UNIVERSIDAD POLITCNICA DEL CENTRO

INGENIERA EN ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES.

ANLISIS DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS

AMPLIFICADOR MULTIETAPA

ALUMNOS: VCTOR MANUEL LPEZ PREZAYAX ISRAEL ISIDRO ALVARADOCARLOS EDUARDO AGUIRRE PREZ

MAESTRO: OSCAR RAFAEL HERNNDEZ HERNNDEZ

4TO CUATRIMESTRE

R/A TUMBULUSHAL, CENTRO, TAB A 28 DE FEBRERO 2014.AMPLIFICADOR MULTIETAPA.INTRODUCCIN.Eltransistores undispositivo electrnicosemiconductorutilizado para producir una seal de salida en respuesta a otra seal de entrada. Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran: Amplificacin de todo tipo (radio, televisin, instrumentacin) Generacin de seal (osciladores, generadores de ondas, emisin de radiofrecuencia) Conmutacin, actuando de interruptores (control de rels, fuentes de alimentacin conmutadas, control de lmparas, modulacin por anchura de impulsos PWM) Deteccin de radiacin luminosa (fototransistores). El trmino transistor es la contraccin eninglsdetransfer resistor(resistenciade transferencia). Existen dos tipos bsicos de transistores: Transistor Bipolar o BJT. Transistor de efecto de Campo o FET. En esta prctica nos enfocaremos en los transistores bipolares, ya que se realiz la prctica con la utilizacin del mencionado dispositivo.Los transistores de unin (uno de los tipos ms bsicos) tienen 3 terminales llamadosBase, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas (Ver figura 1.1 y figura 1.2).

Figura 1.1: Tipos de encapsulados.Figura 1.2: Distribucin EBC de acuerdo al encapsulado

Actualmente se encuentran prcticamente en todos losaparatos electrnicosde uso diario:radios ,televisores,reproductores de audio y video,relojes de cuarzo,computadoras,lmparas fluorescentes,tomgrafos,telfonos celulares, etc. Existen 2 tipos de transistores, los NPN y los PNP (Ver figura 1.3).

Figura 1.3: Simbologa de Transistores NPN y PNP

POLARIZACIN DE UN TRANSISTOR BIPOLAR.Polarizar un transistor consiste en suministrar las tensiones adecuadas y conectar las resistencias oportunas para que el transistor funcione dentro de los lmites indicados en el diseo con corriente continua, de forma que la seal aplicada a la entrada no resulte deformada a la salida.Un transistor BJT se puede polarizar de las siguientes maneras: Polarizacin fija de: Emisor comn. Colector comn. Base comn. Polarizacin estabilizada de emisor. Polarizacin por Divisor de Voltaje. Polarizacin retroalimentada.Podemos polarizar un transistor BJT con ayuda a sus curvas I-V as obteniendo las corrientes de Base, Colector Y el voltaje Base-Emisor estableciendo al principio un Voltaje de operacin y una corriente de colector de saturacin.AMPLIFICADORES CON TRANSISTORES BIPOLAR.Un circuito amplificador (Vea figura 1.4) se puede considerar como un circuito de dos puertas. La puerta de entrada recibe la seal de voltaje o corriente que se pretende amplificar. Esta seal es procesada en el amplificador y es entregada a travs de la puerta de salida conveniente amplificada. Cuando se trata de seales pequeas generalmente se supone que la seal de salida es semejante a la seal de entrada, es decir que no sufre ninguna distorsin, siendo la nica diferencia la amplitud de la variacin de seal y la fase.Los parmetros que definen el comportamiento de un circuito amplificador son la ganancia y las impedancias de entrada y salida.Los trminos de ganancia se usan indistintamente para sealar la relacin entre las amplitudes de las seales de entrada y salida.Las impedancias es la resistencia que tiene el circuito en la entrada o salida y representa la carga para la seal de entrada aplicada al amplificador.

Figura 1.4

En los transistores bipolares existen 3 configuraciones de amplificadores: Emisor comn: La seal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. El emisor se conecta a las masas tanto de la seal de entrada como a la de salida. En esta configuracin se tiene ganancia tanto de tensin como de corriente (Vea Figura 1.5).Figura 1.5

Base comn: La seal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. La base se conecta a las masas tanto de la seal de entrada como a la de salida. En esta configuracin se tiene ganancia slo de tensin. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base (Vea Figura 1.6).Figura 1.6

Colector comn: La seal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la seal de entrada como a la de salida. En esta configuracin se tiene ganancia de corriente, pero no de tensin que es ligeramente inferior a la unidad. La impedancia de entrada es alta, aproximadamente +1 veces la impedancia de carga.

En la presente prctica se realizara un amplificador multietapa con 3 distintos transistores PNP, los cuales son el BC447, BC337 y cada una con una polarizacin diferente (Polarizacin fija de emisor comn, Polarizacin de divisor de voltaje y estabilizada de emisor comn). A cada uno de los transistores se le calculara los parmetros de ganancia e impedancia de entrada y salida (Vea Figura 1.7).Figura 1.7. Colector Comn

Desarrollo:En esta prctica se realizar un circuito amplificador multietapa (especficamente de 3 etapas) usando transistores NPN en el cul se introducir una seal de entrada que ser una entrada de audio tomada desde un telfono celular con un jack de 3.5mm esperando ver cunto amplifica en la salida de cada etapa.Se utilizarn 3 configuraciones distintas para cada etapa del amplificador, con una fuente propuesta de 12v y una corriente propuesta de 60mA.1. Para la primera etapa se usar la configuracin de polarizacin fija con un transistor BC337 con una resistencia de base (Rb) de 56k y una Resistencia de colector (Rc) de 120.2. Para la segunda etapa se us una polarizacin por divisor de voltaje con un transistor BC547 con una Rb1 de 6.2k y una Rb2 de 1.2k, una Rc de 180 y una Re (Resistencia de Emisor) de 43.3. Finalmente para la tercera etapa se usa una polarizacin estabilizada de emisor con un transistor 2n3904 con una Rb de 18k, una Rc de 82 y una Re de 22.Para calcular los capacitores de salida (Cout) que van entre una etapa y otra se us la siguiente frmula:

Donde R es Zi (Impedancia de entrada), y es la frecuencia mnima de audicin humana. (El odo humano escucha sonidos entre 16Hz y 160KHz aproximadamente.)Los resultados de dichos clculos fueron los siguientes:Cout etapa 1:100uFCout etapa 2:100uFCout etapa 3: 120uFDebido a la falta de capacitores con valores exactos se opt por usar capacitores de valores similares.Armando el circuito:Se comienza conectando la fuente de 12v a el colector de cada transistor con su respectiva resistencia, se hace lo mismo con la base de los transistores, en la parte del emisor se conecta una resistencia en la etapa 2 y la etapa 3 (polarizacin de divisor de voltaje y polarizacin estabilizada de emisor respectivamente) en paralelo con un capacitor de 100uf en cada etapa, en el caso de la etapa 1 (polarizacin fija de emisor comn).Se usaron 4 capacitores de 100uF uno en donde va la seal de entrada, otro entre el colector de la etapa 1 y la base de la etapa 2, otro entre el colector de la etapa 2 y la base de la etapa 3 y finalmente el capacitor de la salida en el colector de la etapa 3 hacia la salida (ver figura 1.8, 1.9 y 1.10), que en este caso es una bocina de 8 a 5W.Diagrama:

Figura 1.8 Diagrama simulado del circuito amplificador multietapa.

Figura 1.9 Circuito implementado en protoboard

Figura 1.10 Circuito con entrada de audio

RESULTADOSCORRIENTETEORICOSIMULADOPRACTICO

IC50 mA32.6mA65 mA

IB0.2 mA0.2 mA0.19 mA

IE52 mA32.8 mA64.87 mA

Tabla 1.1. Primera etapa: polarizacin fija del transistor BC337

Tabla 1.2. Segunda etapa: polarizacin por divisor de voltaje del transistor BC547

CORRIENTETEORICOSIMULADOPRACTICO

IC28 mA25.9mA50 mA

IB100 uA87.2uA160uA

CORRIENTETEORICOSIMULADOPRACTICO

IC60 mA67.4mA46 mA

IB0.3 mA0.447 mA0.97 mA

IE60 mA68 mA45.2 mA

Tabla 1.3. Tercera etapa: polarizacin estabilizada de emisor del transistor 2N3904

Se obtuvieron las mediciones de los resultados tericos, simulados y experimentales. Se obtuvieron corrientes de colector, base y emisor, y se observaron algunas aproximaciones en las corrientes calculadas.Tabala 1.4. Ganancia de voltaje del circuito multietapa.Ganancia etapa 1-240

Ganancia etapa 2-240

Ganancia etapa 3-197

Ganancia total-11347200

Grfica 1.1 La salida de la etapa 1 con respecto a la seal de entrada.

Grfica 1.2 La salida de la etapa 2 con respecto a la seal de entrada.

Grfica 1.3 La salida de la etapa 3 con respecto a la seal de entrada.

En la etapa dos la amplitud fue ms alta porque en la etapa 3 la seal de entra llegaba al lmite del circuito y se distorsionaba la seal de salida.

CONCLUSIN.Vctor Manuel Lpez Prez.En esta prctica se realiz el anlisis de un amplificador de 3 etapas (Multietapa), el cual fue realizado con distintos transistores BJT tipo NPN los cuales son el BC547, BC337 y el 2n3904, el primer transistor mencionado fue polarizado con la configuracin divisor de voltaje, el segundo con la polarizacin fija de emisor comn y el ultimo estabilizada de emisor.Cada uno de los transistores se aliment con un voltaje de 12V, despus de analizarlos en Corriente Directa (DC) en donde se encontraron las resistencias correspondientes de cada configuracin de polarizacin, se analiz en Corriente Alterna (AC) donde se pretende encontrar las ganancias y las impedancias a partir de resistencia, el amplificador multietapa nos dio una buena ganancia de -11,1347,200 ,de igual manera se calcularon los capacitores de cada amplificador tanto de entrada como de salida de cada etapa del amplificador.Al hacer el anlisis experimental de corriente del circuito amplificador multietapa se obtuvieron resultados un poco similares al anlisis terico y el simulado. En el caso del anlisis terico y simulado si fueron muy simulares los resultados obtenidos en caso de corriente y voltaje. Se observ tambin a travs de osciloscopios del multisim las amplitudes de voltaje que se tena en cada etapa, la 1ra etapa del amplificador se observaba una buena amplitud de onda y en la segunda era mayor la amplitud que la primera y en la ltima era mayor que las dos anteriores etapas. Tambin al realizar el anlisis del simulado y experimental me di cuenta que cuando en la entrada del amplificador se aplica una seal pequea en la salida obtenemos una seal sin distorsin en cambio si se aplica una seal muy grande en la entrada obtenemos en la salida una seal distorsionada ya que la seal se satura.

Ayax Israel Isidro Alvarado:En esta prctica se implement un circuito amplificador multietapa que constaba de 3 etapas con diferentes configuraciones, la primera etapa consista en una configuracin fija de emisor, la segunda etapa en una configuracin de divisor de voltaje y la tercera etapa estaba implementada como una configuracin estabilizada de emisor con los transistores NPN BC337, BC547 y 2N3904 respectivamente a cada etapa, ste circuito iba conectado a una fuente de 12v.Al momento de conseguir los componentes no se consigui Rb que era de 18k, sin embargo se utiliz una resistencia de 10k, que respondi bastante bien en el circuito y en el caso del capacitor de la tercera etapa no se pudo conseguir el valor exacto, sin embargo se usaron capacitores de 100uF ya que los valores de capacitores de salida de cada etapa eran similares.Al analizar los valores simulados, calculados y experimentales, se observa que en el caso del transistor BC337 los valores de corriente de base son idnticos en los 3 rubros, por otro lado Ic e IE son similares entre calculados y experimentales, siendo ms pequeos en los valores simulados. En el caso del transistor BC547 los valores simulados y tericos son similares a excepcin de los experimentales que son considerablemente ms grandes (casi el doble de los otros rubros). Finalmente en el caso el transistor 2n3904 los valores simulados y son similares, sin embargo en la parte experimental Ic e IE son ms pequeos e Ib es ms grande que en los otros 2 rubros.Una vez armado el circuito se comenz a introducir la seal a amplificar, que es una seal tomada de la salida de audio de un celular y se us una bocina de 5W a 8. Primero se conect la bocina directamente a la seal de entrada el volumen del audio del celular se escuchaba muy poco, posteriormente se conect a la salida de la primera etapa en la cual se escuchaba un poco ms fuerte el audio, despus se conect en la salida de la segunda etapa y el audio tena un volumen considerablemente alto, sin embargo al momento de conectarla en la salida de la 3era etapa el volumen disminuy a un volumen intermedio entre la primera y la segunda etapa, esto pudo deberse a que el circuito amplific la seal de tal manera que lleg a una amplitud mayor a la de la fuente y no fue capaz de amplificar ms.Al observar las seales en el osciloscopio a la salida de cada etapa se puede observar la seal de entrada que es una seal pequea, y va aumentando en cada etapa, aunque tambin se distorsiona entre ms grande es, ya que al amplificarse se obtiene ruido y la seal de salida se desfasa con respecto a la de entrada.Se puede decir que el circuito cumple su funcin que es la de amplificar una seal, sin embargo a pesar de que sta si es amplificada, la seal pierda estabilidad y sale distorsionada.

Carlos Eduardo Aguirre Prez

En la prctica realizada del amplificador multietapa se concluy que cuando subamos el volumen del celular o computadora se distorsionaba la seal. Este amplificador nos sirve para aumentar la amplitud de las seales pequeas.Tambin en la ltima etapa se vio que la seal de salida se desplazaba ms rpido que la seal de entrada y la amplitud era ms grande.

Bibliografa: Transistores (1 de Diciembre del 2013)(Aladro)Fecha de consulta: 24 de Febrero de 2014Disponible:http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso03-04/cce/practicas/encapsulados/encapsulados.htm

Fsica para la ciencia y la tecnologa, Volumen 2(Paul Allen Tipler)Fecha de consulta: 24 de Febrero de 2014Disponible: http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor http://books.google.com.mx/books?id=SghjkM6MwygC&pg=PA1166&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false

Transistor. (2014, 16 de febrero).Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 16:51, febrero 25, 2014 desdehttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Transistor&oldid=72604194. Sonido, Frecuencia y el odo Humano, Fecha de publicacin: 9 de Noviembre del 2008, Fecha de consulta: 26 de Febrero del 2014.Disponible:http://nottheremin.wordpress.com/2008/11/09/sonido-frecuencia-y-el-oido-humano/