RESPUESTA EN FRECUENCIA AMPLIFICADORES TRANSISTORIZADOS, TIP 120 BJT

1. Universidad Cat´olica
“Nuestra Se˜nora de la Asunci´on”
Sede Regional Asunci´on
Facultad de Ciencias y Tecnolog´ıa
Departamento de Ingenier´ıa
Electr´onica e Inform´atica
Carrera de Ingenier´ıa Electr´onica
Electr´onica II
Ing. Vargas PhD.
Ram´ırez, Pedro <pedroramirez22@gmail.com>
Bogado, Hugo <hugobogado@hotmail.com>
PR´ACTICA DE LABORATORIO I
RESPUESTA EN FRECUENCIA
AMPLIFICADORES TRANSISTORIZADOS
30 de junio de 2011

2. ´INDICE 2
´Indice
1. Objetivos 2
2. Materiales 2
3. Desarrollo de la pr´actica 3
3.1. Desarrollo te´orico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.2. C´alculos te´oricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.2.1. An´alisis en DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.2.2. An´alisis en AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4. Comparaci´on entre los resultados pr´acticos, simulaciones y c´alcu-
los. Conclusiones. 11
5. Distorsi´on arm´onica 13
6. Conclusi´on 15
1. Objetivos
Comprobaci´on experimental del efecto de los capacitores de acoplamien-
to y desacoplamiento sobre la respuesta en frecuencia de amplificadores
transistorizados.
2. Materiales
Osciloscopio.
Generador de Se˜nal.
Fuente de CD.
Protoboard.
Mult´ımetro.
Componentes.

3. 3 Desarrollo de la pr´actica 3
Componente Valor
R1 10kΩ
R2 2.2kΩ
Rc 4.7 kΩ
Re1 100Ω
Re2 1 kΩ
RL 1 kΩ
Cb 100ηF
Cc 0.22µF
Ce 15 ηF
Q1 2N2222A
Cuadro 1: Componentes a utilizar en la pr´actica
3. Desarrollo de la pr´actica
3.1. Desarrollo te´orico
3.2. C´alculos te´oricos
3.2.1. An´alisis en DC
Calcule el punto Q de trabajo del transistor asumiendo hfe = 200
Rth = R1//R2 = 1,8kΩ
Vth =
R2VCC
R2 + R1
= 2,16V
Analizando la malla de Ib, se tiene que:
− Vth + RthIb + 0,7 + (Re1 + Re2) (hfe + 1) Ib = 0 (1)

4. 3.2 C´alculos te´oricos 4
200mVpp
Cb
R1
+VCC
Rc
Q1
Re1
Re2
R2
Cc
RL
Ce
Figura 1: Amplificador transistorizado de una etapa
de donde se saca que:
Ib = 6,55µA
Realizando los c´alculos para ver en que zona de operaci´on e encuentra el
amplificador:
ICm´ax =
VCC
Rc + Re1 + Re2
(2)
Zona Activa
ICm´ax = 2,06mA
IC = hfeIb = 1,31mA
De la siguiente malla se tiene que:
− VCC + RcIC + VCE + (Re1 + Re2) IE = 0 (3)
Se deduce:

5. 3.2 C´alculos te´oricos 5
+
−Vth
Rth
Ib
} VCE
Re1 + Re2
Ie
Rc
Ic
+
− +VCC
Figura 2: Circuito equivalente para an´alisis en DC
VCE = 4,39V
Por lo tanto el punto de trabajo del amplificador es:
Q(4,39V ; 1,31mA)
Figura 3: Punto de operaci´on

6. 3.2 C´alculos te´oricos 6
Calcule hie
Para el c´alculo del par´ametro hie se tiene que:
re =
26mV
IC
hie = hfere
Por lo tanto:
hie = 3,9kΩ

7. 3.2 C´alculos te´oricos 7
3.2.2. An´alisis en AC
Calcule las frecuencias de corte debido a cada capacitor por separado.
Para el c´alculo, considere que la frecuencia de corte inferior es establecida
por el circuito de emisor, recuerde que:
f =
1
2πRthC
Vi
Cb
Ib
} VCE
Re1
Re2
Cc
RL
Rc
RB
Ce
Figura 4: Circuito equivalente para an´alisis en AC
• Efecto del condensador de Emisor
Vi
hie
ib
(Xe + Re1)(hfe + 1)
Vb
RB Rchfeib
Vo
Figura 5: Circuito para an´alisis en AC del emisor.
La ganancia de tal circuito est´a dado por la siguiente expresi´on:

8. 3.2 C´alculos te´oricos 8
Av =
Vo
Vi
=
Vo
ib
ib
Vi
ib
Vi
=
1
Zb
Zb = hie + (Xe + Re1) (hfe + 1)
Y se obtiene:
1
Zb
=
Re2Ces + 1
((hfe + 1)(Re1 + Re2) + hie) 1 +
Re2Ces[hie+Re1(hfe+1)]
(hfe+1)(Re2+Re1)+hie
De donde se deduce que el cero se encuentra en:
fce =
1
2πRe2Ce
= 10,6kHz
Y el polo en :
fpe =
(hfe + 1)(Re1 + Re2) + hie
Re2Ce [hie + Re1(hfe + 1)]
= 99,47kHz
• Efecto del condensador de Base
Vi
Cb
hie
ib
Re1(hfe + 1)
Vb
RB Rchfeib
Vo
Figura 6: Circuito para an´alisis en AC de la base.
La ganancia es del a forma:
Av =
Vo
Vi
=
Vo
ib
ib
Vo
Vb
Vi
Vo
ib
= −hfeRc

9. 3.2 C´alculos te´oricos 9
ib
Vb
=
1
Zb
Zb = hie + Re1(hfe + 1)
Vb
Vi
=
sCb {RB// [hie + Re1(hfe + 1)]}
sCb {RB// [hie + Re1(hfe + 1)]} + 1
Req = RB// [hie + Re1(hfe + 1)]
De donde se deduce que el cero se encuentra en:
fcb = 0
Y el polo en :
fpb =
1
2πReqCb
= 953kHz
• Efecto del condensador de Colector
Vi
hie
ib
Re1(hfe + 1)
Vb
RB Rchfeib
Vo
Cc
RL
io
Figura 7: Circuito para an´alisis en AC del Colector.
La Ganancia del circuito es:
Av =
Vo
Vi
=
Vo
Vi
ib
Vb
Vb
ib
Vo
ib
=
−hfeRcRLsCc
sCc(Rc + RL) + 1
ib
Vb
=
1
hie + (hfe + 1)Re1
Vb
Vi
=
RB// [hie + (hfe + 1)Re1] sCb
RB// [hie + (hfe + 1)Re1] sCb + 1
De donde se deduce que el polo mete el colector en:

10. 3.2 C´alculos te´oricos 10
fpc =
1
2π(Rc + RL)Cc
= 126,9Hz
Y el cero est´a en el origen, es decir:
fcc = 0
Grafique las curvas de Bode del circuito
Polo Cero
Colector 126.9Hz 0
Base 953kHz 0
Emisor 99.47kHz 10.6kHz
Cuadro 2: Resultados de los c´alculos

11. 4 Comparaci´on entre los resultados pr´acticos, simulaciones y
c´alculos. Conclusiones. 11
4. Comparaci´on entre los resultados pr´acticos,
simulaciones y c´alculos. Conclusiones.
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
-2
10
-1
10
0
10
1
Frecuencia(Hz)
Ganancia(V
o
/V
i
)
Curvas de Ganancia Simulado y Medido
Simulado
Medido
Figura 8: Gr´afica de Bode de tensi´on
Los puntos eran casi identicos a lo simulado con el ORCAD, s´olo cariaban un
poco cerca de los puntos de inflexi´on de los polos y ceros, pues en esos casos lo
ideal ser´ıa tomar mayor cantidad de puntos para que la curva se aproxime m´as
a lo simulado, se logr´o visualizar una atenuaci´on en la salida del amplificador
cuando ´este sobrepasaba los 5MHz, por los que concluimos que nuestro m´etodo
s´olo es v´alido hasta las cercan´ıas de 1Mhz, para este transistor y configuraci´on
de amplificador en particular.
Es v´alido mencionar que fue de mucha dificultad hacer las mediciones del cir-
cuito a bajas frecuencias, por el ruido que se introducen en el circuito, quiz´a ese
sea un punto d´ebil que tambi´en hay que llevarlo en cuenta.

12. 4 Comparaci´on entre los resultados pr´acticos, simulaciones y
c´alculos. Conclusiones. 12
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
Frecuencia(Hz)
Fase(Grados)
Grafica de Fase Simulado y Medido
Simulado
Medido
Figura 9: Gr´afica de Bode de fase
Se puede notar que los puntos coinciden casi en su totalidad con los an´alisis
que se realizaron en el laboratorio, los fases se hallaron por el m´etodo de desfase
entre la entrada y la salida, se logr´o una gran precisi´on tomando varios puntos
por d´ecada y adem´as en osciloscopio digital fue de gran ayuda.

13. 5 Distorsi´on arm´onica 13
5. Distorsi´on arm´onica
Date/Time run: 03/25/11 23:21:20
** circuit file for profile: asdf
Temperature: 27.0
Date: March 25, 2011 Page 1 Time: 23:22:09
(A) asdf-SCHEMATIC1-asdf.dat (active)
Time
0s 1us 2us 3us 4us 5us 6us 7us 8us 9us 10us
V(Q1:c)
4.8V
5.2V
5.6V
6.0V
6.4V
Figura 10: Gr´afica simulada a 500kHz sin Re1 cortocircuitado
Analizando las ecuaciones (1), (2) y (3) considerando que Re1 es cero, se
halla el nuevo punto de polarizaci´on, los resultados son:
Zona Activa
ICm´ax = 2,10mA
IC = hfeIb = 1,43mA
Q(3,78V, 1,43mA)
Primeramente como hallamanos anteriormente Xe = Re2//Ce, este valor es
funci´on de la frecuencia, para la frecuencia de 500kHz, el capacitor tiene una
reactancia de:
XC =
1
2π ∗ 500kHz ∗ Ce
= 21,22Ω
Y como Xe(jω), se tiene que para este valor, la impadancia total tiende a XC,
es decir la asociaci´on en paralelo con Re2 tiende a XC.
Como una de la funci´on Re1 en AC es aumentar la impedancia vista des-
de el emisor al cortocircuitarla esto se deja de lado, adem´as con lo descrito en
el par´agrafo anterior nos dice que la impedancia total en el emisor es de un-
os 20Ω, se puede deducir que la corriente del colector ha aumentado bastante,

14. 5 Distorsi´on arm´onica 14
Date/Time run: 03/25/11 20:15:04
** circuit file for profile: asdf
Temperature: 27.0
Date: March 25, 2011 Page 1 Time: 20:17:03
(A) asdf-SCHEMATIC1-asdf.dat (active)
Time
0s 1us 2us 3us 4us 5us 6us 7us 8us 9us 10us
V(Q1:c)
1.0V
2.0V
3.0V
4.0V
5.0V
6.0V
7.0V
Figura 11: Gr´afica simulada a 500kHz con Re1 cortocircuitado
sin tanto an´alisis se puede decir que la “exigencia” que se le impone al am-
plificador(cortocircuitar Re1 y a la frecuencia de 500kHz Xe es muy peque˜na)
repercuten sobre el transistor haciendo que este opere en su zona no lineal, es
decir Ic + ic es mayor que ICm´ax en los picos de la entrada y por ende se ve la
se˜nal distorsionada en la salida del amplificador.

15. 6 Conclusi´on 15
6. Conclusi´on
Con todo lo analizado, simulado y constatdo debidamente en el laboratorio
se puede decir que el m´etodo llevado a cabo para analizar los efectos de los
condensadores de desacople en un amplificador es bastante aproximado para
fecuencias relativamente menores a 5MHz, esto es claro considerando que vari-
ar de acuerdo a las caracter´ısticas del transistor, pues ´este es el que limita tal
condici´on, al aparecer las capacitancias par´asitas que posee a determinada fre-
cuencia. Adem´as queda claro que la resistencia en el emisor que cumple varias
funciones tanto en AC como en DC es importante tenerla muy en cuenta a la
hora de dise˜nar un circu´ıto, pu´es un mal dise˜no y no consideraci´on del mismo
conllevar´ıa que la salida no cumpla con las espectativas.