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PRACTICA DE LABORATORIO No 1

AMPLIFICADOR BJT Y JFETBogot, Universidad De La SalleJos Miguel Manrique Hernndez, Andrea Rincn Snchez

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Resumen El presente laboratorio se realiz con el fin de calcular y disear dosamplificadores de 2 etapas con transistores BJT y JFET que trabajen en clase A. Teniendo encuenta las ganancias y las frecuencias de corte de cada etapa. Con los valores calculadostericamente, se procedi a hacer la simulacin en Proteus y el respectivo montaje enprotoboard.

Palabras clavesBJT, JFET, Clase A, Amplificador, Frecuencia de corte, Ganancia.

OBJETIVOS

Disear un amplificador con transistores BJT con una ganancia de 150 veces. Disear un amplificador con transistores JFET con una ganancia de 40 veces.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Calcular los valores de las resistencias y capacitores presentes en el circuito amplificador. Simular el comportamiento de la entrada y salida del circuito. Montar el circuito funcionando en una protoboard.

INTRODUCCINUn amplificador clase son amplificadores que consumen corrientes continuas altas de su

fuente de alimentacin, independientemente de la existencia de seal en la entrada. Es frecuenteen circuitos de audio y en equipos domsticos de gama alta, ya que proporcionan gran calidad desonido, al ser muy lineal, con poca distorsin.

Tiene una corriente de polarizacin en relacin con la mxima corriente de salida que puedenentregar. Los amplificadores de clase A, a menudo consisten en un solo transistor de salida,
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conectado directamente un terminal a la fuente de alimentacin y el otro a la carga. Cuando nohay seal de entrada la corriente fluye directamente del positivo al negativo de la fuente dealimentacin, consumindose potencia sin resultar til.

MARCO TERICO

CIRCUITO AMPLIFICADOR CLASE A BJT

Ilustracin 1 CIRCUITO AMPLIFICADOR CLASE A BJT

CLCULOS TEORICOSLos clculos tericos del circuito se encuentran registrados en la Tabla1 especificando lascondiciones que deben tener este. Con el fin de obtener una ganancia de 150 veces Acontinuacin se muestran las ecuaciones utilizadas para encontrar dichos valores.

Tabla 1 listado de componentes Tericos Circuito Amplificador

COMPONENTES VALORGANANCIA DE ENTRADA 10 VECESGANANCIA DE SALIDA 15 VECESRL1 5KFRECUENCIA DE CORTE1 ETAPA 50HzFRECUENCIA DE CORTE2 ETAPA 100HzIC=IE 5mARET 360RE1 290.66RE2 69.33Re 5.2VE 1.8VVCC 18VVCE 9VVC 7.2V 200

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IB 25RC1 = RC2 1.44KC1 0.24C2 4.79C3 2.91RB1=RB3 51.6KRB2=RB4 9KCE1 23CE2 100RE4 107.57 RE3 252.43R 1.04K RSIG 10K

SEGUNDA ETAPA

Para el anlisis del circuito y diseo de este, se empez por conocer los voltajes de emisor (1),voltaje colector emisor (2) y voltaje colector (3) teniendo en cuenta el voltaje de alimentacinVCC as:

Con estos valores se procedi a calcula la resistencia de emisor total (4) y la resistencia internadel transistor (5), adems tambin se calcul la corriente de base (7) teniendo en cuenta el del

transistor.

Para las dos etapas del amplificador se calcul el valor de la resistencia de colector de la primeraetapa y se asumi la resistencia de colector de la segunda etapa igual as:

La resistencia de emisor total se dividi en 2 para mantener la ganancia de 15 veces, para esto seus la ecuacin de ganancia y se calcul el valor de 1 de las resistencias. El clculo de la otraresistencia de emisor se hizo por medio de la resta de (4) y (8)

(8)

(9)

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El siguiente paso a seguir fue el clculo del capacitor ubicado en el colector (10) y el capacitorubicado en el emisor (11) de la segunda etapa.

(10)

(11)

Finalmente para la segunda etapa se calcularon las resistencias de base RB1 (12) y RB2 (13)suponiendo que la corriente que pasa por estas es de 3000uA. Adems con estas se calcula laimpedancia del transistor (14) y la impedancia de la etapa (15)

(14)

(15)

PRIMERA ETAPA

En la primera etapa se vuelven a calcular las resistencias de emisor teniendo en cuenta que laganancia que se requiere es de 10 veces.

(15)

(16)

Finalmente se calcula el capacitor del emisor (17) y el condensador de entrada (18) por medio dela R

SIMULACIONEn la simulacin se tomaron los valores tericos registrados en la Tabla 1 y se obtuvieron las

grficas de salida y entrada. Para esto se us una fuente senoidal donde se variaron los valores delas amplitudes y un VCC de 18 V.

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Ilustracin 2 Seales de entrada y de salida con frecuencia de 1kHz

La ilustracin 2 muestra tres seales una roja que es la seal de entrada, una azul que es la sealde salida de la primera etapa del amplificador y la seal amarilla que es la salida final delcircuito. Esta seal se tom con una amplitud de 124mV debido a que es la mnima amplitud quenos daba el generador de ondas y de esa manera poder comparar con los datos experimentales y

una frecuencia de 1KHz.

All podemos observar que el voltaje pico a pico de entrada es de 55mV y el de salida es de8.12V obteniendo as una ganancia de 147.63 veces

Ilustracin 3Seales de entrada y de salida con frecuencia de 100Hz

Se not adems que al cambiar la frecuencia a 100Hz con la misma amplitud la ganancia

disminuye en un 49.5% siendo esta de 73.09 vecesLa ilustracin 4, nos muestra el grafico de bode, con una frecuencia de corte de 166 Hz, para unvoltaje pico a pico de 343 V

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Ilustracin 4Seales de entrada y de salida con frecuencia de 100Hz

MATERIALES, EQUIPOS Y DISPOSITIVOS

Los siguientes son los elementos necesarios para realizar la prctica.

Fuente de alimentacin Multmetro. Resistencias Condensadores Dos pares de caimanes. Protoboard Generador de seales Osciloscopio Programa para simulacin(Proteus) Sondas Transistores BJT N2222 Transistores JFET

MARCO PRCTICO

Para la parte experimental se realiz el montaje de la ilustracin 5, con los valores que seencuentran registrados en la Tabla 2.

Tabla 2 Componentes reales circuito amplificador

COMPONENTES VALOR REAL

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RL1 5.03KRE1 241.6RE2 68.6RC1 1.486KRC2 1.479KC1 0.222C2 10C3 10.4RB1 51KRB3 51.31KRB2 8.96 KRB4 8.90KCE1 23CE2 109RE4 99.7RE3 242.9RSIG 19.90K El circuito fue alimentado con 18V y a la entrada de este se aplic una seal en dos diferentes

frecuencias 100 Hz y 1KHz con una amplitud de 124mV (amplitud mxima del generador deondas).

En la ilustracin 6 se observa la seal de entrada con una amplitud de 78mV y salida de 8Vobteniendo una ganancia de 102.56 veces a una frecuencia de 1KHz

Ilustracin 6 Seal de entrada y de salida frecuencia 1KHzTambin se midi con 100Hz obteniendo la seal de salida con amplitud de 3.64V con una

entrada de 66.66mV obteniendo una ganancia de 55.6 veces

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Ilustracin 7 Seal de entrada y de salida frecuencia 100Hz

CALCULO DE ERRORError relativo entre clculos tericos y experimentales

Error relativo entre clculos simulados

CIRCUITO AMPLIFICADOR CLASE A JFET

Ilustracin 8 CIRCUITO AMPLIFICADOR CLASE A JFET

CLCULOS TEORICOSEn la tabla 2, podemos encontrar los clculos tericos del all estn especificadas las condicionesque deben tener este. Con el fin de obtener una ganancia de 40 veces A continuacin se muestran

las ecuaciones utilizadas para encontrar dichos valores.Tabla 3 listado de componentes Tericos Circuito Amplificador

COMPONENTES VALORGANANCIA DE ENTRADA 5 VECESGANANCIA DE SALIDA 8 VECESRL1 100K

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FRECUENCIA DE CORTE1 ETAPA 100HzFRECUENCIA DE CORTE2 ETAPA 200HzIDSS 4,2mAVP -2.5VRS1=RS2 1.19KGm 1,68mSRS 595.23VVCC 18VVGS 1,25VId 1.05RD1 5KRD2 3KC1 0,75C2 0.15C3 0.14RG1=RG2 10KCS1 3,9CS2 123RSIG 10K

SEGUNDA ETAPA

Para el anlisis del circuito y diseo de este, se empez por conocer los valores de la corriente deDrain(19)el voltaje de gate-source(20) y la trasconductancia del JFET (21), la trasconductancia

de la etapa(22)y finalmente su resistencia (23)teniendo en cuenta el voltaje de alimentacinVCC, VP e IDSS as:

Con estos valores se procedi a calcula la resistencia de drain (23) por medio de la ganacia de laetapa y la resistencia de source(26), teniendo en cuenta el voltaje de drain (24) y de source (25)

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Para las dos etapas del amplificador se calcul el valor de la resistencia de source, asumiendo elmismo valor en las 2 etapas

El siguiente paso a seguir fue el clculo del capacitor ubicado en drain (27) y el capacitorubicado en source (28) de la segunda etapa.

(27)

(28)

PRIMERA ETAPA

En la primera etapa se vuelven a calcular la resistencia de drain (29) teniendo en cuenta que laganancia que se requiere es de 5 veces.

Finalmente se calcula el capacitor de source (30) , el capacitor de acople(31) y el condensador deentrada (32)

SIMULACIONEn la simulacin se tomaron los valores tericos registrados en la Tabla 3, adems de usar untransistor 2n4341 de caractersticas similares al usado realmente y se obtuvieron las grficas desalida y entrada. Para esto se us una fuente senoidal donde se variaron los valores de lasamplitudes y un VCC de 12 V.

Las ilustraciones 9, 10 y 11 muestran la relacin salida y entrada para 3 diferentes frecuenciassiendo estas 100Hz, 200Hz y 1KHz

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Ilustracin 9 Seales de entrada y de salida con frecuencia de 100Hz

La ilustracin 9 nos muestra una relacin entre la salida y entrada siendo la salida la seal rojacon un voltaje de 240mV y una entrada de 9mV obteniendo as una ganancia de 26 veces. Lailustracin 10 nos muestra una ganancia de 41 veces, siendo la entrada 9mV y la salida de380mV.

Ilustracin 10 Seales de entrada y de salida confrecuencia de 200Hz

Finalmente la ilustracin 10, nos muestra una ganancia de 62 veces, donde la salida obtenidatiene un voltaje pico a pico de 380 mV.

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Ilustracin 10 Seales de entrada y de salida confrecuencia de 1kHz

Ilustracin 11 frecuencia de corte amplificador JFETLa frecuencia de corte obtenida para el circuito amplificador fue de 200 Hz con un voltaje pico apico de 380 mV

MARCO PRCTICO

Para la parte experimental se realiz el montaje de la ilustracin, con los valores que seencuentran registrados en la Tabla 2.

Tabla 2 Componentes reales circuito amplificador

COMPONENTES VALOR REALRL1 5.03KRS1 761RS2 68.6RD1 3.3KRD2 4.9K

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C1 0.222C2 0C3 10.4RG1 100.3KRG2 100.6 KCS1 23CS2 109RSIG 10.13K El circuito fue alimentado con 12V y a la entrada de este se aplic una seal en dos diferentes

frecuencias 100 Hz, 200 Hz, 500 Hz y 1KHz, 4KHz, 10 KHz con una amplitud de 124mV(amplitud mxima del generador de ondas).

En la ilustracin 13 se observa la seal de entrada con una amplitud de 204mV y salida de3,24V obteniendo una ganancia de 15 veces a una frecuencia de 100KHz


Tambin se midi con 500Hz obteniendo la seal de salida con amplitud de 7.08V con unaentrada de 200mV obteniendo una ganancia de 35.4 veces


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Para una frecuencia de1KHz Y 10KhZ obteniendo la seal de salida con amplitud de 7.64Vcon una entrada de 200mV obteniendo una ganancia de 37.5 veces

Ilustracin 15 Seal de entrada y de salida frecuencia 1KHz Y 10KHz

La frecuencia de corte encortada fue de 200Hz con una voltaje pico a pico de 5,52V. Ilustracin

16.


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CALCULO DE ERRORError relativo entre clculos tericos y experimentales

Error relativo entre clculos simulados

Anlisis:Los resultados muestran que el valor de la ganancia depende de la frecuencia de la seal de

entrada. La amplitud de la seal debe ser muy pequea para que esta pueda ser amplificada deforma correcta, por ese motivo es muy necesario el uso de la resistencia Rsig la cual hace unacada de tencin y la seal que entra a ser amplificada no es la que procede del generador sino laseal que ha sido cambiada con el divisor de voltaje.

En las pruebas se retir esa resistencia y se present una seal de salida muy distorsionada conlas crestas de la seal cortadas y la ganancia no pasaba de 30veces.

En los clculos para el circuito BJT la seal amplificada deba tener una ganancia de 150veces, pero esa ganancia solo se logra si se entra una seal con una frecuencia mayor a 100 Hz,como las condiciones del circuito era que la frecuencia de corte mayor en una de las dos etapasfuera de 100 Hz, era de esperar que ninguna seal menor a esa frecuencia tuviera una respuestaconsiderable en ganancia. En el caso del amplificador JFET la ganancia aumentosignificativamente con una frecuencia mayor a los 200Hz, ya que al hacer la prueba con unafrecuencia de 100Hz se obtuvo una ganancia de 15 veces menos de la mitad de lo esperado.

En la parte experimental y de simulacin del BJT, se present una seal con 100 Hz y otra conuna frecuencia de 99.99 Hz, la ganancia del primero fue 55veces y la segunda seal tubo undecremento en la ganancia que no era consistente entre una seal que tena una frecuenciasimilar a la frecuencia de corte del amplificador.

Respecto al error en la ganancia en la parte experimental es debido a las aproximaciones quese tuvieron al momento de poner las resistencias y los capacitores, los errores causados tambinpuede ser porque los HFE de los transistores en la parte terico fueron estrictamente 200 ymedidos eran de 268 y ese valor afecta en los valores de las resistencias.

La ganancia obtenida con el JFET fue muy similar en la simulacin y experimental obteniendoun error aproximadamente del 6%.

CIRCUITO JFET

Conclusiones

A mayor frecuencia la ganancia del amplificador aumenta. Con amplitudes superiores a 100 mV no amplifica con la ganancia calculada.

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Es imprescindible conocer las caractersticas propias del JFET independientemente desu datasheet ya que las propiedades del integrado estn en funcin de su construccin

Referencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_electr%C3%B3nico#Clase_A http://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fwww.virtual.unal.edu.co%2Fcursos%

2Fingenieria%2F2001771%2Fhtml%2Fcap04%2F04_06_01.html&h=9AQHqFh0T http://search.datasheetcatalog.net/key/P-CHANNEL+MOSFET
http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_electr%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_electr%C3%B3nicohttp://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fwww.virtual.unal.edu.co%2Fcursos%2Fingenieria%2F2001771%2Fhtml%2Fcap04%2F04_06_01.html&h=9AQHqFh0Thttp://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fwww.virtual.unal.edu.co%2Fcursos%2Fingenieria%2F2001771%2Fhtml%2Fcap04%2F04_06_01.html&h=9AQHqFh0Thttp://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fwww.virtual.unal.edu.co%2Fcursos%2Fingenieria%2F2001771%2Fhtml%2Fcap04%2F04_06_01.html&h=9AQHqFh0Thttp://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fwww.virtual.unal.edu.co%2Fcursos%2Fingenieria%2F2001771%2Fhtml%2Fcap04%2F04_06_01.html&h=9AQHqFh0Thttp://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fwww.virtual.unal.edu.co%2Fcursos%2Fingenieria%2F2001771%2Fhtml%2Fcap04%2F04_06_01.html&h=9AQHqFh0Thttp://search.datasheetcatalog.net/key/P-CHANNEL+MOSFEThttp://search.datasheetcatalog.net/key/P-CHANNEL+MOSFEThttp://search.datasheetcatalog.net/key/P-CHANNEL+MOSFEThttp://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fwww.virtual.unal.edu.co%2Fcursos%2Fingenieria%2F2001771%2Fhtml%2Fcap04%2F04_06_01.html&h=9AQHqFh0Thttp://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fwww.virtual.unal.edu.co%2Fcursos%2Fingenieria%2F2001771%2Fhtml%2Fcap04%2F04_06_01.html&h=9AQHqFh0Thttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_electr%C3%B3nico

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