco prácticas, que van acorde con la teoría impartida en clase. El
primer laboratorio se refiere al diodo y sus aplicaciones, donde se demostrará el funcionamiento del
diodo y además se dan pautas de rectificación y filtrado. El segundo laboratorio presenta la práctica de
diodo Zener con el objetivo de conocer su funcionamiento y aplicación como regulador. El tercer
laboratorio se refiere a la implementación de una fuente de alimentación con regulador, con el fin de
trabajar con componentes y circuitos desarrollados en laboratorios anteriores. El cuarto laboratorio da
un vistazo al transistor en un pequeño amplificador de señal, aquí se hará el análisis en DC y en AC.
El quinto y último laboratorio presenta dos amplificadores en cascada, para conocer de manera
práctica un circuito multietapa, y un modelo de acople.
El presente módulo de laboratorio tiene como objetivo principal guiar al alumno, a la comprobación
de la teoría impartida en clase de una forma práctica.
El LABORATORIO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES agradece a los
involucrados en el desarrollo del presente módulo y esta llano a recibir críticas sobre el presente trabajo
para su posterior revisión y mejora.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 4
Ing. Segundo Jesús Espinoza P
Aguirre
3. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
LABORATORIO I: EL DIODO Y SUS APLICACIONES
OBJETIVOS
Comprender el funcionamiento del diodo.
Determinar y representar la caracteristica voltamperimetrica de un diodo de unión empleando
medidas de punto por punto.
Realizar una aplicación con diodo, como rectificación de media onda.
Observar los efectos del colocar un filtro a la salida de tensión.
FUNDAMENTO TEÓRICO
El diodo ideal
Es un dispositivo semiconductor (unión p-n, con ánodo y cátodo) no lineal con características
de
corriente contra tensión, como la mostrada en la figura 1.1. Esta característica se conoce como lineal a
segmentos, ya que la curva se construye con segmentos de rectas. Nótese que si se intenta colocar
una tensión positiva (o directa) a través del diodo, la tensión tiende a cero. La pendiente de la curva es
infinita. Por lo tanto, bajo esta condición la resistencia es cero y el diodo se comporta como un corto
circuito. Si se le coloca una tensión negativa (o inversa) a través del diodo, la corriente es cero y la
pendiente de la curva también es cero. Por lo tanto, el diodo se comporta ahora como una resistencia
infinita, o circuito abierto.
Figura 1.1: Curva característica del diodo ideal.
Operación del diodo
La operación del diodo se explica mejor con la curva de la figura 1.2. Conforme la tensión en
directa
aumenta más alla de cero, la corriente no fluye de inmediato, es necesaria una tensión mínima,
denotada por Vγ, para obtener una corriente significativa. Conforme la tensión tiende a exceder Vγ, la
corriente aumenta con rapidez. La pendiente de la curva característica es grande pero no infinita, como
es el caso del diodo ideal. La tensión mínima necesaria para obtener una corriente significativa, Vγ, es
aproximadamente 0.7V para semiconductores de silicio (a temperatura ambiente) y 0.2V para
semiconductores de germanio. Para diodos de galio, Vγ es aproximadamente 1.2V.
Rectificación
Es el proceso de convertir una señal alterna (ca) en otra que se restringe a una sola dirección (cd). La
rectificación se clasifica ya sea como de media onda o de onda completa.
Filtrado
Los impulsos de la onda rectificada pueden alisarse mediante filtros. Los filtros son elementos como los
condensadores y los choques, los cuales se emplean como elementos pasivos del filtro.
MATERIALES
Resistencia de 100Ω / 1/2w (1)
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 5
4. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
Resistencia de 1000Ω / 1/2w (1)
Diodo rectificador 1N4001 (1)
Condensador de 100
Condensador de 220
Condensador de 470
Protoboard (1)
Multímetro (1)
Osciloscopio (1)
F / 16V (1)
F / 16V o 50V (1)
F / 16V o 50V (1)
Fuente de voltaje regulable 0-15Vcd (1)
Generador de funciones (1)
Cables de Conexión
Figura 1.2: Curva característica del diodo real
PROCEDIMIENTO
1. Usando el multímetro determine el voltaje de disparo del diodo.
V ___
_____mV
2. Implemente el circuito que se presenta en la figura 1.3.
100
ID
V VD
-
1N4001
Figura 1.3: Circuito con diodo en directa.
3. Eleve el voltaje de la fuente V de 0 a 5 voltios (tome 10 datos), y realice las mediciones de voltaje
del diodo (VD) y corriente del diodo (ID), coloque los resultados en la tabla 1.1 y grafique VD vs. ID.
Dibuje la curva del diodo en MatLab.
4. Comente los resultados de la tabla 1.1.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 6
+
5. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
Tabla 1.1: Datos para la curva del diodo.
5. Implemente el circuito que se presenta en la figura 1.4. En los nodos Vi y Vo coloque las puntas del
osciloscopio en el canal I y II respectivamente con referencia a tierra.
1N4001Vi Vo
1kVi
Figura 1.4: Circuito rectificador de media onda.
6. Coloque Vi a 10Vpp/60Hz, y observe la salida Vo en el osciloscopio, dibuje la onda de salida y
compare la salida Vo con la entrada Vi, use las cuadrículas de la figura 1.5. Realice la medición de
amplitud de la onda de salida (Voltaje pico).
Vo ________V
Vi ________V
Figura 1.5: Señales de entrada y de salida.
7. Implemente el circuito que se presenta en la figura 1.6.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 7
V(V) ID(mA) VD(mV)
6. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
1N4001
Vi Vo
Vi +
1k 100uF
Figura 1.6: Circuito rectificador con filtro C.
8. Coloque Vi a 10Vpp/60Hz, y observe la salida Vo en el osciloscopio, dibuje la onda de salida y
compare la salida Vo con la entrada Vi. Realice la medición de la onda de salida, el voltaje de rizo y
nivel de voltaje continuo. Cambie el valor del condensador de 100 F por uno de 220 F, luego por
otro de 470 F y apunte los datos obtenidos en la tabla 1.2. Dibuje lo que ocurre en Vi y Vo, use las
cuadrículas de la figura 1.7.
Figura 1.5: Señales de entrada y de salida.
Tabla 1.2: Relación entre condensador y voltaje de rizo.
9. Comente los resultados de la tabla 1.2.
CUESTIONARIO
1. ¿Dejaría un diodo semiconductor que pase la corriente cuando tenga polarización directa?
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 8
Condensador Voltaje de Rizo (V) Voltaje DC (V)
100 F
220 F
470 F
7. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
2. ¿Cómo identificaría usted el anodo de un diodo que no este marcado?
3. ¿Qué sucede con la rectificación si se invierte el sentido del diodo del circuito de la figura 1.4?
Dibuje que sucede con la rectificación, y explique el resultado.
4. Analice el circuito de la figura 1.5 tomando en cuenta un condensador de 470 F.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 9
8. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
5. ¿Qué sucede con la salida Vo, si se cambia el condensador de 470
Analice teóricamente el circuito.
F por uno de 1000 F?.
CONCLUSIONES
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 10
9. I
LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
LABORATORIO II: EL DIODO ZENER
OBJETIVOS
Observar los efectos de las polarizaciones directa e inversa de un diodo Zener.
Conocer el funcionamiento del diodo Zener y su aplicación como regulador
FUNDAMENTO TEÓRICO
Diodo Zener
El diodo Zener es un dispositivo donde la contaminación se realiza de tal
característica de ruptura o avalancha VZ, es muy pronunciada.
forma que la tensión
Figura 2.1: Curva característica del diodo Zener y su símbolo.
Si la tensión en inverso excede la tensión de ruptura, el diodo normalmente no se destruye.
Esto
siempre que la corriente no exceda un máximo predeterminado y el dispositivo no se
sobrecaliente.
La curva característica de un diodo Zener típico se muestra en la figura 1 junto con el símbolo de este
diodo. Para el circuito para el diodo Zener es diferente del de un diodo regular. La cantidad de potenciaPz VZZ max
Aplicación: Regulador Zener
Esta es una aplicación básica del diodo Zener, en donde la finalidad del diodo es mantener constante
una tensión entre los extremos de la carga, cuando cambia la fuente de voltaje o la resistencia de
carga, para ello se coloca un resistor de carga RL (Ver figura 2.2).
RS
IR IL
VZ
-
RLV
Figura 2.2: Circuito regulador de voltaje.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 11
IZ
+
10. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
MATERIALES
Diodo Zener de 4.7V / 1/2W (1)
Resistencia de 470Ω / 1/2W (1)
Resistencia variable de 5KΩ (1)
Multímetro (1)
Protoboard (1)
Fuente de voltaje Regulable 0-15Vcd (1)
Cables de Conexión
PROCEDIMIENTO
Polarización Inversa
1. Implemente el circuito que se muestra en la figura 2.3.
470
IZ
V VD
-
VZ
Figura 2.3: Circuito con diodo Zener en inversa.
2. Mida la corriente del diodo IZ y el voltaje VZ, si la hay, con la fuente ajustada en 0v. Anote el
resultado en la tabla 2.1. Repita este paso para cada valor de tensión de entrada V.
Tabla 2.1: Polarización Inversa.
3. Comente los resultados de la tabla 2.1.
Polarización Directa
4. Del circuito montado, desconecte la fuente de voltaje, y ajuste la fuente de voltaje a 0 voltios,
invierta el diodo en el circuito. Mida y anote en la tabla 2.2 la corriente directa del diodo y su
respectivo nivel de tensión VZ para cada valor de V.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 12
V(V) IZ(mA) VZ(V)
0.00
1.50
3.00
4.50
6.00
7.50
9.00
10.5
12.0
13.5
+
11. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
Tabla 2.2: Polarización Directa.
5. Comente los resultados de la tabla 2.2.
6. Con los datos de la tabla 2.1 y la 2.2 dibuje un gráfico de corriente del diodo (eje vertical) en
función de la tensión del diodo (eje horizontal).
Diodo Zener como Regulador
7. Implemente el circuito que se muestra en la figura 2.4.
470 IR IL
RL=5k
IZ
10V VZ
-
Figura 2.4: Circuito regulador de voltaje.
8. Utilizando el Multímetro, determine las corrientes IR, IL, VL, y IZ, ajustando el valor de la fuente de
alimentación a 10 voltios. Realice mediciones para diferentes valores de resistencia de carga.
Anote los valores obtenidos en la tabla 2.3 y comente los resultados.
Tabla 2.3: Datos del circuito de la figura 2.4.
9. Comente los resultados de la tabla 2.3.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 13
N Vi(V) RL(KΩ) IR(mA) IL(mA) IZ(mA) VL(V) VZ(V)
1 10 1
2 10 2
3 10 3
4 10 4
5 10 5
+
V(V) IZ(mA) VZ(V)
0.00
1.50
3.00
4.50
6.00
7.50
9.00
10.5
12.0
13.5
12. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
CUESTIONARIO
1. ¿Qué regiones caracterizan al diodo Zener?
2. ¿Qué sucede con la corriente del diodo Zener cuando se aumenta la carga.?
3. ¿Qué valores intervienen en el diseño de la potencia del diodo Zener?
4. ¿Qué porción de característica de diodo Zener es mas útil para aplicaciones de regulación de
tensión? ¿Porqué?.
5. Analice teóricamente el circuito de la figura 2.4 para una resistencia de carga de 4KΩ.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 14
13. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
CONCLUSIONES
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 15
14. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
LABORATORIO III: FUENTE DE ALIMENTACIÓN
OBJETIVOS
Conocer el funcionamiento de un regulador de tres terminales.
Implementar una fuente de alimentación utilizando los conceptos de rectificación, filtrado y
regulación.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Para la implementación de la fuente de tensión, utilizaremos conceptos abordados
anteriores, como rectificación, filtrado y regulación, los cuales describimos rápidamente.
en prácticas
Rectificación
Etapa en la cual se pasa de una señal alterna a una con nivel continuo.
Filtrado
Elemento capacitivo o inductivo cuya función es eliminar la amplitud del rizado.
Regulación
Circuito que permite mantener constante la salida de tensión.
Entrada no
regulada
Voltaje
Regulado
Figura 3.1: Diagrama de bloques de una fuente de tensión.
MATERIALES
Diodo rectificador 1N4001 (2)
Resistencia de 1000Ω / 1/2w (2)
Condensador de 1000 F / 50V (2)
Condensador de 0.1 F / 16V (2)
Regulador LM7812 con disipador (1)
Regulador LM7912 con disipador (1)
Transformador con derivación central de 220VAC a 12-0-12 VAC /1A (1)
Cable mellizo (4 metros)
Enchufe (1)
Cinta aislante (1)
Protoboard (1)
Multímetro (1)
Osciloscopio (1)
Cables de conexión
PROCEDIMIENTO
1. Conecte un extremo del cable mellizo al enchufe y el otro extremo
transformador, aísle esta última conexión con cinta aislante.
conecte al primario del
2. Conecte el transformador a la toma de 220VAC y mida la tensión en el secundario del
transformador (mida el voltaje entre los extremos, y entre un extremo y la toma central). Para esta
medición coloque el multimetro en voltaje alterno. Anote las mediciones.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 16
Rectificación RegulaciónFiltrado
15. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
A
C
B
220VAC
220-12
Figura 3.2: Transformador 220VAC-12VAC/1A.
VAB
VAC
VBC
________V
________V
________V
3. Implemente el circuito que se muestra en la figura 3.2. La implementación de la fuente de
alimentación se realizará por etapas. Conecte el canal I del osciloscopio a +Vi y el canal II a +Vo.
Observe lo que ocurre en +Vi y +Vo, anote y comente los resultados. Luego, conecte el canal I del
osciloscopio a –Vi y el canal II a –Vo. Observe lo que ocurre en -Vi y –Vo, anote y comente los
resultados. Dibuje lo que observa en el osciloscopio para cada caso, use las cuadrículas de la
figura 3.4.
1N4001
+Vo+Vi
220VAC
220-
-Vi -Vo
1N4001
Figura 3.3: Etapa de rectificación.
Figura 3.4: Señales de entrada y de salida.
4. Implemente el circuito que se muestra en la figura 3.5. Observe lo que ocurre en +Vo y
apunte, dibuje y comente los resultados. Use las cuadrículas de la figura 3.6.
–Vo,
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 17
1k
12 1k
16. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
1N4001 +Vo
1000uF 1k
220VAC
220-
1N4001 -Vo
rectificación y filtrado.Figura 3.5: Etapa de
Figura 3.6: Señales filtradas.
5. Implemente el circuito de la figura 3.7. Observe lo que ocurre en las salidas +12V y –12V, utilice el
osciloscopio (también el multimetro) y dibuje las señales en la figura 3.8 y comente los resultados.
Conecte resistencia de carga de 1KΩ y repita este paso.
LM7812
1N4001
220VAC
220-
LM79121N4001
Figura 3.7: Fuente de tensión fija de 12V.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 18
VIN VOUT
GND
+12V
+
0.1uF
+
1000uF
+ +
0.1u
-1
12 F
2V
1000uF GND
VIN VOUT
12 +
1000uF
1k
+
17. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
Figura 3.8: Fuente de tensión fija de 12V.
CUESTIONARIO
1. ¿Qué función cumple cada diodo en el circuito de la figura 3.5?
2. ¿Qué función cumple cada condensador en el circuito de la figura 3.5?
3. ¿Qué función cumple el LM7812 y el LM7912 en el circuito de la figura 3.5?
4. ¿Cuál es a frecuencia de trabajo de la fuente de alimentación?
5. Analice cada una de las etapas del circuito de la figura 3.4.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 19
18. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
CONCLUSIONES
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 20
19. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
LABORATORIO IV: EL TRANSISTOR: ANÁLISIS EN DC Y AC
OBJETIVOS
Determinar el punto de operación del transistor (punto Q).
Determinar si el transistor se encuentra en el estado de corte, saturación o lineal, para visualizar el
estado de amplificación del transistor.
Estudiar el trazado de la Línea de carga en C.C. de un amplificador Emisor común y predecir las
condiciones de funcionamiento del amplificador
Medir la ganancia de tensión de un amplificador EC con un condensador de desacoplamiento de
emisor.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Transistores Bipolares
El transistor es un dispositivo de tres terminales (como se muestra en la figura 4.1), a diferencia del
diodo, que tiene dos terminales (Éste consiste en un material de tipo p y uno de tipo n), el transistor
consiste en dos materiales de tipo n separados por un material p (transistor npn) o en dos materiales p
separados por un material n (transistor pnp).
Figura 4.1: Símbolo del transistor npn y pnp.
Las tres capas o secciones diferentes se identifican como: emisor, base y colector. El emisor, capa de
tamaño medio diseñada para emitir o inyectar electrones, el cual se encuentra bastante contaminado.
La base, con una contaminación media, es una capa delgada diseñada para pasar electrones. El
colector, capa grande diseñada para recolectar electrones, está poco contaminada.
Curva característica IC vs. VCE
Como el transistor es un dispositivo no lineal, una forma de definir su operación es usar una serie
de
curvas características de manera similar a las utilizadas en los diodos. En la figura 4.2 se ilustra la
corriente de colector como función de la tensión entre el colector y el emisor para obtener la recta de
carga que interceptado con la operación del diodo, nos permite encontrar el punto de reposo (Punto
Q).
Operación del transistor
El transistor de unión bipolar presenta ganancia de tensión, ganancia de corriente, lo cual se puede
utilizar para amplificar señales. En la figura 4.3 se muestra el circuito equivalente simplificado de un
transistor npn que es utiliza en el análisis en AC.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 21
20. i
ii
LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
Ganancia de tensión del Amplificador en Emisor Común.
Aplicando una tensión a la entrada del amplificador puede determinarse experimentalmente su
ganancia de tensión (mediante un osciloscopio o un voltímetro) siempre y cuando se trabaje en la
región lineal. La relación entre las tensiones de salida y de entrada es la ganancia de tensión. VCC
Figura 4.2: Curva característica del transistor.
B C
iB =corriente de base
iC =corriente de colector
iE =corriente de emisor
R =resistencia entre base y emisor
iB
R
iC
iB
E
Figura 4.3: Circuito híbrido.
De la gráfica anterior queda claro que:
iE
iC
iC
C B
ß iB
E
MATERIALES
Transistor BC548 (1)
Resistencia de 9.1k / 1/2W (1)
Resistencia de 1k / 1/2W (2)
Resistencia de 100 / 1/2W (1)
Condensador de 10 F / 16V (2)
Condensador de 150pF (1)
Multímetro (1)
Protoboard (1)
Osciloscopio (1)
Fuente de voltaje regulable 0-20Vcd (1)
Generador de funciones (1)
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 22
iE
21. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
Cables de conexión
PROCEDIMIENTO
1. Use el multimetro para configurar el transistor, y luego determina el valor de
resultado obtenido.
o hFE. Apunte el
hFE _________
2. Implemente el circuito de la figura 4.4:
1k
12V BC548
100
Figura 4.4: Circuito para análisis en DC.
3. Utilizando el multímetro, realice las siguientes mediciones: VE, VC, VB, VCE, IE, IC, IB, y anote los
valores obtenidos en la tabla 4.1.
Tabla 4.1: Datos del circuito de la figura 4.4.
4. Al circuito de la figura 4.4 agregue los condensadores de acople a la entrada y a la salida de
10 F/16V y otro de 150pF en paralelo con la resistencia de emisor (Ver figura 4.5).
1k
0uF Vo
+
Vi
12V BC548
1k
1k 100 20uF
Figura 4.5: Circuito amplificador de voltaje.
5. Coloque una señal senoidal de 100mV/1KHz a Vi. Coloque las puntas del osciloscopio en Vi y Vo y
observe que sucede con la salida respecto a la entrada. Realice las respectivas mediciones de las
amplitudes de Vi y Vo; con estos valores obtenga la ganancia del amplificador.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 23
Vi
+
1
9. 1k
10uF
VE(V) VC(V) VB(V) VCE(V) IE(mA) IC(mA) IB(mA)
1k
9.1k
22. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
Vi V
,Vo
V ,
Ganancia
Figura 4.6: Señales de entrada y salida.
CUESTIONARIO
1. ¿Cómo obtendría de manera práctica la configuración de un transistor pnp?
2. ¿Cuál es la importancia de analizar el transistor en corriente continua?
3. ¿En qué región es factible que el transistor opere?
4. ¿Qué se entiende por ganancia de tensión de un amplificador?
5. Analice teóricamente en DC y AC el circuito de la figura 4.5. Con los datos obtenidos en laboratorio
(tabla 4.1), encuentre la recta de carga y compare con los datos obtenidos teóricamente.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 24
23. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
CONCLUSIONES
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 25
24. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
LABORATORIO V: AMPLIFICADORES DE TRANSISTOR
EN CASCADA
OBJETIVOS
Estudiar el funcionamiento de un amplificador de transistores de dos etapas acopladas.
Determinar el margen lineal de trabajo de un amplificador de dos etapas acopladas directamente.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Un amplificador de un solo transistor, como el amplificador EC no tiene la ganancia de tensión que se
necesita en un dispositivo electrónico como por ejemplo, un receptor de TV.
Para cumplir con los requerimientos de una ganancia más elevada, se conectan dos o más
amplificadores de transistor en cascada.
Una conexión en cascada es aquella en la que la señal de salida de una etapa sirve como la señal
de entrada para la siguiente.
En el diagrama de bloques de la figura 5.1 pueden verse 2 amplificadores conectados en cascada.
La señal de salida de cada etapa actúa como la entrada de la siguiente. Los amplificadores en
cascada se
emplean como amplificadores de audio en sistemas de reproducción de sonido, como amplificadores
de video (imagen) en los receptores de televisión y en muchas otras aplicaciones.
Figura 5.1: Señales: moduladora, portadora y envolvente.
Métodos de acoplamiento
Acoplamiento con Transformador
Los transformadores permiten adaptar la impedancia de salida de la primera etapa a la impedancia
de entrada de la siguiente.
Acoplamiento RC
Los condensadores acoplan la señal entre una etapa y la siguiente. Al acoplar dos amplificadores debe
tenerse en cuenta el efecto de la carga de la impedancia de entrada de la segunda etapa sobre la
carga de salida de la primera. Este efecto produce una disminución de la impedancia de carga de c.a.
de la primera etapa, reduciendo el nivel de la señal de salida de c.a. de la primera etapa.
Acoplamiento Directo
Este tipo de acoplamiento se encuentra habitualmente en la circuiteria de los transistores. Algunas de
las ventajas son el posible ahorro de componentes de acoplamiento (como transformadores o
condensadores) y la mejora de la respuesta en frecuencia.
Funcionamiento lineal
Dos amplificadores que funcionan en cascada pueden considerarse como un solo amplificador con
una
sola entrada y una sola salida.
El margen de trabajo de los amplificadores conectados en cascada puede determinarse inyectando
una onda senoidal a la entrada de la primera etapa y observando la salida de la ultima etapa con
un osciloscopio. Se dice que el sistema es lineal en el margen de entradas en las que la salida
permanece como onda senoidal efectiva (es decir, para determinar el margen de funcionamiento
lineal, el nivel de
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 26
25. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
distorsión en la salida) en estas condiciones se medirá la máxima señal del generador que no produce
distorsión.
En esta práctica se medirá el margen de funcionamiento lineal de un amplificador de dos etapas con
acoplamiento directo.
MATERIALES
Transistor 2N2222A (2)
Resistencia de 9.1k / 1/2W (2)
Resistencia de 1k / 1/2W (5)
Resistencia de 100 / 1/2W (2)
Condensador de 10 F / 16V (3)
Condensador de 150pF (2)
Multímetro (1)
Protoboard (1)
Osciloscopio (1)
Fuente de voltaje regulable 0-20Vcd (1)
Generador de funciones (1)
Osciloscopio (1)
Cables de conexión
PROCEDIMIENTO
1. Implemente el circuito de la figura 5.2.
1K
10uF
Vo
15V 2N2222A
1K
Figura 5.2: Circuito amplificador multietapas.
2. Defina el método de acoplamiento del amplificador.
3. Determine la polarización y cálculos en DC para cada etapa y anótelos en las tablas 5.1 y 5.2.
Tabla 5.1: Datos de la etapa 1.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 27
+
+
+
VE (V) VC (V) VB (V) VCE (V) VBB (V) IE (mA) IC (mA) IB (mA)
Vi
1K 100 150pF 1K 100 150pF
Vi 2N2222A
9.1K 1K 9.1K
10uF
10uF
26. LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES UNP
Tabla 5.2: Datos de la etapa 2.
4. Coloque un voltaje Vi de 100mV/1kHz y calcule las ganancias del primer y segundo amplificador.
Luego encuentre la ganancia total.
AV 1
_________AV 2
_________ATOTAL _________
5. Comente los resultados obtenidos.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuál es el propósito de conectar en cascada los amplificadores?
2. ¿Cuál es la ganancia de tensión del amplificador?
3. ¿Se pueden considerar las ganancias de tensión de cada transistor independientemente? ¿Por
qué?
4. ¿Qué tipo de acople es utilizado en el circuito de la figura 5.2?
5. Analice teóricamente el circuito de la figura 5.2.
CIRCUITOS ANALÓGICOS I 28
VE (V) VC (V) VB (V) VCE (V) VBB (V) IE (mA) IC (mA) IB (mA)