Experimento Respuesta en Frecuencia

INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA
CURSO: LABORATORIO DE CIRCUITOS DISCRETOS
PROFESOR: Ing. William Marín Moreno
I Semestre 2009
RESPUESTA DE FRECUENCIA DE UNA ETAPA DE EMISOR COMUN Y DE UN
AMPLIFICADOR DE AUDIO
I.
OBJETIVO GENERAL:
Al finalizar esta práctica el estudiante estará en capacidad de explicar el
comportamiento de la ganancia de tensión, Av de una etapa de emisor común y de un
circuito integrado amplificador de audio a diferentes frecuencias de operación.
II.
INTRODUCCION:
Figura 1. Amplificador emisor común. [1]
Analice teóricamente el circuito de medición mostrado anteriormente. Para ello usted
debe diseñar (dimensionar), los valores de las resistencias y condensadores de
forma que se cumpla con los criterios de diseño que se especifican a
continuación.
a. Debe utilizar un transistor BJT npn BC547. (intente utilizar el original y no un
equivalente NTE).
b. El punto de operación deberá ubicarse en la región activa, de forma que se
obtenga la máxima variación simétrica. Utilice Vcc  12V .
c.
Para minimizar el efecto de las variaciones de h fe sobre la ganancia dimensione
las resistencias de polarización de la base de forma que
RB = R1‖ R2 » 10 ßre
d.
La ganancia deseada es Av = 25 .
RESPUESTA DE FRECUENCIA DE UNA ETAPA DE EMISOR COMUN Y DE UN AMPLIFICADOR DE AUDIO
1
La resistencia de carga RL tendrá un valor entre 50k y 100k .
El amplificador será utilizado en un rango de frecuencias de 10Hz a
e.
f.
III.
640kHz .
PROCEDIMIENTO:
Primera parte. Diseño del circuito de polarización.
1. Muestre todos los cálculos realizados durante el dimensionado de los
componentes del circuito de polarización.
2. Verifique que se cumplen los criterios de diseño, con un porcentaje de error no
mayor al 10%.
3. Grafique la ganancia de tensión del circuito diseñado en función de la frecuencia;
para ello simule el circuito y obtenga un gráfico de Bode de
Av
dB
SIN normalizar.
Muestre los resultados de su diseño y de la simulación al profesor ANTES de
proceder con el montaje práctico. (Recuerde comparar las capacitancias
parásitas inter-electródicas del modelo con las del transistor real.)
4. Realice además un gráfico de Bode en forma manual. Analice y justifique las
variaciones de su gráfico respecto al de la simulación.
5. Simule además lo que sucede al variar la señal de entrada desde 1mV hasta el
valor máximo para que no se produzca distorsión en la salida. (Verifique aquí que
se cumple con el requerimiento b ).
Segunda parte. Comprobación experimental del diseño.
Monte el circuito diseñado en un protoboard. El alambrado debe ser “limpio” y
ordenado. Las patillas de los componentes (excepto el transistor) deben ser
recortadas de forma que el cuerpo del elemento apenas quede un milímetro por
encima de la superficie del protoboard. No mezcle alambres de colores
diferentes en una misma parte del circuito. Si no se sigue al pie de la letra lo
anterior, su diseño final NO será revisado.
2. Prepare las tablas necesarias para realizar las mediciones indicadas en el
procedimiento indicado adelante.
3. Una vez montado el circuito, verifique que se cumple con los requerimientos de
DC. Tabule en forma conjunta los valores de las tensiones y corrientes del
circuito real, el diseñado por usted y el simulado. Tome como ejemplo la muestra
siguiente:
1.
VCE [V]
VBE [V]
Calculado
Simulado
Real
Calculado
Simulado
Real
xx
xx
xx
xx
xx
xx
Figura 2. Muestra de tabla para resultados.
4.
2
Realice un barrido de frecuencia (300 muestras mínimo) utilizando una señal de
entrada vin  0.3V , desde la menor frecuencia que permita el generador hasta
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1MHz .
VERIFIQUE en todo instante que la magnitud de la señal permanezca
constante. Tabule sus resultados en la siguiente forma:
5.
6.
7.
8.
9.
vin pp
Frecuencia
vout pp
Av
Av dB
xxxxx
xxxxxx
xxxxx
xxxxx
xxxxx
Grafique utilizando los datos de la tabla anterior, la respuesta en frecuencia del
amplificador real. ( Av dB vs frecuencia ). SIN NORMALIZAR.
Calcule y marque en el gráfico el valor de la pendiente en diferentes partes de la
curva.
Compare los
resultados teóricos (calculados y simulados) con los
experimentales en cuanto a las frecuencias de corte, los valores de ganancia y
las pendientes de la curva. (No olvide marcar estos datos en TODAS las curvas
realizadas)
Analice y justifique las diferencias apreciadas entre los valores teóricos y los
experimentales mostrando cálculos apropiados.
Resuma sus principales conclusiones.
Tercera parte. Respuesta de Frecuencia de un Amplificador de Audio Integrado
1.-
Obtenga las Hojas de especificaciones del fabricante de un circuito integrado LM
386.
Figura 3. Configuración del Amplificador LM386.
2.-
Analice teóricamente el circuito equivalente del circuito integrado LM386 que
aparece en las hojas de datos. Debe prestar especial atención a la impedancia
de entrada y al control de ganancia del dispositivo.
3.-
Prepare las tablas necesarias para realizar las mediciones que le lleven a
determinar el comportamiento de la Ganancia de tensión (dB) en función de la
frecuencia.
Materiales:
4.-
RESPUESTA DE FRECUENCIA DE UNA ETAPA DE EMISOR COMUN Y DE UN AMPLIFICADOR DE AUDIO
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- 1 Osciloscopio
- 1 Generador de señales
- 1 Placa PROTOBOARD
- 1 Circuito Integrado LM-386
- Resistencias y Condensadores dependientes de su diseño.
5.-
Arme el circuito de que aparece en la sección de aplicaciones típicas de la hoja
de datos denotado “Amplifier with bass boost”. Verifique su funcionamiento.
Anote los valores de las variables que considere necesario.
6.-
Mida el los voltajes de entrada y de salida del amplificador. Especifique los
valores de tensión y frecuencias que emplee (no menos de 50 valores).
Utilice una fuente de audio con poca potencia de salida (Un radio portátil estilo
Walkman por ejemplo). Tome en cuenta que el circuito integrado puede
saturarse con tensiones de entrada relativamente bajos, por lo que debe
mantener el control de la señal de audio de entrada de forma tal que no se
alcance dicha condición (regule o divida la tensión de entrada si es necesario).
Para la salida del circuito, utilice un parlante de poca potencia y con impedancia
8Ω. Consulte (e interprete) para este punto las gráficas de disipación de potencia
en función de la potencia de salida para diferentes impedancias de carga que se
encuentran en las hojas de especificaciones.
Para la obtención de la curva de respuesta de frecuencia, puede utilizar como
entrada del circuito un generador de señales (Cuide la amplitud de la entrada,
recuerde lo anotado en el punto 3!)
Grafique Av (dB) = f(f). Marque en los gráficos las frecuencias de corte y los
valores de los máximos o mínimos.
7.-
8.-
9.10.11.-
Calcule y marque en el gráfico Av (dB) el valor de la pendiente en diferentes
partes de la curva.
12.-
Compare los resultados teóricos con los experimentales en cuanto a las
frecuencias de corte, los valores de ganancia, las pendientes de la curva.
13.-
Justifique o trate de explicar las diferencias apreciadas entre los valores teóricos
y los experimentales mostrando cálculos apropiados.
14.-
Resuma sus principales conclusiones. El comportamiento esperado para esta
parte se puede apreciar en la figura 4
4
RESPUESTA DE FRECUENCIA DE UNA ETAPA DE EMISOR COMUN Y DE UN AMPLIFICADOR DE AUDIO
Figura 4. Respuesta en frecuencia esperada.
Notas generales:
• El circuito debe ser montado en protoboard, siguiendo lo establecido en la
segunda parte del procedimiento.
• Cada grupo debe asegurarse del funcionamiento adecuado del circuito fuera del
laboratorio, ya que durante la clase se comprobará su funcionamiento. (Esto es,
debe traer el circuito montado antes de la clase).
• Si se realiza alguna modificación al circuito, para mejorar o estabilizar su
comportamiento, debe ser aprobada por el profesor, documentarse y justificarse
ampliamente tanto las razones de la modificación como la comprobación de la
mejoría lograda.
• Presente un informe en formato de dos columnas tipo “paper IEEE”, donde se
incluya todo lo solicitado anteriormente; no omita ningún cálculo ni parte del
procedimiento de diseño y de análisis. No olvide comentar el procedimiento
mientras lo desarrolla.
• Ajuste los gráficos al ancho de una columna, pero tenga a mano los gráficos a
página completa por si el profesor se los solicita.
VII.
REFERENCIAS:
[1] Robert L. Boylestad – Louis Nashelsky, Electrónica: Teoría de circuitos, Pearson
Prentice Hall, Octava edición 2003.
[2] Schilling – Belove, Electronic Circuits: Discrete and integrated, McGraw-Hill.
wmm
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