EXP205 RESPUESTA DE LOS AMPLIFICADORES A LA BAJA FRECUENCIA I. OBJETIVOS. Graficar el comportamiento de la ganancia con respecto a la frecuencia. Medir la frecuencia de corte de un amplificador emisor común. Medir las frecuencias de corte debidas a cada uno de los capacitores externos. Graficar el comportamiento de la impedancia de entrada con respecto a la frecuencia. II. LISTA DE MATERIAL Y EQUIPO. 1 Fuente de Alimentación 1 Osciloscopio 1 Generador de señales 1 Transistor NPN 2N3904 1 Resistencia de 82 KΩ, ½ W 1 Resistencia de 15 KΩ, ½ W 1 Resistencia de 5.6 KΩ, ½ W 1 Resistencia de 3.3. KΩ, ½ W 1 Resistencia de 1.5 KΩ, ½ W 1 Resistencia de 100 Ω, ½ W 1 Capacitor 0.12 µf, 50 V 1 Capacitor 0.27 µf, 50 V 1 Capacitor 4.7 µf, 50 V 2 Capacitores 100 µf, 50 V EXP205-1
III.- CIRCUITO DEL EXPERIMENTO. Figura 1. Respuesta a la baja frecuencia de un EC EXP205-2
IV.- TEORIA PRELIMINAR. Debido a que la impedancia de los Capacitores externos se incrementa a medida que la frecuencia de la señal disminuye, la ganancia de voltaje de un amplificador con acoplamiento capacitivo decrece. En el circuito de la figura 1 los capacitores de acoplamiento C1 y C2 provocan caídas de voltaje muy considerables a bajas frecuencias, mientras que el capacitor de desacoplamiento del emisor Ce no actúa como un cortocircuito para la resistencia Re. Se define rango de frecuencias medias aquel en donde la frecuencia es tal que los capacitores externos actúan como cortocircuito y por lo tanto, la ganancia de voltaje del amplificador es constante y su valor se denomina Am. El rango de frecuencias en donde la ganancia decrece con la disminución de la frecuencia se le llama rango de bajas frecuencias. La frecuencia de corte inferior es el valor de la frecuencia a la cual la ganancia disminuye al 0.707 de Am. Las siguientes ecuaciones pueden ser empleadas para la frecuencia de corte inferior, debida a cada capacitor actuando independientemente. En donde: Rin = Rb// [ hie + ( hfe+1) R' e] Ro = Rc f1(c1) = f2 (C2) = fe(ce) = Req = Re// hie + R' e+ ( Rs // Rb) 2π 2π 1 ( Rin+ Rs) C1 2π hfe 1 ( R 0+ R1) C2 1 ( Re q *Ce) La frecuencia de corte inferior f1 del amplificador será la mayor de las tres (suponiendo que sus valores están muy separados). NOTA: En los experimentos se pretende comprobar los fundamentos teóricos. Por tal razón, los circuitos se diseñaron para manejar poca ganancia de voltaje. EXP205-3 FIME, Depto. De Electrónica
V.- PROCEDIMIENTO. 1. Armar el circuito amplificador emisor común de la figura 1. Observe la polaridad de los capacitores electrolíticos. 2. Medir los siguientes voltajes de CD, con el propósito de determinar el punto de operación. VCC = VC = VE = VB = Ganancia Am a frecuencias medias 3. Aplicar una señal Vi senoidal de 10 KHz, 200 mvp-p con el generador de señales. En el osciloscopio observe y mida los voltajes de las señales Vi y V0. Vi = Vo = Después de registrar los valores, observe que al variar la frecuencia la magnitud de Vo se mantiene constante. Ganancia contra Frecuencia. 4. Disminuya la frecuencia de la señal de entrada en un rango de 10 Hz a 10 KHz. Tome lectura de Vo y Vi para cada frecuencia. Los valores siguientes se sugieren pero se pueden cambiar por otros. F (Hertz) Vi Vo Vo/Vi 10K 8K 5K 2K 1K 800 600 400 300 200 100 50 20 EXP205-4 FIME, Depto. De Electrónica
Frecuencia de corte inferior F1. 5. Determine experimentalmente la frecuencia de corte inferior del amplificador. Para ello, determine el valor de la frecuencia a la cual la ganancia es el 70.7% de Am. Frecuencias de corte de cada capacitor. fl= 6. Determine f(c1) reemplazando los capacitores C2 y C3 por valores de 100 µf. Aplique una frecuencia de 2 KHz, mida Vo luego disminuya la frecuenica hasta que Vo disminuya a un 70.7% de su valor. Mida la frecuencia f(c1). f(c1) = 7. Determine f(c2) reemplazando los capacitores C1 y Ce por valores de 100 µf. Aplique una frecuencia de 5 KHz, mida Vo luego disminuya la frecuencia hasta que Vo disminuya a un 70.7% de su valor. Mida la frecuencia f(c2). F(C2) = 8. Determine f(ce) reemplazando los capacitores C1 y C2 por valores de 100 µf. Aplique una frecuencia de 5 KHz, mida Vo luego disminuya la frecuencia hasta que Vo disminuya a un 70.7% de su valor. Mida la frecuencia f(ce). f(ce) = EXP205-5
VI.- REPORTE 1. Determine analíticamente el punto de operación del transistor del circuito de la figura 1. 2. Determine analíticamente la ganancia de voltaje a frecuencia media Am. 3. Determine analíticamente la frecuencia de corte provocada por cada capacitor externo en forma independiente. Cual de ellas es la frecuencia de corte inferior del amplificador?. 4. Determina el valor experimental de la corriente de operación con el resultado del paso 2 del procedimiento. 5. Calcule el valor experimental de la ganancia de voltaje a frecuencia media, con los resultados del paso 3 del procedimiento. 6. Construya la gráfica de la respuesta a la baja frecuencia con los datos de la tabla del paso 4 del procedimiento. Grafique Vo / Vi contra frecuencia. 7. Señale en la gráfica anterior el valor de la frecuencia de corte inferior. EXP205-6 FIME, Depto. De electrónica
8. Observe los valores obtenidos en los pasos 6, 7 y 8 del procedimiento. Determine cuál es el capacitor que define la frecuencia de corte inferior del amplificador y porqué. 9. Construya una tabla comparativa de los valores de: Ganancia de frecuencia media Frecuencia de corte inferior Punto de operación Para los dos casos siguientes: Resultado analítico Resultado experimental. EXP205-7