Dispositivos Semiconductores 1 er Cuatrimestre de TP N o 3

Transcripción

1 TP N o 3 Diseño y construcción de un mini-amplificador de audio 1. Condiciones del trabajo Grupos de dos o tres estudiantes. La fecha de entrega y re-entrega es la que se indica en la página web de la materia. Plazo de corrección de 10 días, y en caso de ser necesario se devolverá para ser corregido una única vez, con un plazo de re-entrega máximo de 10 días. El trabajo deberá ser claro, conciso y correctamente redactado. Los gráficos y tablas deberán llevar títulos y estar numerados (Por ejemplo: Fig. 1) El trabajo completo, incluyendo la carátula o primera página, deberá tener 10 páginas o menos, y debe utilizarse tipografía Arial o similar de 10pt. No es necesaria una carátula en una hoja aparte: en la primera página, además del nombre de los autores, los datos del curso y el resumen, puede presentarse también parte de los contenidos del trabajo. 2. Objetivos del trabajo Realizar el diseño y construcción de un mini-amplificador de audio empleando para ello los amplificadores monoetapa vistos en clase. Comparar los resultados obtenidos en forma experimental con los obtenidos mediante Spice y mediante los cálculos teóricos. 3. Problema a resolver Dado un micrófono de bobina móvil de 600 Ω, tal que a circuito abierto genera una tensión de salida típica de 50 mv pico a pico, diseñar un amplificador que permita conectarlo a un auricular de 32 Ω con el fin de obtener sobre éste una potencia eléctrica eficaz de 0,25 mw. 4. Resumen del trabajo El trabajo deberá estar encabezado por un breve resumen (menos de 100 palabras) que detalle su contenido. El resumen debe ser escrito de forma tal de despertar el interés y la curiosidad del lector por el trabajo. 5. Diseño del amplificador Diseñar un amplificador que sea capaz de resolver el problema propuesto. Los únicos requisitos de diseño son:

2 El amplificador se alimentará con una única fuente de 5 V. El amplificador tendrá capacitores de desacople en su entrada y salida. Sólo incluirá transistores BS107 y/o BC548C, y resistencias de tolerancia de 5 %. El circuito del amplificador no tendrá realimentaciones. Presentar el diseño propuesto, justificando la solución adoptada y señalando qué otras alternativas se consideraron y porqué motivos fueron descartadas. Especificar los valores a adoptar para los parámetros del transistor o de los transistores, y los valores de los capacitores y resistores a utilizar en el circuito. Utilizar como modelo del micrófono un generador de 50 mv pico a pico y R s de 600 Ω como se ilustra en la Figura 1. Figura 1: Modelo del micrófono y del auricular, y esquema del amplificador a diseñar. Desarrollar el cálculo teórico de: Los valores de tensiones y corrientes de polarización del circuito propuesto. La resistencia de entrada R i y la de salida R o del circuito amplificador. La ganancia de tensión con y sin la carga conectada, siendo A v = V i V o La tensión de salida V o al conectar el micrófono, con y sin la carga conectada. La eficiencia del amplificador, definida como la cantidad de potencia de corriente continua que es convertida a potencia de señal de salida 6. Simulación del circuito η = P out P CC Simular mediante Spice el circuito diseñado en el punto 5 a fin de verificar la factibilidad del diseño propuesto. Además de debe:

3 Justificar la elección de los modelos de Spice de los transistores utilizados en la simulación del circuito. Dibujar los circuitos utilizados en la simulación. De encontrarse conveniente pueden modificarse los valores de las resistencias o capacitores calculados en el punto 5, pero deben argumentarse los motivos que justifican tales modificaciones. Comparar mediante tablas que sean claras y compactas los resultados obtenidos para los 5 items solicitados en 5 con los obtenidos en las simulaciones, y de existir diferencias analizar su posible explicación. Obtener el valor de R i a partir de la variación de la tensión de salida del micrófono al cargarlo con el amplificador, y el valor de R o a partir de la variación de la tensión de salida del amplificador al cargarlo con el auricular. 7. Emulación de la fuente de señal y la carga En las simulaciones y las mediciones experimentales, el micrófono y el auricular, serán emulados mediante los circuitos de la Figura 2 Figura 2: Circuitos emuladores del micrófono y del auricular. A partir de la variación de la tensión V a registrada antes y después de conectar distintas resistencias de prueba R x medir experimentalmente la resistencia de salida R s del circuito de emulación del micrófono, según se ilustra en la Figura 2. Consignar en el informe el resultado obtenido. 8. Mediciones del circuito Armar en un protoboard el amplificador diseñado y obtener en forma experimental los resultados de los 5 ítems solicitados en el punto 5. Dibujar los circuitos utilizados en las mediciones experimentales. De encontrarse conveniente pueden modificarse los valores de las resistencias o capacitores obtenidos en el punto 6, pero deben argumentarse los motivos que justifican tales modificaciones. Comparar mediante tablas que sean claras y compactas los resultados obtenidos para los 5 items solicitados en el punto 5 con los obtenidos en las mediciones experimentales, y de existir diferencias analizar su posible explicación. Repetir la medición de los 5 items solicitados para distintos transistores y evaluar si el desempeño del circuito se modifica al cambiar el transistor. Si existen diferencias cuantificarlas.

4 IMPORTANTE: el banco experimental a utilizar sólo dispondrá de una fuente de tensión variable entre 6 V y 15 V, un amperímetro (sin fusible), un voltímetro, un generador de funciones Goldstar FG-8002 y un osciloscopio de dos canales. Debe traer los transistores, resistores, capacitores, fusibles, etc. que vaya a utilizar en las mediciones. 9. Conclusiones Las conclusiones deben ser breves y conceptuales (no más de dos párrafos). Deben estar focalizadas en los objetivos que se cumplieron en el trabajo y eventualmente en resultados interesantes adicionales que se hubieran obtenido. 10. Contenidos adicionales optativos Pueden agregarse contenidos adicionales que resulten de interés al grupo, siempre que el trabajo completo no exceda las 10 páginas. Algunas sugerencias son: Evaluar el desempeño del circuito a distintas temperaturas (utilizar para esto un secador de pelo). Analizar y comparar la distorsión armónica de las señales de entrada y salida del amplificador. Emplear para ello la función FFT del Math Menu del osciloscopio digital TDS1002 para medir experimentalmente la distorsión armónica presente en: La señal de salida del circuito emulador de micrófono sin que éste esté conectado al amplificador. La señal de salida del circuito emulador de micrófono estando este conectado al amplificador. La señal de salida del amplificador sin que el circuito emulador del auricular esté conectado al amplificador. La señal de salida del amplificador una vez que esta conectado al amplificador el circuito emulador del auricular. Comparar estos resultados con los obtenidos en Spice mediante la función FFT. Evaluar el desempeño del amplificador a otras frecuencias, por ejemplo, 10 Hz, 10 khz, 100 khz, 1 MHz, 10 MHz. Evaluar la linealidad del amplificador, analizando para ello la variación de la ganancia de tensión A v en función de la amplitud de la señal de entrada, por ejemplo, V s tomando valores como 10 mv pico a pico, 25 mv pico a pico, 75 mv pico a pico y 100 mv pico a pico. Diseñar un amplificador que permita obtener una potencia eléctrica eficaz de 16 mw sobre un parlante de 8 Ω, a partir de la señal de un micrófono de bobina móvil de 600 Ω. Los requisitos de diseño son los mismos que en el punto 5. Diseñar un amplificador que permita obtener una potencia eléctrica eficaz de 100 mw sobre un parlante de 8 Ω, a partir de la señal de un micrófono de bobina móvil de 600 Ω. Los requisitos de diseño son los mismos que en el punto 5, excepto que puede emplearse una fuente de 9 V. Realizar el diseño y fabricación del circuito impreso del amplificador diseñado, utilizando conectores plug-in para la entrada y salida del amplificador y una entrada para transformador. Armar el circuito y colocarlo dentro de un gabinete.

5 Realizar el diseño y fabricación del circuito impreso del amplificador diseñado, utilizando conectores plug-in para la entrada y salida del amplificador; un transformador 220 V/12 V, un puente de diodos y un capacitor de filtrado para la obtención de la alimentación; una llave de encendido/apagado; y un LED indicador de encendido. Armar el circuito y colocarlo dentro de un gabinete.