Práctica 1: Amplificadores Clase A, B
Centro de Enseñanza Técnica y Superior
Carolina Delgado Marmolejo, m035971
Diego Javier Rodriguez Lopez, m035932
Luis Adrian Cabrera Muñoz, m041144
Escuela de ingeniería
Ingeniería en Cibernética Electrónica
Electrónica analógica II
Mstra. Dayanna Ortiz Villaseñor
Mexicali, B.C., 03 de junio del 2024
Práctica 1: Amplificadores Clase A, B
Fecha de Entrega: 3 de junio de 2024
Luis Adrian Cabrera Muñoz
Diego Javier Rodriguez Lopez
Carolina Delgado Marmolejo
M041144
CETYS Universidad
M035932
CETYS Universidad
M035971
CETYS Universidad
Mexicali, México
Mexicali, México
Mexicali, México
Abstract— In this paper a class A configuration is
made to achieve an NPN amplifier to amplify a signal and
a decoupling capacitor is used to improve the amplifier
performance. The model is also analyzed mathematically
to compare the results obtained, both theoretical and
physical.
Key words— Amplifier A, B y AB, transistor,
decoupling capacitor, and coupling capacitor.
I. INTRODUCCIÓN
Existen múltiples formas de aumentar o potenciar el
voltaje de una señal de entrada, una de estas formas
son los transistores de clase A, B y AB, que tienen las
características de formar un circuito amplificador, sin
utilizar Op Amps. Para que un transistor amplifique se
necesitan diversas configuraciones y diversos tipos de
amplificadores, pues cada uno tiene propiedades y
características diferentes. También es importante
identificar cuando es necesario utilizar capacitores de
acoplo y desacoplo. El principal objetivo es que el
alumno utilice un transistor para el diseño de un
amplificador emisor común con una ganancia de
corriente alterna específica.
II. MARCO TEÓRICO
A. Amplificadores Clase A
Es el tipo más básico de amplificador de potencia,
que se distingue por emplear un transistor en
configuración de emisor y generar una señal invertida.
Sin embargo, su eficiencia de conversión
generalmente es baja debido a las corrientes elevadas
que produce, lo que provoca una pérdida de energía en
forma de calor. [1]. Con este amplificador, el transistor
se polariza a la mitad de sus características, lo que
significa que la salida será casi linealmente
proporcional a la entrada. Además, puede amplificar
señales de pequeño a mediano y gran tamaño, aunque
las señales más grandes pueden experimentar una
ligera distorsión. Las impedancias de entrada y salida
son prácticamente independientes de la señal. [2].
Figura 1. Amplificador Clase A.
B. Amplificadores Clase B
El amplificador B opera moviendo el punto Q al
punto de corte, lo que resulta en una corriente de
colector (ICQ) de 0A, evitando así consumir energía
de la fuente. Además, al posicionar Q en este punto, el
transistor recorta la onda negativa y amplifica la
positiva.[3]
Las impedancias de entrada y salida de este
amplificador varían según el nivel de la señal de RF,
lo que hace que el diseño requiera mayor atención
debido al incremento en la posibilidad de inestabilidad
y de alcanzar condiciones de oscilación. Además, los
amplificadores de Clase B, AB y C no suelen
emplearse en aplicaciones de banda ancha o en
frecuencias altas (por encima de los 20 GHz)
principalmente por el desafío de mantener la
estabilidad.[2]
Figura 4. Características de corriente-voltaje de un transistor
utilizado en un amplificador que muestra los puntos de reposo de
las clases A, B, AB y C.
Figura 2. Amplificador Clase B.
A Continuación se presentan como puedes
cambiar o modificar una entrada las diferentes clases
de amplificadores.
C. Amplificadores Clase AB
Las impedancias de entrada y salida de este
amplificador cambian según el nivel de la señal de RF,
lo que exige un diseño más cuidadoso debido al
aumento en la posibilidad de inestabilidad y de
alcanzar condiciones de oscilación. Además, los
amplificadores de Clase B, AB y C generalmente no
se utilizan en aplicaciones de banda ancha o en
frecuencias altas (superiores a 20 GHz) principalmente
por el desafío que representa mantener la
estabilidad.[3]
Figura 5. Entradas y salidas para las clases A, B, AB y C.
El amplificador Clase AB representa un
compromiso entre los amplificadores Clase A y Clase
B. Consume menos corriente continua que la Clase A
cuando la señal de entrada es insignificante, y tiene
menos distorsión que la Clase B. El filtrado, a menudo
logrado mediante redes de acoplamiento, elimina los
armónicos de la salida del amplificador, aunque la
distorsión dentro de la banda para señales de ancho de
banda finito persiste.[2]
III. CONTENIDO
A. Materiales
1 Fuente de poder
1 Generador de funciones
1 Osciloscopio
1 Multímetro
1 Protoboard
1 Transistor 2N2222 (NPN)
4 Resistencias a calcular.
3 Capacitores de 100μF.
1.
Figura 3. Amplificador Clase AB.
En el siguiente diagrama se puede apreciar la
curva característica de los diferentes tipos de
transistores con respecto a el voltaje y la corriente.
B. Parte 1: El transistor como amplificador.
Para el circuito que se muestra en el esquemático
calcule el valor de las resistencias R1, R2, y RE
para tener una ganancia de voltaje Av = -10 y una
Rc=2K con RL=Rc. Fije el punto de operación para
tener la máxima excursión de salida. Suponga un
voltaje de alimentación de V=24Volts (puede ser
de 18V a 24V en caso que no encuentre
fuente).Suponga que no tiene Capacitor C3 en
paralelo con RE.
Calcular IB e IE
𝐴𝐴𝐴
5.476 𝐴𝐴
=
= 28.374𝐴𝐴
𝐴
193
𝐴𝐴𝐴 =
𝐴𝐴 = 𝐴𝐴 + 𝐴𝐴 = 5.476 𝐴𝐴+28.374𝐴𝐴 = 5.505 𝐴𝐴
Análisis malla entrada
−𝐴𝐴𝐴 + 𝐴𝐴 𝐴𝐴 + 0.7 + 𝐴𝐴 𝐴𝐴 = 0
−𝐴𝐴𝐴 + 𝐴𝐴 (28.374𝐴𝐴) + 0.7 + 100(5.505𝐴𝐴) = 0
𝐴𝐴𝐴 193(100𝐴)
=
= 1930𝐴
10
10
𝐴𝐴 =
𝐴𝐴𝐴 = (1930𝐴)(28.374𝐴𝐴) + 0.7 + 100(5.505𝐴𝐴)
𝐴𝐴𝐴 = 1.305𝐴
Calcular R1 y R2
𝐴𝐴𝐴 =
Figura 6. Circuito amplificador.
𝐴𝐴𝐴 𝐴2
23𝐴𝐴2
=
= 1.305𝐴
𝐴1 + 𝐴2 𝐴1 + 𝐴2
𝐴𝐴 =
Figura 7. Circuito amplificador físico.
23𝐴𝐴2 = 1.305𝐴(𝐴1 + 𝐴2 )
Para obtener la resistencia faltante de RE, se
utilizan las fórmulas del circuito y se sustituyen los
valores dados, obteniendo como resultado: 100𝛺. Para
terminar de diseñar el circuito aún hacen falta dos
valores de resistencia, R1 y R2. Para obtener estos
valores, se analiza por medio de malla, la malla de
salida y de entrada para obtener las corrientes y así
despejar para encontrar los valores de R1 y R2, como
se muestra a continuación.
1.305𝐴𝐴1 = 𝐴2 (23𝐴 − 1.305𝐴) = 21.695𝐴𝐴2
𝐴1 = 21.695𝐴5𝐴2 /1.305𝐴 = 16.622𝐴𝐴2
(16.622𝐴𝐴2)𝐴2
= 1930𝐴
16.622𝐴𝐴2 + 𝐴2
(16.622𝐴𝐴2 )𝐴2 = 1930𝐴(17.622𝐴)𝐴2
16.622𝐴𝐴2 = 34010𝐴𝐴
𝐴2 = 34010𝐴𝐴/16.622𝐴 = 2046.11𝐴
𝐴1 = 16.622𝐴(2046.11𝐴) = 34010𝐴
Obtener RE
𝐴𝐴 = −
𝐴1 𝐴2
= 1930𝐴
𝐴1 + 𝐴2
(𝐴𝐴 //𝐴𝐴 )ℎ𝐴𝐴
(𝐴𝐴 //𝐴𝐴 )ℎ𝐴𝐴
(𝐴𝐴 //𝐴𝐴 )
=−
=−
ℎ𝐴𝐴 + 𝐴𝐴 (ℎ𝐴𝐴 + 1)
𝐴𝐴 (ℎ𝐴𝐴 )
𝐴𝐴
𝐴𝐴 =
𝐴𝐴 //𝐴𝐴
𝐴𝐴
=−
1000𝐴
−10
Finalmente con los valores obtenidos se inicia
con el proceso de armar el circuito en físico.
= 100𝐴
Malla salida:
−23𝐴 + 2𝐴𝐴𝐴 + 𝐴𝐴𝐴 + 𝐴𝐴 𝐴𝐴 = 0
−23𝐴 + 2𝐴𝐴𝐴 + 𝐴𝐴𝐴 + 100𝐴𝐴 = 0
−23𝐴 + 2.1𝐴𝐴𝐴 + 𝐴𝐴𝐴 = 0
Figura 7. Circuito amplificador físico.
Donde VCE = 0
−23𝐴 + 2.1𝐴𝐴𝐴 = 0
𝐴𝐴 =
23𝐴
= 10.952 𝐴𝐴
2.1𝐴𝐴
Donde Ic = 0
𝐴𝐴𝐴 = 23𝐴
Siendo la mitad de estos parámetros los valores
para punto de excursión:
𝐴𝐴𝐴 = 5.476 𝐴𝐴
𝐴𝐴𝐴𝐴 = 11.5𝐴
2.
Calcule las impedancias de entrada y de salida del
amplificador.
Para calcular las impedancias se hace uso de la
fórmula de ganancia para obtener ℎ𝑖𝑒 , conociendo ℎ𝑓𝑒 ,
que se obtuvo de manera experimental. Finalmente
estos dos valores se sustituyen en la fórmula de
impedancia de entrada y se obtiene que Zi = 19300 𝛺
, para Zo solo es necesario conocer el paralelo de Rl y
Rc, del cual da como resultado Zo = 1000𝛺.
Zo = 1000𝛺
ℎ𝐴𝐴 = 193
𝐴𝐴 = −
(𝐴𝐴 //𝐴𝐴 )ℎ𝐴𝐴
ℎ𝐴𝐴 + 𝐴𝐴 (ℎ𝐴𝐴 + 1)
𝐴𝐴 (ℎ𝐴𝐴 + 𝐴𝐴 (ℎ𝐴𝐴 + 1)) = −(𝐴𝐴 //𝐴𝐴 )ℎ𝐴𝐴
ℎ𝐴𝐴 =
−(𝐴𝐴 //𝐴𝐴 )ℎ𝐴𝐴 − 𝐴𝐴 𝐴𝐴 (ℎ𝐴𝐴 + 1)
𝐴𝐴
−(1000𝐴)193 − (−10)100𝐴(194 + 1)
=
−10
= −100
𝐴𝐴 = ℎ𝐴𝐴 + 𝐴𝐴 (ℎ𝐴𝐴 + 1) = −100 + 100(194) = 19300𝐴
𝐴𝐴 = 𝐴𝐴 //𝐴𝐴 = 1000𝐴
Zi = _19300 𝛺
Zo = 1000𝛺
3.
Aplicando una señal alterna, vi, de 0.1 volt de
amplitud pico mida la amplitud de la señal de
salida y calcule la ganancia de voltaje.
Considerando que Vs=943.75mV y la entrada de
0.1 al dividir salida entre entrada se obtiene que la
ganancia práctica es de -9.43.
Av (teórico)
-10
Av (práctico)
-9.43
Figura 9. Respuesta a señal alterna aumentando el voltaje.
5.
Calcule la Potencia de entrada y la Potencia de
salida, si la entrada es de: vi=100m Vpico
Potencia entrada
𝑃 = 0.1𝑉 ∗ 28.8𝑢𝐴 = 2.88𝜇𝑊
Potencia salida
𝐴 = 1𝑉 ∗ 500𝑢𝐴 = 500𝐴𝐴
C. Simulación LTSpice.
Figura 10. Entrada de 100 mV en el circuito amplificador.
Figura 8. Respuesta a señal alterna.
4.
Aumente lentamente el voltaje de entrada hasta que
se obtenga la magnitud máxima del voltaje de
salida sin que el transistor entre en no linealidades.
Se aumentó y bajo con el generador de funciones
el voltaje y los rangos límites obtenidos antes de entrar
en deformación fueron:
Vimax = 0.65v
Vomax = 6.03v
Figura 11. Salida de 1V en el circuito amplificador.
V. CONCLUSIONES
A. Luis Adrian Cabrera Muñoz
A través de esta práctica pudimos recapitular el uso de
transistores en configuraciones específicas, así como
su análisis. En lo personal, nunca trabajé durante
Analógica I con transistores en corriente alterna, por
lo cual se me dificultó mucho el análisis de esta
práctica. Sin embargo, una vez el análisis fue
realizado, la parte práctica del mismo no representó
gran dificultad.
B. Carolina Delgado Marmolejo
En conclusión, esta fue una de las prácticas más
tardadas, más que nada porque no habíamos trabajado
con este modelo y muchos valores no sabíamos de
dónde obtenerlos. También, los transistores son
difíciles de trabajar y cambian muchos, es decir sus
constantes no son estables ocasionando problemas con
los resultados y valores que no se esperaban,
C. Diego Javier Rodriguez Lopez
Fue un análisis complicado pues el análisis de
las fórmulas implicadas dejaba dudas sobre cómo
aplicarse, y qué significaban ciertos elementos. Sin
embargo, ya comprendido esto, la implementación fue
algo sencilla. El uso de herramientas como el
osciloscopio y simulaciones fueron de mucho apoyo
para orientarnos en que los resultados obtenidos fueran
correctos.
VI. REFERENCIAS
1.
J. Francisco. (2018).Amplificadores de potencia con BJT: la
clase
A.
[Online].
Available:
https://cifpn1.com/electronica/?p=4060
2.
M. Steer. 2.5: Amplificadores Clase A, AB, B y C. [Online].
Available:
https://espanol.libretexts.org/Ingenieria/Dise%C3%B1o_de_
microondas_y_RF_V%3A_Amplificadores_y_osciladores_(S
teer)/02%3A_Amplificadores_Lineales/2.05%3A_Amplifica
dores_Clase_A%2C_AB%2C_B_y_C
3.
J. Fiores. (2023). 9.2: La configuración de clase B. [Online].
Available:
https://espanol.libretexts.org/Ingenieria/Libro%3A_Dispositi
vos_semiconductores__Teor%C3%ADa_y_Aplicaci%C3%B3n_(Fiore)/09%3A_A
mplificadores_de_potencia_BJT_Clase_B/9.2%3A_La_confi
guraci%C3%B3n_de_clase_B
VII. ANEXOS
A. Hoja de revisión
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