Departamento de Ingeniería Sección Electrónica Amplificación de Señales Manual de prácticas de laboratorio SEMESTRE 2018 - I Asignatura: Amplificación de Señales Clave de la carrera 130 Clave de la asignatura 1625 Fecha de Elaboración: 2003 Fecha de modificación: agosto 2017 Autor:
CONTENIDO OBJETIVO GENERAL DE LA ASIGNATURA Al finalizar el curso el alumno será capaz de analizar y diseñar amplificadores multietapas de señal pequeña y amplificadores de potencia de diversas configuraciones, empleando transistores bipolares de juntura (TBJ), transistores de efecto de campo (FET) y amplificadores integrados y además comprenderá las diferentes herramientas de análisis empleadas en su diseño. OBJETIVOS DEL LABORATORIO Familiarizar al alumno en el manejo de herramientas y equipo utilizado en el laboratorio de amplificación de señales Analizar, comprender y aplicar en forma práctica las diferentes respuestas de varios tipos de amplificadores considerando las limitaciones de los circuitos, así como la del circuito integrado de potencia. INTRODUCCIÓN El propósito de este laboratorio es reforzar en el estudiante los conceptos básicos de la teoría y análisis de la Amplificación de Señales que se estudia en la asignatura mediante sesiones semanales de laboratorio. Con esto se espera que el estudiante adquiera un conocimiento práctico en el diseño de amplificadores así como de ser capaz de resolver, analizar y diseñar amplificadores de señal pequeña, su ancho de banda y ángulo de fase, así como los amplificadores de potencia. El alumno deberá presentarse a todas las sesiones de laboratorio portando su manual de prácticas, el cual es el documento permanente que mantiene y atestigua correctamente, los expedientes exactos de todas las sesiones del laboratorio. Así como todo el material requerido para la realización de la práctica. INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE Los reportes deberán tener la portada que se indica a continuación. Universidad Nacional Autónoma de México Laboratorio de: Grupo: Profesor: Alumno: Nombre de Práctica: No de práctica: Fecha de realización: Fecha de entrega: Semestre: Además deberán basarse en la siguiente metodología: objetivo(s), introducción, equipo, material, procedimiento experimental, cuestionario, conclusiones y bibliografía. 1
REGLAMENTO INTERNO DE LOS LABORATORIOS DE COMUNICACIONES, CONTROL, SISTEMAS ANALÓGICOS Y SISTEMAS DIGITALES 1. Dentro del laboratorio queda estrictamente prohibido. a. Correr, jugar, gritar o hacer cualquier otra clase de desorden. b. Dejar basura en las mesas de trabajo y/o pisos. c. Sentarse sobre las mesas d. Fumar, consumir alimentos y/o bebidas. e. Realizar y recibir llamadas telefónicas y/o el envío de cualquier tipo de mensajería. f. La presencia de personas ajenas en los horarios de laboratorio. g. Dejar los bancos en desorden. h. Mover equipos o quitar accesorios de una mesa de trabajo a otra sin el consentimiento previo del profesor de laboratorio en turno. i. Usar o manipular el equipo sin el conocimiento previo del profesor. j. Rayar las mesas del laboratorio. k. Energizar algún circuito sin antes verificar que las conexiones sean las correctas (polaridad de las fuentes de voltaje, multímetros, etc.). l. Hacer cambios en las conexiones o desconectar equipo estando éste energizado. m. Hacer trabajos pesados (taladrar, martillar, etc.) en las mesas de las prácticas. 2. Se permite el uso de medios electrónicos y equipo de sonido (celulares, tabletas, computadoras, etc.) únicamente para la realización de las prácticas. 3. El alumno verificará las características de los dispositivos electrónicos con el manual. 4. Es responsabilidad del profesor y de los alumnos revisar las condiciones del equipo del laboratorio al inicio de cada práctica. El profesor reportará cualquier anomalía que pudiera existir (prendido, dañado, sin funcionar, maltratado, etc.) al encargado de área correspondiente o al jefe de sección. 5. Es requisito indispensable para la realización de las prácticas, que el alumno cuente con su manual completo y actualizado al semestre en curso, en formato digital o impreso, el cual podrá obtener en: http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria. 6. El alumno deberá traer su circuito armado para poder realizar la práctica, de no ser así no podrá realizar dicha práctica (donde aplique) y tendrá una evaluación de cero. 7. Para desarrollar trabajos, o proyectos en las instalaciones de los laboratorios, es requisito indispensable que esté presente el profesor responsable, en caso contrario no podrán hacer uso de las instalaciones. 8. Correo electrónico del buzón para quejas y sugerencias para cualquier asunto relacionado con los Laboratorios (electronica@fesc.cuautitlan2.unam.mx) 9. La evaluación del laboratorio, será en base a lo siguiente: A - (Aprobado); Cuando el promedio total de todas las prácticas de laboratorio sea mayor o igual a 6 siempre y cuando tengan el 90% de asistencia y el 80% de prácticas acreditadas en base a los criterios de evaluación. NA - (No Aprobado); No se cumplió con los requisitos mínimos establecidos en el punto anterior. NP - (No Presentó); con o sin asistencia pero que no haya entregado reporte alguno. 10. Los casos no previstos en el presente reglamento serán resueltos por el Jefe de Sección. NOTA: En caso de incurrir en faltas a las disposiciones anteriores, el alumno será acreedor a las siguientes sanciones por parte del profesor de laboratorio según sea el caso y la gravedad, baja temporal o baja definitiva del grupo de laboratorio al que está inscrito.. 2
ÍNDICE Contenido 1 Reglamento del Laboratorio 2 Índice 3 Práctica 1. Amplificador Multietapa en Acoplo Capacitivo. 4 Tema II de la Asignatura Práctica 2. Amplificador Multietapa en Acoplo Directo. 7 Tema II de la Asignatura Práctica 3. Amplificador Darlington. 10 Tema II de la Asignatura Práctica 4. Amplificador Cascodo. 14 Tema II de la Asignatura Práctica 5. Amplificador Diferencial. 17 Tema II de la Asignatura Práctica 6. Realimentación Serie Serie. 20 Tema III de la Asignatura Práctica 7. Realimentación Paralelo Serie. 23 Tema III de la Asignatura Práctica 8. Respuesta en Frecuencia. 26 Tema IV de la Asignatura Práctica 9. Respuesta en Frecuencia en un amplificador multietapa. 29 Tema IV de la Asignatura Práctica 10. Amplificador de Potencia Clase A Acoplo con Transformador. 32 Tema V de la Asignatura Práctica 11. Amplificador de Potencia Clase AB Simetría Complementaria. 35 Tema V de la Asignatura Bibliografía. 36 Hojas Técnicas. 37 3
PRÁCTICA 1. AMPLIFICADOR MULTIETAPA EN ACOPLO CAPACITIVO OBJETIVO Construir con transistores un amplificador multietapa en acoplo capacitivo y determinar su ganancia de voltaje total y por etapas, teniendo en cuenta sus características y limitaciones. INTRODUCCIÓN Cuando las necesidades de ganancia, potencia de salida y respuesta en frecuencia que se desea obtener de un amplificador con un sólo transistor son superiores a lo que puede suministrar éste, es necesario aplicar el concepto de multietapa, figura 1.1, que consiste en conectar en arreglo de cascada más de un transistor en forma individual, es decir, la señal de salida de la primera etapa se utiliza como entrada de la segunda etapa y así sucesivamente, hasta que las necesidades del diseño se cumplan. Para conectar estas etapas existen tres métodos básicos, acoplamiento por transformador, acoplamiento capacitivo y acoplamiento directo. Todos tienen propiedades diferentes y pueden usarse en cualquier circuito lineal o no lineal. En esta práctica se utilizará el acoplo capacitivo, este método conecta dos o más etapas a través de un capacitor como se observa en la figura 1.1. Cuando un capacitor se utiliza para este propósito, se denomina capacitor de acoplamiento. La ventaja de este método es bloquear la componente de corriente directa de una etapa a otra, permitiendo el paso de la corriente alterna. Una desventaja de este acoplamiento es que el capacitor presenta una reactancia, la cual está en función de la frecuencia, provocando una limitación en el ancho de banda del amplificador. Figura 1.1 La primera etapa, A V1, del amplificador de la figura 1.1, es la responsable de fijar la impedancia de entrada, luego suele haber una etapa de ganancia (o varias) y una etapa de salida, A V3, fijando la impedancia de salida y suministrando la corriente a la carga. En esta práctica el alumno obtendrá los puntos de operación de las diferentes etapas que compone el amplificador. Obtendrá también la ganancia de voltaje por etapas mediante la medición de los voltajes de CA a la salida de cada una de las etapas y del voltaje de entrada. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 4
2. Desarrollar el análisis teórico de la figura 1.2, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. (para el valor de = h fe refiérase al apéndice B). 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. MATERIAL Alambres y cables para conexiones. Tableta de conexiones 2 Resistencias de 100k a ½ watt R 1 y R 6 2 Resistencias de 10k a ½ watt R 2 y R 7 3 Resistencias de 1k a ½ watt R 3, R 5 y R 8 3 Resistencias de 560 a ½ watt R 4, R 9 y R 10 4 Capacitores de 100 F a 25V C 1, C 2, C 3 y C 4 2 Transistores 2N3904 T 1 y T 2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito de la figura 1.2. Con Vi apagado, mida y anote los valores de la tabla 1.1. Figura 1.2. T I B ( A) I C (ma) V C (V) V E (V) V CE (V) 1 2 Tabla 1.1 5
2. Encienda el generador de señales y ajústelo con una señal senoidal de 250mV PP y una frecuencia de 1kHz. Mida y dibuje las señales de: V i, V C1 y V S1, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 3. Ahora. Aumente Vi hasta que V S se empiece a distorsionar. Grafique las señales Vi y V S anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 4. Arme el circuito de la figura 1.3. Se podrá observar que solo cambia la salida del circuito de la figura 1.2. Figura 1.3. 5. Encienda el generador de señales y ajústelo con una señal senoidal de 250mV PP y una frecuencia de 1kHz. Mida y dibuje las señales de: V i, V C1 y V S2, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 6. Ahora. Aumente Vi hasta que V S se empiece a distorsionar. Grafique las señales Vi y V S anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. CUESTIONARIO 1. Compare los puntos 2 y 5 de la práctica y comente sus observaciones. 2. Compare la señal de salida del transistor 1 (V C1 ) con la señal de salida (V S1 ) del punto 2 y comente sus observaciones ampliamente. 3. En función de las señales de salida de los puntos 2 y 5 de la práctica Qué configuración es la etapa T1 y la etapa T2? 4. Qué efecto tiene el capacitor de desvío C 3 en el circuito de la figura 1.2? Explique su respuesta. 5. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. 6. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. 6
PRÁCTICA 2. AMPLIFICADOR MULTIETAPA EN ACOPLO DIRECTO OBJETIVO Construir con transistores un amplificador multietapa en acoplo directo y determinar su ganancia de voltaje total y por etapas, teniendo en cuenta sus características y limitaciones. INTRODUCCIÓN Se denomina multietapa a todos aquellos dispositivos amplificadores que se encuentran constituidos por más de un etapa amplificadora, dichas etapas amplificadoras se conectan utilizando un tipo de acoplamiento. El amplificador de acoplo directo de la figura 2.1, tiene una buena respuesta en frecuencia ya que no existen elementos de almacenamiento en serie que afecten la señal de salida en baja frecuencia. Una desventaja con respecto al acoplamiento capacitivo es que cualquier desplazamiento en el punto de reposo de una etapa previa (debido a una variación térmica) es amplificado por las etapas siguientes llegando a producir una operación de corte o saturación en las etapas finales del amplificador. Este acoplamiento se utiliza por lo general en el diseño de circuitos integrados analógicos y que están compuestos de diversas etapas acopladas normalmente en directa, cada una con una misión específica. Figura 2.1 La primera etapa, A V1, del amplificador de la figura 2.1, es la responsable de fijar la impedancia de entrada, luego suele haber una etapa de ganancia (o varias) y una etapa de salida, A V3, fijando la impedancia de salida y suministrando la corriente a la carga. En esta práctica el alumno obtendrá los puntos de operación de las diferentes etapas que compone el amplificador y la ganancia de voltaje. Obtendrá también la ganancia de voltaje por etapas mediante la medición de los voltajes de CA a la salida de cada una de las etapas y del voltaje de entrada. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. Desarrollar el análisis teórico de la figura 2.2, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. 7
EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. MATERIAL Alambres y cables para conexiones. Tableta de conexiones. 1 Resistencia de 47k a ½ watt R 2 2 Resistencias de 10k a ½ watt R 3 1 Resistencia de 2.2k a ½ watt R 1 2 Resistencias de 1k a ½ watt R 4 1 Resistencia de390 a ½ watt R 6 1 Resistencia de 330 a ½ watt R 8 2 Capacitores de 100 F a 25V C 1 y C 2 2 Transistores 2N3904 T 1 y T 2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito mostrado en la figura 2.2. Con Vi apagado, mida y anote los valores de la tabla 2.1. Figura 2.2 T I B ( A) I C (ma) V C (V) V E (V) V CE (V) 1 2 Tabla 2.1 2. Encienda Vi y ajústelo con una señal senoidal de 250mV pp a una frecuencia de 1kHz. 3. Mida y dibuje el voltaje en el punto A, el punto B y la salida Vs, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 8
CUESTIONARIO 1. Con los valores obtenidos en la práctica, calcule: a) 1 y 2. b) v 1, v 2 y v total. 2. Qué finalidad tienen los amplificadores en cascada? 3. Qué efecto se tendría en el amplificador de la figura 2.2 si existiera el capacitor de desvío en el transistor T 1? Justifique su respuesta. 4. Respecto al ángulo de fase cómo es Vs con respecto a Vi? Vs con respecto al punto B? y el punto B con respecto al punto A? Justifique su respuesta. 5. En función a la respuesta anterior, Qué configuración es la etapa T 1 y la etapa T 2? 6. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. 7. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. 9
PRÁCTICA 3. AMPLIFICADOR DARLINGTON OBJETIVO Obtener los valores de CD y CA en un amplificador Darlington típico para, en base a esos datos, determinar el funcionamiento del amplificador. INTRODUCCIÓN Hay muchas razones para utilizar transistores con ganancia de corriente muy alta, y aunque están disponibles en un solo encapsulado, por lo general es mejor construirlo con dispositivos discretos. Esto le da una mayor flexibilidad y permite crear configuraciones que están optimizados para una tarea específica. Para crear un transistor con una alta ganancia de corriente basta conectar dos o más transistores de tal manera que el colector de corriente de la primera etapa sea amplificada por la segunda etapa, llamado configuración Darlington. Por lo tanto si dos transistores tienen una ganancia de corriente (β o h fe ) de 50, los dos transistores conectados entre sí pueden dar una ganancia de corriente de 2,500. Un par Darlington consta de dos transistores de la misma polaridad. Un Darlington NPN tendrá dos transistores NPN conectados como se muestra en la figura 3.1a, y en un Darlington PNP se utilizan dos transistores PNP conectados como se muestra en la figura 3.1b. El alumno comprobará en esta práctica que la corriente del emisor I E1 es igual a la corriente de la base I B2. Comprobará las diferencias que existen entre las corrientes de los colectores y que los voltajes colectoremisor, V CE, de ambos son casi iguales, y la manera de limitar el flujo de corriente en un amplificador Darlington. (a) Figura 3.1 (b) ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. Desarrollar el análisis teórico de las figuras 3.2, 3.3 y 3.4, con y sin capacitor de desvío, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito de la figura 3.2, 3.3 y 3.4. 5. Traer el circuito armado. 10
EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. MATERIAL Alambres y cables para conexiones. 1 Resistencia de 100 a ½ watt R 5 Tableta de conexiones. 1 Capacitor de 100 F a 25V C 2 1 Resistencia de 100k a ½ watt R 1 1 Capacitor de 22 F a 25V C 1 1 Resistencia de 56k a ½ watt R 2 1 Transistor BC547A T 1 2 Resistencias de 220 a ½ watt R 3, R 4 1 Transistor TIP31C T 2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito de la figura 3.2. Con Vi apagado, mida y anote los valores que se indican en la tabla 3.1. Figura 3.2 T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 Tabla 3.1 2. Encienda Vi, y ajústelo con una señal senoidal de 1V PP a una frecuencia de 1kHz. Mantenga estos valores para toda la práctica. Mida y dibuje el valor de las señales que se indican en la tabla 3.2. V B1 (V) V B2 (V) V S (V) Tabla 3.2 3. Arme el circuito de la figura 3.3. Con Vi apagado, mida y anote los valores que se indican en la tabla 3.3. 11
Figura 3.3 T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 Tabla 3.3 4. Encienda Vi y sin conectar C 2 mida y dibuje las señales V i y Vs, anotando sus valores en la tabla 3.4. 5. Conecte C 2, mida y dibuje nuevamente V i y Vs, anotando sus valores en la tabla 3.4. Sin C 2 Con C 2 V i (V) V S (V) V i (V) V S (V) Tabla 3.4 6. Arme el circuito de la figura 3.4. Con Vi apagado, mida y anote los valores que se indican en la tabla 3.5. Figura 3.4 T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 12
Tabla 3.5 7. Encienda Vi y sin conectar C 2 mida y dibuje V i y Vs, anotando sus valores en la tabla 3.6. 8. Conecte C 2 mida y dibuje nuevamente V i y Vs, anotando sus valores en la tabla 3.6. Sin C 2 Con C 2 V i (V) V S (V) V i (V) V S (V) Tabla 3.6 CUESTIONARIO 1. Con los datos obtenidos en la práctica, calcule, para los circuitos de las figuras, 3.2, 3.3 y 3.4. a. 1, 2 y la equivalente del amplificador. b. v 1, v 2 y v total. 2. Qué configuración se tiene en el circuito de la figura 3.2 y 3.3? 3. Compare el funcionamiento del circuito de la figura 3.2 con el de la figura 3.3 y comente los resultados. 4. Compare el funcionamiento del circuito de la figura 3.3 con el de la figura 3.4 y comente los resultados. 5. Qué finalidad tiene el conectar la resistencia R 3 en el Darlington? Justifique su respuesta. 6. Sugiera 3 aplicaciones con el amplificador Darlington. 7. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. 8. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. 13
9. PRÁCTICA 4. AMPLIFICADOR CASCODO OBJETIVO Observar el funcionamiento del amplificador cascodo, como desviador de nivel. INTRODUCCIÓN Una aplicación típica del amplificador cascodo es utilizarlo para producir un desplazamiento de nivel. Esta configuración es utilizada en amplificadores de circuitos integrados como etapa de salida para limitar o eliminar el nivel de voltaje de CD en éste, ampliando su ancho de banda. El alumno podrá observar mediante el armado del amplificador desviador de nivel, que el transistor T 3 es una fuente de corriente que proporciona una corriente, independiente de los otros dos transistores. Forzando que la corriente que proporciona el transistor T 2 en configuración colector común sea igual a la corriente T 3, haciendo que el amplificador cascodo actué como un desviador de nivel, produciendo 0 volts de CD a la salida del amplificador. También podrá verificar que el voltaje Vc 3 es igual al voltaje de salida Vs, donde existe una señal de corriente alterna amplificada y desfasada 180º con respecto a la señal de entrada. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. Desarrollar el análisis teórico de la figura 4.1, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. MATERIAL Alambres y cables para conexiones Tableta de conexiones. 1 Resistencia de 10k a ½ watt R S 1 Resistencia de 1M a ½ watt R 2 1 Resistencia de 3.3k a ½ watt R 5 2 Resistencias de 100k a ½ watt R 1, R S 1 Resistencia de 1.8k a ½ watt R 8 1 Resistencia de 56k a ½ watt R S 2 Resistencias de 1k a ½ watt R 4, R 7 1 Resistencia de 27k a ½ watt R S 1 Potenciómetro de 15k R 3 1 Resistencia de 15k a ½ watt R 6 3 Transistores 2N3904 T 1, T 2, T 3 14
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito de la figura 4.1. Ajuste Vi con una señal senoidal de 500mVpp y una frecuencia de 1kHz. 2. Varíe el potenciómetro hasta obtener en el colector del transistor T 3 0Vcd. Figura 4.1 3. Apague Vi, mida y anote los valores que se indican en la tabla 4.1. T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 3 Tabla 4.1 4. Encienda Vi, mida y dibuje las señales V S y Vi, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 5. Desconecte el potenciómetro y mida su valor. Conecte nuevamente el potenciómetro (sin variar el valor obtenido en el punto anterior). 6. Conecté la resistencia de carga en el circuito de la figura 4.1 (colector del transistor 3) variándola con los valores indicados en la tabla 4.2, mida para cada una el voltaje de salida y determine la ganancia de voltaje para cada caso. 15
R S V S v 150k 86k 33k 5.6k Tabla 4.2 CUESTIONARIO 1. Por qué el voltaje Vs de corriente directa es igual a cero volts? 2. Comente los resultados de la tabla 4.2. 3. Qué función realiza el transistor T 3 en el circuito? Indique qué papel juega en los circuitos integrados. 4. Mencione dos aplicaciones prácticas del Amplificador Desviador de Nivel. 5. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. 6. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. 16
PRÁCTICA 5. AMPLIFICADOR DIFERENCIAL OBJETIVOS Armar un amplificador diferencial básico. Obtener, a partir de datos experimentales, la ganancia de voltaje a modo común, a modo diferencial y la relación de rechazo a modo común (CMRR). INTRODUCCIÓN La configuración del amplificador diferencial es de extrema importancia ya que es usado como un bloque básico en la construcción de muchos amplificadores realimentados y en la mayoría de los amplificadores lineales de circuitos integrados. La función de un amplificador diferencial es, en general, amplificar la diferencia entre dos señales de entrada. La necesidad de un amplificador de este tipo surge en muchas mediciones físicas y de instrumentación, donde se requiere una respuesta desde CD hasta varios mega hertz y éste es precisamente el rango de funcionamiento del amplificador diferencial. Para poder determinar el funcionamiento del amplificador diferencial es necesario conocer sus parámetros más importantes, como son: La ganancia de voltaje a modo común, la ganancia a modo diferencial y la CMRR. La CMRR es una relación que nos indica que tan bueno es un amplificador diferencial. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. Desarrollar el análisis teórico de la figura 5.1, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. MATERIAL Alambres y cables para conexiones Tableta de conexiones. 1 Resistencia de 1k a ½ watt R E3 1 Resistencia de 100k a ½ watt. R 4 1 PRE-SET de 220 R P 5 Resistencias de 10k a ½ watt R 1, R 2, R 3, R B1, R B2 2 Capacitores de 22 F a 25V C C1, C C2 4 Resistencias de 1.2k a ½ watt Rs 1, Rs 2, Rc 1, Rc 2 3 Transistores BC547A T 1, T 2, T 3 17
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito de la figura 5.1, ajuste V 1 con una señal senoidal de 250mVpp, a una frecuencia de 1kHz. (Mantenga estos valores para toda la práctica). Figura 5.1 2. Con V 1 apagado y el interruptor en el punto A, mida y anote los valores indicados en la tabla 5.1. T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 3 Tabla 5.1 3. Varíe el PRE-SET (R P ), hasta obtener que las corrientes I E1 e I E2 sean iguales y anote los valores que se indican en la tabla 5.2. T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 3 Tabla 5.2 4. Encienda V 1 y el interruptor en el punto A, mida, dibuje y anote los valores indicados en la tabla 5.3. V 1 (V) V 2 (V) V S1 (V) V S2 (V) Tabla 5.3 18
5. Cerrando ahora el interruptor en el punto B, mida, dibuje y anote los valores indicados en la tabla 5.4. V 1 (V) V 2 (V) V S1 (V) V S2 (V) Tabla 5.4 6. Cierre ahora el punto C. Mida, dibuje y anote los valores indicados en la tabla 5.5. V 1 (V) V 2 (V) V S1 (V) V S2 (V) CUESTIONARIO Tabla 5.5 1. Con los valores obtenidos durante el desarrollo de la práctica calcule: a) La ganancia de voltaje a modo común. b) La ganancia de voltaje a modo diferencial. c) Diga, como aumentar el CMRR. 2. Del punto (4) del desarrollo, compare Vs 1 y Vs 2 con los resultados teóricos, explique la diferencia entre los dos si es que la hay. 3. Del punto (5) del desarrollo, compare Vs 1 y Vs 2, coinciden con los resultados teóricos?, por qué? 4. Del punto (6) del desarrollo, compare Vs 1 y Vs 2 con los resultados teóricos, explique su respuesta. 5. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. 6. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. 19
PRÁCTICA 6. REALIMENTACIÓN SERIE SERIE OBJETIVOS El alumno podrá comprobar la ganancia de malla cerrada en un circuito de acoplo directo. Comprobar el margen de funcionamiento lineal de un amplificador realimentado. INTRODUCCIÓN En los amplificadores con transistores pueden presentarse características no lineales como distorsión, ruido, efectos de temperatura, inestabilidad, etc. Para evitar hasta donde sean posible estos efectos no lineales se usan las propiedades de la realimentación negativa o degenerativa. La realimentación negativa tiene el efecto de estabilizar el amplificador, aumentar el ancho de banda disminuyendo con esto la ganancia, reducir la distorsión y los ruidos. Se pueden modificar las impedancias de entra y salida aumentando o disminuyendo según se desee. La realimentación positiva ó regenerativa, aumenta la ganancia, reduciendo el ancho de banda así como la estabilidad del amplificador. Generalmente se utiliza para osciladores. Existen cuatro conexiones básicas en los amplificadores realimentados. Los cuales se clasifican dependiendo si la señal de salida que se muestrea es una corriente o un voltaje y dependiendo si la señal realimentada es una corriente o un voltaje, estas configuraciones básicas son: realimentación serie paralelo, serie serie, paralelo serie y paralelo paralelo El alumno podrá determinar con esta práctica los efectos que se tienen cuando la realimentación se hace con acoplo directo, el alumno comprobará el efecto que se tienen en los amplificadores realimentados al desconectar el elemento de realimentación. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. Desarrollar el análisis teórico de la figura 6.1, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. 20
MATERIAL Alambres y cables para conexiones 1 Resistencia de 1.8k a ½ watt R 5 Tableta de conexiones. 1 Resistencia de 1.5k a ½ watt R 6 1 Resistencia de 330k a ½ watt. R 2 1 Resistencia de 1k a ½ watt R 4, R 9 1 Resistencia de 100k a ½ watt R 1 1 Resistencia de 470 a ½ watt R 8 1 Resistencia de 10k a ½ watt R 7 1 Capacitor de 100 F a 25V C 1 1 Resistencia de 5.6k a ½ watt R 3 3 Transistores 2N3904 T 1, T 2, T 3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito de la figura 6.1, ajuste Vi con una señal senoidal de 300mVpp y una frecuencia de 1kHz. Con Vi apagado, anote los valores que se indican en la tabla 6.1. Figura 6.1 T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 3 Tabla 6.1 2. Encienda Vi, mida y dibuje Vi y Vs, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 3. Sin realimentación (desconecte la resistencia R 7 ), obtenga nuevamente los siguientes valores (Con Vi apagado). T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 3 4. Repita el paso 2. 21
5. Conecte nuevamente la realimentación y encendiendo Vi, mida Vs para los diferentes valores de Vi, llene la tabla 6.2 anotando sus observaciones. Dibuje Vs para el máximo y mínimo valor de la tabla 6.2. Vi Vs OBSERVACIONES 300mVpp. 400mVpp. 500mVpp. 1.0Vpp Tabla 6.2 CUESTIONARIO 1. En qué consiste la realimentación. 2. Explique lo ocurrido en los pasos 2 y 4. 3. Explique lo ocurrido en los pasos 1 y 3. 4. Si el capacitor se quitara del emisor de transistor T 2, Qué cambios se producirían en el circuito?, explique su respuesta. 5. Calcule la ganancia total, para cada uno de los valores de la tabla 6.2. 6. Como son las impedancias de salida y entrada del circuito de la figura 6.1, comente su respuesta. 7. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. 8. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. 22
PRÁCTICA 7. REALIMENTACIÓN PARALELO SERIE OBJETIVOS El alumno podrá comprobar los efectos que produce la ganancia de malla abierta y la ganancia de malla cerrada. El alumno analizará las diferentes configuraciones con realimentación y sus propiedades. INTRODUCCIÓN Los circuitos de acoplo directo con realimentación directa, resistiva o elementos activos (transistores bipolares, transistores de efecto de campo, etc.), se utilizan mucho en la construcción de circuitos integrados, a diferencia de los circuitos de acoplo capacitivo, como elemento de realimentación, los cuales bajan la respuesta en frecuencia. En la construcción de circuitos, el tamaño que ocupa el capacitor con respecto al transistor es relativamente grande, por esto y otras consideraciones se utilizan circuitos de acoplo directo. El alumno podrá determinar en este circuito realimentado, los puntos de operación de los transistores, la ganancia de voltaje del amplificador sin realimentación y la ganancia de voltaje del mismo amplificador con realimentación, con estos datos obtenidos, el alumno determinará los efectos que produce la realimentación negativa en los amplificadores. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. Desarrollar el análisis teórico de la figura 7.1, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. MATERIAL Alambres y cables para conexiones 1 Resistencia de 1.5k a ½ watt R 2 Tableta de conexiones. 1 Resistencia de 560 a ½ watt R 6 1 Resistencia de 150k a ½ watt. R 4 1 Resistencia de 470 a ½ watt R 7 1 Resistencia de 120k a ½ watt R 1 1 Capacitor de 470 F a 25V C 2 1 Resistencia de 15k a ½ watt R 3 1 Capacitor de 220nF a 25V C 1 1 Resistencia de 1.8k a ½ watt R 5 2 Transistores 2N3904 T 1, T 2 23
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito de la figura 7.1. Ajuste Vi, con una señal senoidal de 250mVpp y una frecuencia de 1kHz. Con Vi apagado mida y anote los valores indicados en la tabla 7.1. Figura 7.1 T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 Tabla 7.1 2. Encienda Vi, mida y dibuje las señales en Vi y Vs, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 3. Sin realimentación (desconecte la resistencia R 3 ), anote los valores indicados en la tabla 7.2. (Con Vi apagado). T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 4. Repita el paso 2. Tabla 7.2 5. Conecte nuevamente la realimentación y encienda Vi, mida y dibuje Vs para los diferentes valores de Vi, llene la tabla 7.3 anotando sus observaciones. Vi Vs OBSERVACIONES 250mVpp. 500mVpp. 1.0Vpp. 1.5Vpp. Tabla 7.3 24
6. Desconecte el capacitor de desvío C 2 del emisor del transistor T 2 y conéctelo en el emisor del transistor T 1. 7. Con los valores de Vi del punto 1, mida y dibuje las señales en Vi y Vs, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 8. Con Vi apagado anote los valores que se indican en la tabla 7.4. T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 Tabla 7.4 CUESTIONARIO 1. Calcule la ganancia para cada uno de los datos de la tabla 7.3. 2. Qué efecto provocaría en el circuito de la figura 7.1 si el capacitor C 2 estuviera en corto? 3. Comente la diferencia si existe entre los pasos 3 y 5. 4. Si el capacitor de desvío C 2 está conectado en el emisor del transistor T 2. Qué tipo de configuración es y qué realimenta y qué muestrea? 5. Si el capacitor de desvío C 2 está conectado en el emisor del transistor T 1. Qué tipo de configuración es y qué realimenta y qué muestrea? 6. Si existiera un capacitor de desvío en el emisor del transistor T 1 y en el emisor del transistor T 2 Qué tipo de configuración es? 7. Como son las impedancias de entrada y salida cuando el capacitor C 2 se encuentra en el emisor del transistor dos y cuando está en el emisor del transistor uno, comente sus resultados. 8. Qué efecto se produce en el circuito el tener una doble realimentación en CD, explíquelo? 9. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. 10. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. 25
PRÁCTICA 8. RESPUESTA EN FRECUENCIA OBJETIVO Determinar la respuesta en frecuencia de un amplificador emisor común, mediante el armado y prueba en el laboratorio. INTRODUCCIÓN La respuesta en frecuencia de un amplificador describe la facilidad con que el amplificador reproduce una gama o margen de frecuencias. A causa del precio y otras consideraciones prácticas, al diseñarse un amplificador debe de especificarse el margen de frecuencias en el que trabaja (ancho de banda). Una característica importante de un amplificador es, el voltaje de salida en cada una de las frecuencias comprendidas en un ancho de banda para un nivel dado de la señal de entrada. Estas características se pueden determinar utilizando un generador senoidal con frecuencia variable y un osciloscopio para observar y medir la señal de entrada y salida del amplificador. Posteriormente se podrá calcular la ganancia en cada rango de frecuencia. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. Desarrollar el análisis teórico de la figura 8.1, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. MATERIAL Alambres y cables para conexiones Tableta de conexiones. 1 Resistencia de 33 a ½ watt R 5 1 Resistencia de 15k a ½ watt. R 2 1 Capacitor de 680 F a 25V C 4 1 Resistencia de 3.3k a ½ watt R 1 1 Capacitor de 100 F a 25V C 3 1 Resistencia de 2.2k a ½ watt R 6 1 Capacitor de 22 F a 25V C 2 1 Resistencia de 1.5k a ½ watt R 3 1 Capacitor de 10 F a 25V C 1 1 Resistencia de 220 a ½ watt R 4 1 Transistor 2N3904 T 26
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito mostrado en la figura 8.1. Ajuste Vi, con una señal senoidal de 200mVpp y una frecuencia de 1kHz. Apague Vi, y anote los valores que se indican en la siguiente tabla. V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) Figura 8.1 2. Encienda Vi, mida y dibuje las señales en Vi y Vs, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 3. Haciendo las mediciones y observaciones necesarias, llene la tabla 8.1. El valor de Vi en todas las mediciones debe mantenerse en 200mVpp, de ser necesario ajústelo. FRECUENCIA (Hz) V i (mv) V S ( V ) OBSERVACIONES 20 200 40 200 60 200 80 200 100 200 200 200 400 200 600 200 800 200 1,000 200 2,000 200 4,000 200 6,000 200 8,000 200 10,000 200 Tabla 8.1 4. Cambie el capacitor de desvió C 3 por C 4, y repita los pasos 3 y 4 llenando ahora la tabla 8.2. 27
FRECUENCIA (Hz) V i (mv) V S ( V ) OBSERVACIONES 20 200 40 200 60 200 80 200 100 200 200 200 400 200 600 200 800 200 1,000 200 2,000 200 4,000 200 6,000 200 8,000 200 10,000 200 Tabla 8.2 CUESTIONARIO 1. Con los valores obtenidos en la práctica, calcule. 2. Calcule la ganancia de voltaje para cada una de las mediciones efectuadas en la tabla 8.1 y 8.2. 3. Grafique, en papel semilogarítmico la relación v/ según los datos obtenidos durante el desarrollo de la práctica, para las tablas 8.1 y 8.2. 4. Qué efecto, con respecto a la frecuencia, producen los capacitores de acoplo y desvió del circuito de la figura 8.1? 5. Por qué es importante conocer la respuesta en frecuencia en un amplificador? 6. Compare los resultados de las tablas 8.1 cuando el capacitor es de 100 F con los de la tabla 8.2, cuando el capacitor es de 680 F, comente sus resultados. 7. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. 8. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. 28
PRÁCTICA 9. RESPUESTA EN FRECUENCIA EN UN AMPLIFICADOR MULTIETAPA OBJETIVO Observar la respuesta en frecuencia de un amplificador multietapa en acoplo capacitivo, así como el ancho de banda de operación. INTRODUCCIÓN Otro tipo de acoplamiento es el acoplo capacitivo, este método conecta dos o más etapas a través de un capacitor como se observa en la figura 9.1. La respuesta en frecuencia se ve afectada por más de tres capacitores que tiene un amplificador con un solo transistor, limitando el ancho de banda. Figura 9.1 Una característica importante de un amplificador es el voltaje de salida en cada una de las frecuencias comprendidas en un ancho de banda para un nivel dado de la señal de entrada. Estas características se pueden determinar utilizando un generador senoidal con frecuencia variable y un osciloscopio para observar y medir la señal de entrada y salida del amplificador. Posteriormente se podrá calcular la ganancia en cada rango de frecuencia. En esta práctica el alumno obtendrá la ganancia de voltaje de un amplificador de dos etapas con acoplo capacitivo, a una frecuencia determinada del diseño. Podrá observar en esta práctica el comportamiento Obtendrá también la ganancia de voltaje por etapas mediante la medición de los voltajes de CA a la salida de cada una de las etapas y del voltaje de entrada. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. Desarrollar el análisis teórico de la figura 9.2, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. EQUIPO Fuente de voltaje de CD. 29
Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. MATERIAL Alambres y cables para conexiones Tableta de conexiones. 2 Resistencia de 1k a ½ watt R 10, R 11 1 Resistencia de 1M a ½ watt. R 2 1 Resistencia de 470 a ½ watt R 6 2 Resistencias de 470k a ½ watt R 7, R 8 2 Capacitores de 100 F a 25V C 3, C 5 3 Resistencias de 100k a ½ watt R 3, R 4, R 9 3 Capacitores de 22 F a 25V C 1, C 2, C 4 2 Resistencias de 10k a ½ watt R 1, R 5 2 Transistores 2N3904 T 1, T 2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito de la figura 9.2, ajuste Vi, con una señal senoidal de 200mVpp y una frecuencia de 1kHz. Apague Vi, y anote los valores que se indican en la tabla 9.1. Figura 9.2 T V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 1 2 Tabla 9.1 3. Encienda Vi, mida y dibuje las señales en Vi, V C1 y Vs, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 4. Haciendo las mediciones y observaciones necesarias, llene la tabla 9.2. El valor de Vi en todas las mediciones debe mantenerse en 200mVpp, de ser necesario ajústelo. Frecuencia (Hz) V i (mv) V S ( V ) A B 20 200 40 200 60 200 80 200 100 200 200 200 30
400 200 600 200 800 200 1,000 200 2,000 200 4,000 200 6,000 200 8,000 200 10,000 200 Tabla 9.2 Nota: Para el paso anterior, el CH1 debe ser puesto en 50mV y el CH2 en 1V, se deberán de mantener en esta posición para el desarrollo de este paso. Para calcular A y B de la figura de Lissajous, del panel del osciloscopio pulse el botón que indica pantalla y a continuación el botón que indica formato XY. Aparcera en la pantalla del osciloscopio una figura de Lissajous. Para cambiar la frecuencia y verla en la pantalla del osciloscopio pulse el botón formato XY y a continuación el botón medidas. Para medir A y B repita el paso anterior. CUESTIONARIO 1. Con los valores obtenidos en la práctica, calcule: a) 1 y 2. b) v 1, v 2 y v total. 2. Respecto al ángulo de fase cómo es Vs con respecto a Vi? Vs con respecto a V C1? y V C1 con respecto a Vi? Justifique su respuesta. 3. Grafique, en papel semilogarítmico la relación v/ según los datos obtenidos durante el desarrollo de la práctica, para la tabla 9.2. 4. En función a la respuesta anterior, Cuál es el rango de frecuencia, del ancho de banda que se obtiene en la grafica? 5. Qué efecto se tendría en el amplificador de la figura 9.2 si no existieran los capacitores de desvío en los transistores T 1 y T 2? Justifique su respuesta. 6. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CD. Coméntelos. 7. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos en CA. Coméntelos. 31
8. PRÁCTICA 10. AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE A, ACOPLO CON TRANSFORMADOR OBJETIVOS Analizar experimentalmente el funcionamiento de un amplificador clase A, acoplado con transformador. Determinar en forma experimental el valor de la carga R S, acoplada con transformador, para que pueda existir la máxima transferencia de energía del amplificador a ésta, con la menor distorsión. INTRODUCCIÓN No todas las etapas con transistores son amplificadores de potencia, el término Amplificadores de Potencia usualmente se aplica a las etapas de salida, las cuales están diseñadas para proveer la señal de potencia necesaria para manejar grabadoras, aparatos reproductores y otros dispositivos de salida. Los amplificadores de potencia son entonces las etapas que operan con un gran swing de voltaje o de corriente donde los parámetros h o no son exactos para un análisis de corriente, en otras palabras no operan en señal pequeña. La primera consideración de las etapas de amplificación de potencia no es la ganancia de corriente o voltaje, sino la potencia que entrega a la salida. Algunos de los objetivos de diseño de estas etapas son; mínima distorsión, máxima eficiencia y una adecuada respuesta en frecuencia. La selección del transistor para un amplificador de potencia está determinada por la configuración del circuito, el voltaje y la corriente de salida. Al operar el transistor deben de ser tomadas en cuenta las condiciones de seguridad del transistor para no exceder sus rangos de operación, como: potencia disipada Pd, voltaje colector emisor V CEo, corriente de operación Ic y tiempo de respuesta tr. En esta práctica de laboratorio, el alumno armara un amplificador clase A, acoplado con transformador y determinará sus características de operación y funcionamiento. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. Desarrollar el análisis teórico de la figura 10.1, éste deberá ser entregado al profesor del laboratorio al inicio del mismo de lo contrario no podrá realizar la práctica de laboratorio. 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. (Coloque un disipador al transistor) 6. Trae un plug de 3.5mm (con cables para conexión) EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. 32
Bocina de 8Ω. MATERIAL Alambres y cables para conexiones Tableta de conexiones. 1 Capacitor de 680 F a 25V C 2 1 Resistencia de 1.2k a ½ watt. R 2 1 Capacitor de 22 F a 25V C 1 1 Resistencia de 470 a ½ watt R 1 1 Transistor TIP31C T 1 Resistencia de 150 a ½ watt R 3 1 Transformador 5:1 @ 1A. tr 2 Resistencias de 10 a ½ watt. R 4, R 5 1 Radio con entrada de 3.5mm 1 Potenciómetro de 100 R P 1 Disipador de calor. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el circuito de la figura 10.1, el transistor debe ser montado en el disipador. Ajuste Vi, con una señal senoidal de 200mVpp a una frecuencia de 100Hz. Figura 10.1 2. Con Vi apagado mida y anote los siguientes valores. V C (V) V E (V) V CE (V) I B ( A) I C (ma) 3. Encienda Vi, mida y dibuje la señales en Vi y Vs, anotando su amplitud, frecuencia y ángulo de fase. 4. Sustituya, en el circuito de la figura 10.1, la resistencia R 5 por el potenciómetro R P 5. Varié el potenciómetro hasta obtener, sin variar V i, el máximo Vs. Dibuje, en una misma gráfica, las señales V i y Vs. 6. Desconecte el potenciómetro y con el multímetro, mida y anote el valor del potenciómetro. 7. Intercambie el generador de señales por un radio (el radio será conectado directamente al capacitor C 1 ). Y el potenciómetro R P por una bocina, con el radio apagado mida y anote los siguientes valores. V C (V) V E (V) V CE (V) I C (ma) 8. Encienda el radio, sintonizándolo en cualquier estación y calcule los siguientes valores. 33
V C(t) (V) V S(t) (V) I C(t) (ma) I S(t) (ma) CUESTIONARIO 1. Con los datos obtenidos en la práctica, determina: a. La del transistor. b. Las líneas de carga de CD y CA. c. La ganancia de voltaje. 2. Considerando los datos de la práctica, Cuál debe ser el valor de Rs para que exista la máxima transferencia de energía del amplificador a la carga? 3. En base a los resultados de la práctica, calcule: a. La potencia alimentada al circuito P CC b. La potencia disipada por el transistor P dc c. La potencia de salida P Sca d. La eficiencia 4. Compare los resultados cuando se utilizó el generador de funciones y cuando se sustituyó con el radio. Comente sus resultados. 5. Comente sus observaciones del punto 8. 6. Realice una tabla comparativa entre los resultados teóricos anteriormente calculados con los prácticos. Coméntelos. 34
PRÁCTICA 11. AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE AB CUASICOMPLEMENTARIO OBJETIVOS Diseñar y construir un amplificador de potencia clase AB cuasicomplementario con etapa excitadora. Observar los planteamientos teóricos con los prácticos de un amplificador de audio Clase AB. INTRODUCCIÓN Cuando se desea diseñar un amplificador de potencia lo primero que tenemos que observar, son las diferentes clases de amplificadores de potencia que existen (clase A, clase B, y clase AB), que nos pueden servir para poder elegir cuál de las diferentes clases podemos emplear para poder diseñar un amplificador de potencia con una eficiencia adecuada y practico en su operación y con un mínimo de componentes. Para esta práctica el alumno diseñará y construirá un amplificador clase AB con una etapa cuasicomplementario, utilizando una etapa excitadora con una ganancia determinada. Determinará sus características teóricas principales y las comprobará prácticamente. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA 1. El alumno deberá leer la práctica de laboratorio. 2. El alumno diseñará y construirá un amplificador de potencia Clase AB cuasicomplementario con etapa excitadora considerando los siguientes datos: a. MáxP S = 10W b. V CC = 25V c. R S = 8 3. Realizar una introducción relacionada a la práctica diferente a la que incluye el manual. 4. Realizar la simulación del circuito. 5. Traer el circuito armado. EQUIPO El utilizado por el diseño MATERIAL El encontrado en el diseño PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Dibujará el circuito y armará el mismo, tomando todos los valores posibles (con señal y sin señal de entrada). 2. Para las pruebas se utilizara un radio y una bocina como elementos de entrada y salida, del amplificador. CUESTIONARIO El alumno desarrollará la práctica, teórica y prácticamente haciendo todos los pasos que pueda incluir; la práctica será entregada tal y como se han realizado las demás prácticas. 35