exp206 respuesta de los amplificadores a la alta

EXP206
RESPUESTA DE LOS AMPLIFICADORES A LA ALTA FRECUENCIA
I.- OBJETIVOS.
Graficar el comportamiento de la ganancia con respecto a la frecuencia.
Medir la frecuencia de corte.
Medir las frecuencias de corte debidas a las capacitancias shunt.
Demostrar el efecto de la capacitancia Miller en la frecuencia de corte
superior.
II.- LISTA DE MATERIAL Y EQUIPO.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
3
Osciloscopio
Fuente de poder
Generador de señales
Transistor NPN 2N3904
Resistencia de 82 K, ½ W
Resistencia de 15 K, ½ W
Resistencia de 5.6 K, ½ W
Resistencia de 3.3 K, ½ W
Resistencia de 1.5 K, ½ W
Resistencia de 100 , ½ W
Resistencia de 560 , ½ W
Resistencia de 56 , ½ W
Capacitor de 100 F
Capacitores de 10 F
Capacitores de 0.001 F
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FIME, Depto. De Electrónica
III.- CIRCUITO DEL EXPERIMENTO.
Figura 1. Respuesta a la alta frecuencia de un EC
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FIME, Depto. De Electrónica.
IV.- TEORÍA PRELIMINAR.
Cuando la frecuencia se incrementa, la impedancia de un capacitor
disminuye. Esto puede ser la causa de que la ganancia de un amplificador
disminuya con el incremento de la frecuencia.
Los transistores tanto bipolares como Fets contienen entre sus terminales unas
capacitancias muy pequeñas y estas son las que provocan que en el
funcionamiento en altas frecuencias la ganancia de los amplificadores disminuya,
debido a que las capacitancias se comportan como cortocircuito.
Se define rango de frecuencias medias aquél en donde la frecuencia es tal que los
capacitores externos actúan como cortocircuito y las capacitancias internas como
circuitos abiertos por lo que la ganancia de voltaje del amplificador es constante y
su valor se denomina Am.
El rango de frecuencias en donde la ganancia decrece con el incremento d ela
frecuencia se le llama rango de altas frecuencias.
La frecuencia de corte superior es el valor de la frecuencia a la cual la ganancia
disminuye al 0.707 de Am.
Debido a que las capacitancias internas son muy pequeñas y por lo tanto difíciles
de medir, en el circuito amplificador emisor-común de la figura 1, se han instalado
capacitancias shunt artificiales con el propósito de investigar la respuesta a la alta
frecuencia del amplificador. Lo anterior permite ganar experiencia en los
problemas asociados con tales capacitancias y sobre todo medir las frecuencias
de corte del amplificador.
Las siguientes ecuaciones pueden ser empleadas para determinar la frecuencia
de corte superior.
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FIME, Depto. De Electrónica.
fh(CT) =
fh(CCE ) =
1
Rin // Rs CT
2
1
Ro // Rl CCE
2
En donde:
CT = CBE + CBC 1 gmR' l R’l = Rl // RC
Rin = Rb // hie
Ro = Rc
La frecuencia de corte superior fh del amplificador será la menor de las dos
(suponiendo que sus valores están muy separados).
En los experimentos se pretende comprobar los fundamentos teóricos. Por tal
razón, los circuitos se diseñaron para manejar poca ganancia de voltaje y las
capacitancias externas para disminuir la frecuencia de corte superior. La señal de
entrada se toma como un divisor de voltaje con el propósito de atenuar la señal de
salida del generador.
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FIME, Depto. De Electrónica.
V.- PROCEDIMIENTO.
Armado el circuito:
1. Armar el circuito amplificador emisor-común de la figura 1. Observe la polaridad
de los capacitores electrolíticos.
Medición del punto de operación.
2. Medir con el multímetro digital los siguientes voltajes de CD, con el propósito de
determinar el punto de operación.
VCC = ____________________
VE = ____________________
VC = ____________________
VB = ____________________
Ganancia Am a frecuencias medias.
3. Aplicar una señal de entrada Vi senoidal de 1 KHz, 20 mVp-p, con la ayuda del
generador de señales. En el osciloscopio observe y mida los voltajes de las
señales de entrada y salida Vi y Vo. Observe que al variar ligeramente la
frecuencia la magnitud de Vo se mantiene constante.
Vi = ____________________
Vo = ____________________
Am = ____________________
Ganancia contra frecuencia.
4. Incremente la frecuencia de la señal de entrada en un rango de 1 KHz a 50
KHz. Tome lectura de las amplitudes de los voltajes de entrada y salida Vo y Vi
para cada frecuencia. Los valores siguientes se sugieren pero se pueden cambiar
por otros. Complete la siguiente tabla.
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FIME, Depto. De Electrónica.
F (Hertz)
1K
2K
4K
8K
9K
10K
11K
12K
13K
15K
20K
40K
50K
Vi
Vo
Vo/Vi
Frecuencia de corte superior fh.
5. Determine experimentalmente la frecuencia de corte superior del amplificador.
Para ello determine el valor de la frecuencia a la cual la ganancia es el 70.7% de
Am.
fh = ____________________
Frecuencia de corte de la capacitancia de entrada CT .
6. Determine el valor de la frecuencia de corte debido al efecto de la capacitancia
de salida f(CT). Remueva del circuito la capacitancia CCE , luego aplique una
frecuencia de 1 KHz, mida Vo y enseguida incremente la frecuencia hasta que Vo
disminuya a un 70.7% de su valor. Mida la frecuencia f(CT).
f(CT) = ____________________
7. Determine el valor de la frecuencia de corte debida a la capacitancia de salida
f(CCE) quitando los capacitores CBC y CBE . Aplique una frecuencia de 1 KHz mida
Vo luego incremente la frecuencia hasta que Vo disminuya a un 70.7% de su
valor. Mida la frecuencia f(CCE).
f(CCE) = ____________________
8. Determine la frecuencia de corte debida a la influencia de la capacitancia Miller.
Quite las capacitancias CBC y CBE con el propósito de demostrar el efecto relativo
de la capacitancia Miller (debido a CBC) en comparación con el capacitor de
entrada CBE.
f(CM) = ____________________
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VI. REPORTE.
1. Determine analíticamente la ganancia de ovltaje Vo/Vi a frecuencia media del
amplificador de la figura 1. El divisor de voltaje no interviene.
2. Determine analíticamente las frecuencias de corte provocada por la
capacitancia total CT y de salida CCE , es decir, los valores de f(CT) y f(CCE)
definidos en la teoría preliminar. ¿Cuál de ellas determina la frecuencia superior
de corte fh.?
3. Determine el valor experimental de la ganancia a frecuencia media Am, con los
resultados del paso 3 del procedimiento.
4. Construya la gráfica de la respuesta a la alta frecuencia con los datos de la
tabla del paso 4 del procedimiento. Grafique Vo/Vi contra frecuencia.
5. Señale en la gráfica anterior el valor de la frecuencia de corte superior fh.
6. Observe los valores de la frecuencia de corte obtenidas enn los pasos 6, 7 y 8
del procedimiento. Determine cual de ellas es la que define la frecuencia de corte
superior fh y porqué.
7. Explique en qué consiste el efecto Miller.
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8. Construya una tabla comparativa de:
Ganancia de frecuencia media
Frecuencia de corte superior
Para los dos casos siguientes:
Resultado analítico
Resultado experimental
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