Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Informe de Laboratorio Electrónica II AMPLIFICADOR REALIMENTADO SERIE-SERIE (S-S) UNA ETAPA Abraham Porret Sánchez 20152005803 Jhoan Nicolás León 20172005119 I. INTRODUCCIÓN. El siguiente informe comprende el desarrollo teórico y práctico, del diseño de un amplificador realimentado en configuración serie-serie. Lo anterior se plantea para el arreglo de transistores CA086. Los resultados se evalúan para obtener y compara la ganancia en condiciones normales y aplicando realimentación, adicional a esto parámetros como β y D. II. MARCO TEÓRICO. Un sistema con una entrada y una salida se dice que está realimentado cuando se toma una parte de la salida y se la reinyecta en la entrada. Consta de tres partes. El sistema básico, cuya función de transferencia es a, el bloque de realimentación, con transferencia β, y el bloque comparador, que resta la señal realimentada de la señal de entrada. 𝐴= 𝑎 1 + 𝑎𝛽 La ganancia de lazo es el producto aβ, y diferencia de retorno al denominador 1 + aβ. La ganancia de lazo representa la ganancia del sistema y su bloque de realimentación cuando se desconecta el comparador, y la diferencia de retorno es el factor por el que queda dividida la señal de entrada al atravesar el comparador. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Informe de Laboratorio Electrónica II Figura 1. Ganancia de lazo. Si aβ >>1, entonces: A ≅ 1/β Esto muestra que, si aβ es grande, la ganancia del sistema realimentado depende casi exclusivamente de la realimentación. La teoría de realimentación exige considerar una serie de suposiciones para que sean válidas las expresiones que se van a obtener seguidamente. Estas suposiciones son: La señal de entrada se transmite a la salida a través del amplificador básico y no a través de la red de realimentación. La señal de realimentación se transmite de la salida a la entrada únicamente a través de la red de realimentación y no a través del amplificador básico. El factor ß es independiente de la resistencia de carga (RL) y de las fuentes (RS). La realimentación, cuando actúa haciendo lineal el sistema, produce distorsión en la entrada del sistema básico. Beneficio: Estabiliza la ganancia del amplificador contra cambios en los parámetros de los dispositivos; permite modificar las impedancias de entrada y salida del circuito; Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Informe de Laboratorio Electrónica II reduce la distorsión de la forma de onda de la señal que produce; produce un incremento en el ancho de banda de los circuitos. Desventaja: Reduce la ganancia del circuito; resulta necesario añadir etapas de amplificación adicionales; aumento en el coste del circuito; se producen oscilaciones si no se realiza un diseño correcto. Debe señalarse que, simultáneamente con la mejora de la linealidad, la ganancia se ha reducido en la misma proporción 1 + aβ En esta expresión A representa la ganancia en las frecuencias próximas a fh y A0 es la ganancia del amplificador en las frecuencias medias: 𝐴𝑜 1+𝑗 𝐴𝑓 = 1+𝛽 𝑓 𝑓𝐻 𝐴𝑜 1+𝑗 III. = 𝑓 𝑓𝐻 𝐴𝑜 1 + 𝛽𝐴𝑜 + 𝑗 𝑓 𝑓𝐻 DESARROLLO DISEÑO. Usando el arreglo CA3086 se montará un circuito en emisor común tal que su ganancia de voltaje con realimentación sea de -8V. Se usaran las mismas características de polarización que se usaron en el laboratorio numero dos para el emisor común, la cual consistía en dos fuentes de voltaje 12V y una corriente Ic=5mA. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Informe de Laboratorio Electrónica II Figura 2. Amplificador emisor común sin realimentación En un amplificador serie-serie se tomará una muestra a la salida de corriente y reinyectará a la entrada un voltaje de realimentación. Se obtendrá una ecuación para la ganancia de transconductancia del amplificador realimentado. En este caso, el cuadripolo de realimentación será una resistencia, no desacoplada, en el emisor del amplificador, se le denominará la resistencia 𝑅𝑒1 . Figura 3. Amplificador emisor común con realimentación S-S 𝑎𝐺 = 𝐼𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑉𝑖 ; 𝛽= 𝑉𝐹 𝐼𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Informe de Laboratorio Electrónica II Para obtener estos parámetros de realimentación es necesario el circuito equivalente A.C. “Sin realimentación”. Figura 4. Amplificador “Sin Realimentación” 𝑎𝐺 = − ℎ𝑓𝑒 100 = − = −126.58𝑥10−3 𝑅𝑔 + 𝑅𝑒1 + ℎ𝑖𝑒 50 + 220 + 520 𝛽=− 𝐴𝐺𝐹 = 𝐼𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 ∗ 𝑅𝑒1 = −𝑅𝑒1 𝐼𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑎𝐺 1 1 ≈ = − = −4.54𝑥10−3 (1) 1 + 𝛽𝑎𝐺 𝛽 𝑅𝑒1 Se obtiene la expresión para la ganancia de voltaje con realimentación en términos de la ganancia de transconductancia (1). 𝐴𝑉𝐹 = 𝑉𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝐼𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 ∗ 𝑅𝐿 = = 𝐴𝐺𝐹 ∗ 𝑅𝐿 𝑉𝑔 𝑉𝑔 Se calcula la resistencia, o cuadripolo de realimentación, necesaria para la ganancia de -8V. −8𝑉 = 𝐴𝐺𝐹 ∗ 𝑅𝐿 ≈ − 1 1 ∗ 𝑅𝐿 = − ∗ 2.4𝐾𝛺 𝑅𝑒1 𝑅𝑒1 𝑅𝑒1 = 300𝛺 Se calcula la frecuencia de corte alta: 𝐶𝑐1 = 𝐶𝜇 (1 − (𝐴𝑣 )) 𝐴𝑣 = (capacitancia de Miller) −ℎ𝑓𝑒 ∗ 𝑅𝐿 −100 ∗ 2.4𝑘𝛺 = = −461.538 ℎ𝑖𝑒 520𝛺 Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Informe de Laboratorio Electrónica II 𝐶𝑐1 = 0.58𝑝𝐹(1 − (−461.538)) = 268.272𝜇𝐹 𝐶1 = 𝐶𝜋 + 𝐶𝑐1 = 55𝑝𝐹 + 2683272𝜇𝐹 = 323.272𝑝𝐹 𝐶2 = 𝐶𝜇 = 0.58𝑝𝐹 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑒1 = (𝑅𝑔 + 𝑅𝑒1 ) ∥ ℎ𝑖𝑒 = (50𝛺 + 300𝛺)||520𝛺 = 209.195𝛺 𝑅𝑒𝑞𝑢2 = 𝑅𝐿 + 𝑅𝑒1 = 2.4𝐾𝛺 + 300𝛺 = 2.7𝑘𝛺 𝜏 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝐶1 ∗ 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑣1 ) + (𝐶2 ∗ 𝑅𝑒𝑞𝑢2 ) = 69.192𝑛𝑆𝑒𝑔 𝑓𝐻 = 1 = 2.300 𝐾𝐻𝑧 2𝜋(69.192𝑛𝑆𝑒𝑔) 𝑓𝐻𝐹 = 𝐷 ∗ 𝑓𝐻 𝐷 = 1 + 𝛽𝑎𝐺 = 37.97 𝑓𝐻𝐹 = 37.97 ∗ 2.300𝐾𝐻𝑧 = 87.331 𝑀𝐻𝑧 IV. DESARROLLO GUIA. 1. Montar el circuito realimentado obtenido con transistor BJT, verificar polarización y aplicar Vg= 0,1 sen wt y medir su Avf y fHf Vg Vo 𝒇𝑯𝑭 𝑨𝑽𝑭 Io M T E% M T E% M T E% M T E% M T E% 116mV 100mV 16% 1V 1V 0% 454uA 416uA 10 -8 -8 0 81.08MHz 87.33MHz 38 Tabla 1. Toma de datos amplificador realimentado. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Informe de Laboratorio Electrónica II Figura 5. Señales de entrada y salida amplificador realimentado. 2. Montar el circuito “sin realimentación”, aplicar Vg= 0,1 senwt medir y anotar en la tabla. A partir de estas medidas obtener AVF, fHf (adicionar en tabla columnas necesarias) comparar con lo obtenido en paso 1 Vg 100mV Io 5mA β ag AGF fH T M E% T M T M E% T M E% 0.12 0.05 76 240 -217 4.54mS 4.6mS 1.32 230K Hz 557KHz 12.9 Tabla 2. Toma de datos amplificador sin realimentación. 𝑨𝑽𝑭 T M E% -10.8 110 20 Tabla 3. Toma de datos Avf Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Informe de Laboratorio Electrónica II Figura 6. Amplificador sin realimentación. V. CONCLUSIONES. a) A partir de la tabla 1, podemos observar que en el circuito con realimentación serie-serie, la ganancia de voltaje es 8V/V y su frecuencia de corte es de 81.08MHz. mientras que, en el circuito sin realimentar, la ganancia es mayor 10.8 V/V y su frecuencia de corte disminuye drásticamente a 230kHz. Estos datos confirman lo visto en la teoría, la frecuencia es inversamente proporcional a la ganancia. Esto ocurre a raíz del factor de desensitividad, ya que la frecuencia con realimentación está dada por la siguiente relación (𝑓𝐻𝐹 =𝐷𝑓𝐻 ), y entre más grande sea el factor de desensitividad, mayor será la frecuencia, también se debe tener en cuenta que un buen factor de desensitividad debe ser D ≥10. b) Además de mejorar las frecuencias de corte, la realimentación serie-serie mejora notablemente la calidad de la señal de salida, con relación a la señal de entrada. Esto lo podemos apreciar en la figura 5, a la salida, la señal sinodal se aprecia sin Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Informe de Laboratorio Electrónica II distorsión, picos o recortes, de manera que no amplificó el ruido de la señal de entrada. Esto a costa de perder ganancia a la hora de ser comparado con el circuito sin realimentar, pero en el circuito sin realimentar la calidad de la señal es mala, ya que amplifica el ruido, y hace que no parezca una señal senoidal (figura 6). Demostrando así que es mucho más útil aplicar la realimentación serie-serie a el circuito. VI. , BIBLIOGRAFÍA. http://kupdf.net_circuitos-microelectronicos-rashid.pdf Circuitos Microelectrónicos análisis y diseño, RASHID
