“Año de la Promoción de la Industria Responsable y Compromiso Climático”

ELECTRONICA ANALOGICA II

LABORATORIO N° 01

AMPLIFICADOR CLASE A CON CARGA EN COLECTOR

PROFESOR:

- RUELAS ALVARADO, Saul

ALUMNOS:

- REINOSO NUÑEZ EDILBERTO REYNALDO 12204799

- ARIAS QUISPE JUAN CARLOS 0821616

- CARRILLO COLAN FERNANDO JESUS 1322343

- HUAPAYA RAMOS GIANCARLO DANTE 1011276

FECHA DE REALIZACION DEL LABORATORIO

Martes 30 de setiembre de 2014

LIMA 2014

LABORATORIO DE ELECTRONICA ANALOGICA II

EXPERIENCIA N° 1

AMPLIFICADOR CLASE A CON CARGA EN EL COLECTOR

OBJETIVO:

Estudio del amplificador para lograr la máxima excursión simétrica y máxima potencia en la

carga.

MATERIAL Y EQUIPO:

Un transistor 2N2222

Resistencias de 100Ω, 300Ω, 1KΩ, 3.9KΩ.

Potenciómetro de 1 KΩ y 10KΩ

Condensadores electrolíticos (2) de 10uF y 100uF, 16V

Osciloscopio

Generador de funciones

Fuente de alimentación

Puntas de Prueba

Protoboard

Cables para conexión

MARCO TEORICO

Generalidades

Cuando estudiamos los fundamentos de la electrónica, casi, todos los amplificadores que hemos estudiado trabajaban en clase A: la señal de salida era idéntica a la señal de entrada, lo único que variaba era su amplitud (se había producido una "amplificación" de la señal de entrada).

El "casi" que pusimos anteriormente tiene su explicación, recordemos, por ejemplo, un tipo de montaje "especial": el amplificador push-pull que, aunque en algún tipo de montaje puede funcionar en clase A, por norma general, a este tipo de montaje, se le hace funcionar en clase B (ya que en este amplificador cada transistor suele entregar la mitad de la señal de entrada).

Quitando salvedades como ésta, la generalidad de los montajes que hemos estudiado funcionan, tal y como decíamos, en clase A.

Para iniciarnos en el tema de los amplificadores de potencia que trabajan en clase A, a modo de recordatorio, vamos a empezar estudiando un amplificador de tensión en clase A.

Amplificadores de potencia clase A

El esquema siguiente es un esquema típico de etapa amplificadora para Audio Frecuencia que trabaja en clase A.

Aunque en este caso hemos dibujado una salida por transformador (T2), la carga (un altavoz, por ejemplo) puede ir conectada directamente al circuito del colector; en la mayor parte de los casos se suele utilizar la salida por transformador debido a dos motivos fundamentales:

El primero es que la carga se mantiene aislada de la salida del transistor por lo que podemos conseguir en todo momento la máxima potencia de la etapa;

El segundo es que la carga podemos mantenerla independiente de la alimentación de c.c. (corriente continua), por lo que la pérdida de potencia en c.c. es mínima, debido a la mínima resistencia que ofrece el primario del transformador.

Acabamos de mencionar dos potencias: la que nos entrega el amplificador y la que consume la etapa.

En estos amplificadores de potencia hay un factor que liga ambas potencias y que define el funcionamiento del mismo, es el rendimiento de conversión (h ), se define como "la relación entre el valor eficaz de la potencia alterna suministrada a la carga y la potencia media extraída de la fuente de alimentación del colector".

Aunque en el tema anterior decíamos que todos los amplificadores de clase A no tenían corriente de base (reja), este tipo de amplificadores es siempre de clase A2; esto que puede parecer una incongruencia, no lo es, pues de aquella nos estábamos refiriendo a amplificadores de tensión o corriente, no de potencia, y con válvulas (además decíamos que esa notación se podía aplicar a los amplificadores transistorizados porque explicábamos que esta notación venía de los amplificadores con válvulas).

Hecha esta aclaración, si el amplificador es de clase A2, cuando el amplificador está en reposo, por su base está circulando corriente. Además, esta corriente, suele ser bastante elevada por lo que los valores de las resistencias de los circuitos de polarización (Re, R2 y R3) suelen ser muy bajos (por debajo de un ohmio Re, y la resultante del paralelo R2, R3 de muy pocos ohmios).

Aunque hemos representado una etapa simple, con un solo transistor, este tipo de amplificadores se pueden montar también en contrafase (o push-pull).

PROCEDIMIENTO:

1. Ensamble el siguiente circuito:

2. Aplique una señal de entrada Vg como mínimo voltaje y frecuencia de 1KHz.

El potenciómetro R5 de 1KΩ se usara para ajustar el punto de operación en el centro

de la recta de carga dinámica y lograr máxima excursión simétrica aumentando Vg.

El potenciómetro R6 se usa para reducir más la señal de entrada, debido a que la

salida mínima del generador a emplear es de 200mv.

Mida la señal de salida en el colector respecto a tierra, usando el osciloscopio.

3. Conecte el osciloscopio a la salida y aumente Vi hasta que ambos picos de la onda se

recorten a la vez.( máxima excursión simétrica)

Si uno de ellos se recorta primero, ajuste el potenciómetro de 1KΩ para variar el punto

de operación y conseguir que los dos picos se recorten a la vez.

Anote los valores pico:

Vi: Vipp = 18.4 mV Vimax = 8.201 mV

Vsalida (pico positivo): Vsmax = 432 mV

Vsalida (pico negativo): Vsmin = 584 mV

4. Mediciones en DC.

Haga: Vi = 0

Mida la tensión en el punto C respecto a tierra: VC = 7.25 V

Mida la tensión en el punto E respecto a tierra: VE = 1.277 V

Mida la tensión en el punto B respecto a tierra: VB = 1.936 V

Mida la tensión en el punto F respecto a tierra: VF = 11.53 V

Mida la tensión en el punto G respecto a tierra: VG = 4.16 V

Mida la tensión en el punto H respecto a tierra: VH = 1.82 V

Halle el punto de operación:

ICQ = (VF – VC)/300 ICQ = 0.01427 A

VCEQ = VC – VE VCEQ = 5.973 V

VBEQ = VB – VE VBEQ = 0.659 V

5. Con el nivel de Vi del paso 3 mida la respuesta en frecuencia del circuito:

F (HZ) 100 500 1K 2K 5K 10K 20K 30K 50K70

K100K

VSALIDA

(VPICO)232 402 432 464

49

6508 496 496 472 432 368

6. Saque la capacidad de 100 uF del emisor y observe lo que pasa con la señal de salida.

Ajuste Vi para obtener la máxima excursión simétrica y mida los voltajes pico positivo y

negativo de la señal de salida.

Anote los valores pico:

Vi: Vipp = 151.2 mV Vimax = 76 mV

Vsalida (pico positivo): Vsmax = 244 mV

Vsalida (pico negativo): Vsmin = 244 mV

INFORME FINAL

1. Haga una tabla comparando los valores teóricos con los valores experimentales.

Cálculos teóricos

VC = 7.053V VE = 1.66V VB = 2.335V VF = 12V VG = 3.98V VH = 1.946V

Punto de operación del transistor:

Recta DC: 12 = 400Ic + VCE…………… (1) = 80 VCE, SAT = 2v

Recta AC: 0 = 300ic + VCE………………. (2)

Recta M.E.S. 0 = -300ic + VCE + VCE, SAT…. (3)

De 1 y 3 tenemos ICQ = 14.29mA VCEQ = 6.29V

Medició

nValor experimental Valor teórico

VC 7.25 V 7.053 V

VE 1.277 V 1.660 V

VB 1.936 V 2.335 V

VF 11.53 V 12 V

VG 4.16 V 3.98 V

VH 1.82 V 1.946 V

ICQ 14.27 mA 14.29 mA

VCEQ 5.973 V 6.29 V

VBEQ 0.659 V 0.675 V

2. ¿Por qué en el paso 3 las tensiones de pico de salida son diferentes?

Por qué inicialmente no se ha conseguido encontrar el punto de operación encontrándose el

transistor en la zona activa de nivel inferior o en zona de saturación mostrando una señal

recortada. No está en simetría. Es importante tener en Vi un valor de resistencia alto para

evitar la deformación de la onda por saturación de corriente.

Con el potenciómetro de 1K se consigue variar el punto de operación cuando las combas

positivas y negativas se recortan al mismo tiempo.

3. ¿Por qué en el paso 5 los voltajes de pico tienden a ser iguales?

Porque de esta forma al Variar Vi no estamos variando el punto de operación V ceq en C.C. lo

único que se está variando es la señal de salida. Esto nos indica que el transistor está en

máxima Excursión simétrica.

También nos indica que efectivamente el condensador de acoplo está dejando pasar la señal

mas no DC.

4. ¿Por qué la ganancia en frecuencias bajas y en frecuencias altas baja respecto al rango

de frecuencias medias?

Porque todo transistor que trabaja como amplificador no produce grandes ganancias en

frecuencia baja por no comportarse como uno de potencia y en frecuencias muy altas tampoco

es capaz de brindar su máximo ya que este transistor trabaja en un rango limitado de

frecuencia intermedia.

Vale decir que según lo que uno quiere obtener tiene que seleccionar el dispositivo adecuado

(generalmente los transistores de Germanio tienen mayor respuesta a altas frecuencias).

5. Haga el grafico de la respuesta en frecuencia y determine hasta donde llega el rango

de frecuencias bajas y donde empieza el rango de frecuencias altas.

F (Hz) 100 500 1K 2K 5K10

K20K

30

K50K 70K 100K

Vsalida

(Vpico)

V

232 402 432 464 496 508 496 496 472 432 368

6. Con las mediciones efectuadas ¿Cuál es la máxima potencia de señal entregada a la

carga y cuál es la eficiencia del circuito?

Teórico:

Plmax = (Vceq – Vsat)*(Icq)/2 Plmax = (6.29-2)*14.29 Plmax = 61.3mW

Pcc = Vcc*Icq Pcc = 12*14.29 Pcc = 171.48mW

= Plmax / Pcc = 61.3/171.48 = 0.3575 = 35.75%

Experimental

Plmax = (Vceq – Vsat)*(Icq)/2 Plmax = (5.973-2)*14.27 Plmax = 56.70 mW

Pcc = Vcc*Icq Pcc = 12*14.27 Pcc = 171.24mW

= Plmax / Pcc = 56.70/171.24 = 0.3311 = 33.11%

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

El rango de su punto de operación es demasiado crítico, es decir, que para cualquier

variación mínima de algún componente sobre todo los que están comprometidos con

la base, variara su punto de operación disminuyendo aún más la ganancia.

Esto se podría solucionar con un resistor variable reemplazando a R1 para cualquier

desgaste de componentes se puede compensar con R1 variable.

El condensador de acoplo realiza la función de pasar solo la señal y de esta forma

mantener el punto de operación Vceq sin variación alguna

Los componentes del circuito consumen mucha corriente para su polarización esto

quiere decir que no es tan eficiente.

FUENTES DE INFORMACIÓN

http://www.unicrom.com/Tel_AmplificadoresClaseA.asp “Amplificadores clase A”

ADEL S. SEDRA Y KENNETH C. SMITH. “Circuitos Microelectrónicos” Edición 2012

MUHAMMAD H. RASID. “Circuitos Microelectrónicos Análisis y Diseño”. Edición 2010