Practica Laboratorio Simulacion Amplificador Multietapas

7/23/2019 Practica Laboratorio Simulacion Amplificador Multietapas

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LABORATORIO VIRTUAL 4

AMPLIFICADORES MULTIETAPAS.

Asignatura: ELECTRNICA II

I. INTRODUCCION

Se llama amplificador multietapa a los circuitos o sistemas que tienen

mltiples transistores y adems pueden ser conectadas entre s para mejorar

sus respuestas tanto en ganancia, Zin (Impedancia de entrada), Zout

(Impedancia de salida) o ancho de banda !as aplicaciones pueden ser tanto de

cc como de ca "odas estas etapas amplificadoras pueden ser integradas y

encapsuladas en un chip semiconductor llamado #ircuito Integrado

$ebemos recordar de acuerdo a lo estudiado en %lectr&nica I que un

amplificador se describe como un circuito capa' de procesar las seales de

acuerdo a la naturale'a de su aplicaci&n %l amplificador sabr etraer la

informaci&n de toda seal, de tal manera que permita mantener o mejorar la

prestaci&n del sistema que genera la seal (sensor o transductor usado para la

aplicaci&n)

%n el presente reporte de la *rctica + - de %lectr&nica II, en base a la

definici&n de un amplificador multietapa, se desarrollarn simulaciones de

este tipo de circuitos y obtener as parmetros como. ganancia de /oltaje,

ganancia de corriente, impedancia de entrada e impedancia de salida

II. OBJETIVOS.

$esarrollar una prctica simulada apoyndonos en el soft0are *12"%3S

para simular amplificadores de mltiples etapas

#1eali'ar simulaciones para obtener la ganancia de /oltaje en los

amplificadores de mltiples etapas


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#alcular la ganancia del /oltaje, ganancia de corriente impedancias de

entrada y salida para amplificadores multietapas

III. MARCO TERICO.

III.1. Definicin.

!os amplificadores multietapa son circuitos electr&nicos formados por /arios

transistores (45" o 6%"), que pueden ser acoplados en forma directa,

mediante capacitores o usando un transformador %s un circuito capa' de

procesar las seales de acuerdo a la naturale'a de la aplicaci&n, es decir, que

recibe una seal y de/uel/e una seal id7ntica pero de otra amplitud, menor o

mayor y que tiene ms de una etapa en la que reali'a dicha operaci&n

III.2. Tipo !e Acop"e

%l acoplamiento establece la forma en la cual se conectan las distintas etapas

amplificadoras, dependiendo de la naturale'a de la aplicaci&n y las

caractersticas de respuesta que se desean %isten distintos tipos de

acoplamiento. 8coplamiento directo, capaciti/o y por transformador

3.2.1 Acoplamiento directo: !as etapas se conectan en forma directa, es

permite una amplificaci&n tanto de la componente de seal como de la

componente continua del circuito Se dice que los circuitos de cc se acoplandirectamente %l acoplamiento directo se puede utili'ar de manera efecti/a al

acoplar un amplificador emisor comn a uno emisor seguidor, porque la

corriente de polari'aci&n en un emisor seguidor por lo general es alta %l

acoplamiento directo elimina la necesidad de conectar con el capacitor de

acoplamiento y con los resistores 19 y 1: de la segunda etapa %l

amplificador acoplado directamente tiene una buena respuesta en frecuencias

pues no eisten elementos de almacenamiento en serie (es decir sensibles a la

frecuencia) que afecten la seal de salida en baja frecuencia

%l amplificador resultante tiene una ecelente respuesta en baja frecuencia ypuede amplificar seales de cd %s tambi7n ms simple fabricar un circuito

integrado pues no se necesita capacitores


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Figura 1: Ejemplos de acople directo y sus aplicaciones

3.2.2 Acoplamiento capacitivo:%l acoplamiento capaciti/o o por condensador

se usa para interconectar distintas etapas, en las cuales s&lo se desea

amplificar seal !a presencia del capacitor anula las componentes de cc,

permitiendo s&lo la amplificaci&n de seales en ca!os amplificadores de ca usan acoplamiento capaciti/o *ermite mayor

libertad en el diseo, pues la polari'aci&n de una etapa no afectar a la otra !a

figura : muestra un acople capaciti/o con transistores 45"

Figura 2: Amplificador BJT con acople capacitivo.

3.2.3Acoplamiento por transformador#%ste acoplamiento es muy popular enel dominio de la radio frecuencia (16) %l transformador como carga permitiraislar las seales y adems, dependiendo de la ra'&n de transformaci&n

incrementar el /oltaje y corriente !os transformadores permiten aislar

el7ctricamente las distintas etapas %l acoplamiento por transformador se

utili'a en receptores de radio y tele/isi&n $e esta forma, las etapas de

transistor no s&lo amplifican la seal (/ideo o audio) sino que tambi7n reali'an


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la funci&n de separar la estaci&n deseada de las dems recibidas por la antena

%l efecto neto es producir una caracterstica de frecuencia que sea

aproimadamente plana sobre el inter/alo deseado de la banda de frecuencias

Figura 3: Amplificador BJT con acople por transformador.

III.$. Confi%&'(cione !e ()p"ific(!o'e )&"*ie*(p(.

3.3.1 Conexin cascada. %s una conei&n en serie con la salida de una etapa

aplicada como entrada a la segunda etapa !a conei&n en cascada

proporciona una multiplicaci&n de la ganancia de cada etapa para una mayor

ganancia general !a ganancia general del amplificador en cascada es el

producto de las ganancias Av1 y Av2 de las etapas para as obtener una

mayor ganancia total

Av=Av1Av

2

%n la figura - se muestra un amplificador en cascada con acoplamiento 1c

usando 45".


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Figura : amplificador en cascada con acoplamiento !" usando BJT

!a ganancia de /oltaje de cada etapa es.

Av1=RcRL

!a impedancia de entrada del amplificador es la de la etapa 9.

Z1=R

1R

2re

; la impedancia de salida del amplificador es la de la etapa :.

Z2Rc r

0

!a siguiente figura es un ejemplo de una red con amplificador 6%" en

cascada.


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Figura #: Ejemplo de amplificador FET conectado en cascada.

3.3.2.Conexin cascode: #onsiste en un amplificador en emisor comn

acoplado directamente con una configuraci&n en base comn $icho circuito

posee una impedancia de salida mayor, una alta impedancia de entrada, con

una ganancia de /oltaje baja y un ancho de banda ms grande

!a figura < muestra un amplificador en conei&n cascode.

Figura $: Amplificador en cone%i&n cascode


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Figura ': Amplificador en cone%i&n "A(")*E A+TE!,AT-A.

!a idea general consiste en combinar la alta impedancia de entrada y la gran

transconductancia a tra/7s de la configuraci&n de emisor comn, con la

respuesta a altas frecuencias y la propiedad de ser un buffer de corriente de la

configuraci&n base comn %ntonces.

IE2IE1IC2IC1IC2

IC1

IB2IB1

3.3.3 "one%i&n *arlington. %sta configuraci&n corresponde a dos etapas

seguidores de emisor, tiene una alta impedancia de entrada y adems produce

un efecto multiplicati/o sobre la corriente, se conoce adems como par

$arlington 3na conei&n $arlington opera como una sola unidad

consiguiendo una beta muy grande la cual es el producto de las ganancias de

corriente de los transistores indi/iduales

#uando los transistores tienen ganancias de corriente diferentes, la conei&n

$arlington proporcionara una ganancia de.

D=12 si 1=2= ; entonces D=2


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Figura /: Amplificador en configuraci&n *arlington.

III.+. E*&!io !e "o efec*o !e c('%( , co''i)ien*o !e ni-e" DC

$.+.1Efecto de carga.

%n un amplificador multietapa, las caractersticas de las etapas de entrada y

salida dependern de las caractersticas del generador de entrada y de la carga

3no de efectos a tener en cuenta en un multietapa es la carga que ejerce cada

etapa sobre la anterior, as como el que una de las etapas ser la que limitara la

mima amplitud de la seal de salida por lo que si queremos aumentar dicha

seal debemos actuar sobre la etapa responsable

%n este caso puede ser utili'ada la realimentaci&n para mejorar las

caractersticas del amplificador "ambi7n es posible utili'ar un transformador

adaptador de impedancia para e/itar los efectos de carga, esto en el caso de

amplificadores con 45" debido a su baja impedancia de entrada %n losamplificadores con 6%", las etapas pueden ponerse directamente en cascada

sin que se presenten problemas de efectos de carga

$.+.2 Corrimiento DC.


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%n amplificadores multietapas con acoplamiento directo, la polari'aci&n de

cada etapa no es independiente de las otras =s an, el ni/el $# de cada

etapa se /a trasladando a la siguiente, produci7ndose un problema de

apilamiento de /oltaje que termina saturando a las etapas finales, esto es

producto de que salida en #8 de la primera etapa est superpuesta con el ni/el

de cd esttico de la segunda etapa, entonces el ni/el de #$ de la salida de la

etapa anterior se suma al ni/el de #$ de polari'aci&n de la segunda etapa

%sto se puede corregir, empleando estrategias de despla'amiento o corrimiento

de ni/el $#

*ara compensar los cambios en los ni/eles de polari'aci&n, en amplificador

utili'a diferentes /alores de fuentes de tensi&n de #$ en lugar de una fuente

de >cc sencilla "ambi7n en /e' de usar un acople directo entre las etapas se

puede usar un acople capaciti/o, el cual constituye la forma ms simple yefecti/a de desacoplar los efectos del ni/el de #$ de la primera etapa

amplificador, de aquellos de la segunda etapa %n capacitor separa el

componente de #$ de la seal de #8 *or tanto, la etapa anterior no afecta la

polari'aci&n de la siguiente *ara asegurar que la seal no cambie de manera

significati/a por la adici&n de un capacitor, es necesario que est7 se comporte

como cortocircuito para todas las frecuencias a amplificar

En sntesis: !as configuraciones multietapa clsicas, el par darlington, la

conei&n cascada y la conei&n cascode, presentan caractersticas propias, alta

impedancia de entrada e incremento de la corriente y alta impedancia de salida

respecti/amente, las cuales pueden ser mejoradas combinando dichos circuitos

con otros elementos, ya sea para su polari'aci&n (fuentes de corriente acti/as)

o como carga

%n un amplificador multietapa la conei&n en cascada proporciona una

multiplicaci&n de la ganancia en /oltaje de cada etapa para una mayor

ganancia general +o debe dejarse de lado, el hecho de que las etapas iniciales

y finales, tambi7n son las responsables de las caractersticas de impedancia

que ofrecer el amplificador

%s decir que, un amplificador no es un sistema simple de anali'ar y disear %s

un sistema complejo, pero con notables facilidades para el diseador, si este

ha logrado una buena metodologa en el marco te&rico ? prctico de los

circuitos electr&nicos elementales


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IV. MATERIAL E/UIPO A UTILI0AR.

a) #omputadora y *rograma de simulaci&n *12"%3S

V. DESARROLLO DE LA PRCTICA.

9 #onstruya en *12"%3S el circuito de la figura :

6igura :

: Simule el circuito, obteniendo las siguientes mediciones en $#.


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!a grfica que nos presenta el osciloscopio se muestra a continuaci&n.

#lculos matemticos que respaldan la simulaci&n.%l anlisis de polari'aci&n de cd resulta en.

B0 ./ E0 .1 "0 11 -" 0 .1 mA

%n el punto de polari'aci&n.

!a ganancia de /oltaje de la etapa 9 es por consiguiente.

mientras que la ganancia de /oltaje de la etapa : es.


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para una ganancia de /oltaje total de.

%l /oltaje de salida es entonces.

!a impedancia de entrada del amplificador es.

mientras que la impedancia de salida del amplificador es.

Si se conecta una carga de 9@ Aa la salida del amplificador, el /oltaje

resultante a tra/7s de la carga es.

B #onstruya en *12"%3S el circuito de la figura B


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6igura B

#lculos matemticos que respaldan la simulaci&n.

y el punto de polari'aci&n de cd.

!a ganancia de /oltaje para cada etapa es entonces.

!a ganancia de /oltaje del amplificador en cascada es entonces.

%l /oltaje de salida ser de.


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!a impedancia de entrada del amplificador en cascada es.

!a impedancia de salida del amplificador en cascada (suponiendo que rd

C )es de.

%l/oltaje de salida a tra/7s de una carga de 9@ Dseria entonces de.

VI. CUESTIONARIO.1 Re("ice e" (n3"ii en DC , AC p('( pe4&e5( e5("e !e "( fi%&'(

2 , $.SO!C"O#:

6IE318 :.


%l anlisis de polari'aci&n de cd resulta en.

B0 ./ E0 .1 "0 11 -" 0 .1 mA

%n el punto de polari'aci&n.

!a ganancia de /oltaje de la etapa 9 es por consiguiente.

mientras que la ganancia de /oltaje de la etapa : es.


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para una ganancia de /oltaje total de.

%l /oltaje de salida es entonces.

!a impedancia de entrada del amplificador es.

mientras que la impedancia de salida del amplificador es.

Si se conecta una carga de 9@ Aa la salida del amplificador, el /oltaje

resultante a tra/7s de la carga es.

6IE318 B.


y el punto de polari'aci&n de cd.

!a ganancia de /oltaje para cada etapa es entonces.


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!a ganancia de /oltaje del amplificador en cascada es entonces.

%l /oltaje de salida ser de.

!a impedancia de entrada del amplificador en cascada es.

!a impedancia de salida del amplificador en cascada (suponiendo que rd

C )es de.

%l/oltaje de salida a tra/7s de una carga de 9@ Dseria entonces de.

2 6Po' 4&7 !ifie'e en %'(n )e!i!( e" 8fe )e!i!o con e" 4&e epecific(e" f(9'ic(n*e en & 8o:( *7cnic(;.

SO!C"O#:

!a respuesta est en que la ganancia de corriente de un transistor /ara

de una forma sustanciosa con la corriente de colector 8dems, la

temperatura ambiente influye positi/amente en el aumento de dicha

corriente Fay que pensar que al aumentar la temperatura de la uni&n

del diodo colector aumenta el nmero de portadores minoritarios y, portanto, se produce un aumento de la corriente de colector

*ara poder cuantificar este fen&meno, los fabricantes de transistores

proporcionan, en las hojas de especificaciones t7cnicas, cur/as de

ganancia de corriente, donde se relacionan las /ariaciones que sufre G

con respecto a la corriente de colector y a la temperatura ambiente


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%n estas cur/as, se puede apreciar c&mo la ganancia de corriente

aumenta hasta un /alor mimo mientras la corriente de colector

aumentaH sobrepasado ese lmite, para mayores /alores de dicha

corriente, la ganancia decrece "ambi7n, se hace obser/ar la eistencia

de tres cur/as distintas, que indican diferentes condiciones de trabajo

para diferentes temperaturas ambiente

#uando se disea un circuito con transistores hay que tener en cuenta

estas /ariaciones de la ganancia de corriente, de lo contrario se podran

cometer errores sustanciales, que in/alidaran las condiciones de trabajo

requeridas por el diseo inicial

B) $C%&l es la ma'or ganancia de tensin (%e p%ede o)tenerse en los

amplificadores constr%idos en la pr&ctica* considerando (%e s%stransistores siempre cond%cir&n en la regin lineal+.

SO!C"O#:

8l igual que ocurra con los diodos, cuando se polari'a in/ersamente

cualquiera de las uniones de un transistor aparecen pequeas corrientes

in/ersas, que no pro/ocarn la ruptura de dichas uniones si la tensi&n que se

aplica no supera los /alores mimos fijados en las hojas de especificaciones

t7cnicas

9 Tenin in-e'( co"ec*o'


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que no se alcance la tensi&n de ruptura de la uni&n +ormalmente esta tensi&n

suele ser ele/ada (del orden de :@ a B@@ >)

+unca deber trabajarse, por supuesto, con una tensi&n superior a la indicada

por el fabricante en sus hojas t7cnicas %ste dato suele aparecer indicado con

las siglas >#42

: Tenin in-e'( co"ec*o'#%2) aplicada%n las hojas t7cnicas tambi7n aparece la tensi&n mima de funcionamiento

(>#%2) que en ningn caso debe ser superada, para e/itar el peligro de

destrucci&n del semiconductor

8s, por ejemplo, para el transistor 4# 9@, en las hojas de especificaciones

t7cnicas aparecen los siguientes /alores para las tensiones de ruptura. >#42C

B@> y >#%2C :@>, lo que significa que este transistor nunca deber operar con

tensiones superiores a estos /alores especificados

+ E>p"i4&e c)o )e!i' e>pe'i)en*(")en*e "( %(n(nci( !e co''ien*ep('( &n ()p"ific(!o' con BJT , FET.

SO!C"O#:

Supongamos que, a la entrada del circuito de la siguiente figura, se aplica una

seal alterna de pequea amplitud, y frecuencia lo suficientemente pequea


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para que puedan ser despreciados los efectos dinmicos que no han sido

tenidos en cuenta en el modelo anterior

%n estas condiciones, por el circuito de entrada circular una corriente alterna

?Ib?8Ib %s decir, sobre la corriente ?Ibque eista para un incremento de

tensi&n @, se superpone una corriente alterna de amplitud incremento de la

intensidad de base

$e forma anloga, en el circuito de salida aparecer una corriente alterna de

amplitud igual al incremento de la intensidad de colector, superpuesta a

?Ic(corriente de colector para un incremento de tensi&n @)

Se define ganancia en intensidad como.

2bs7r/ese que, al ser no mucho menor que 9, la ganancia de instensidad

puede tomar /alores muy ele/ados

$e forma anloga, se defina la ganancia de tensi&n como.

%n definiti/a, la seal de entrada, se /e amplificada tanto en intensidad como

en tensi&n


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VII. CONCLUSIONES.

!os circuitos multietapa son sistemas construidos a partir de /arios

transistores, estos pueden estar acoplados entre s, ya sea en formadirecta o a tra/7s de un capacitor

#uando las etapas son acopladas por capacitor se habla de circuitos de

ca, la presencia de condensadores en un amplificador hace que la

ganancia de 7ste dependa de la frecuencia Si son acopladas en forma

directa se habla de circuitos en cc y ca

%n un amplificador multietapa la conei&n en cascada proporciona una

multiplicaci&n de la ganancia en /oltaje de cada etapa para una mayor

ganancia general +o debe dejarse de lado, el hecho de que las etapas

iniciales y finales, tambi7n son las responsables de las caractersticas de

impedancia que ofrecer el amplificador

VIII. BIBLIO?RAFIA.

4oylestad, 1obert

"eora de circuitos y dispositi/os electr&nicos

%lectr&nica:@@J

%lectr&nica

*rentice Fall

1 #arrillo, 5I Fuircan 8mplificadores multietapa, Ken lneaL,

disponible en.

http.MM9-


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8puntes de las tutoras de la asignatura

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