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.
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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;
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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