AMPLIFICADOR CON RESPUESTA EN FRECUENCIA: FILTRO PASA BANDAS

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AMPLIFICADOR CON RESPUESTA EN FRECUENCIA: FILTRO PASA BANDAS

{juan.serrano-s, andrea.garcia-d, hernan.betancourt }@mail.escuelaing.edu.co

Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito

Resumen—En esta práctica se diseñará  un montaje para entender un método de amplificación de una señal AC en base a la frecuencia que genera la señal de entrada. Este montaje se entiende como un filtro pasa bandas que corresponde a una relación entre los filtros pasa bajos y pasa altos en uno solo donde permitirá frecuencias en un rango especifico llamado ancho de banda. En este caso el ancho de banda corresponde de 1KHz a 200KHz como frecuencias de corte, siendo el primero la frecuencia de la parte de filtro pasa alta y 200KHz la parte de filtro pasa bajos. Se diseña con polarización universal.

Índice de Términos— Amplificador, Ganancia, Frecuencias, Filtros.

1. OBJETIVOS DE LA PRACTICA

• Lograr que el estudiante ratifique el concepto de ancho de banda
• Lograr que el estudiante ratifique la presencia de condensadores parásitos en los transistores BJT
• Asegurar que el estudiante use el teorema de Miller para obtener capacitancias equivalentes en la entrada y en la salida para condensadores que están ubicados con un PIN en la salida y con el otro PIN en la entrada

II. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

 Para entender el diseño de nuestro montaje se realizaron dos prácticas guiadas en el laboratorio de Electrónica Análoga por el profesor Johnny Alexander Arévalo, profesor de la Escuela colombiana de Ingeniería donde nos facilita el plano electrónico del montaje y los pasos a seguir. En la primera practica solo nos enfocamos en el diseño mas no en el montaje. Posteriormente en la segunda practica debíamos tenerlo ya montado para presentarlo.

1. Amplificador con filtro pasa bandas

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Figura 1. Amplificador (filtro pasa bandas)

    Como podemos observar este es nuestro plano electrónico para realizar el amplificador con filtro pasa bandas, donde el diseño de los condensador C1, C2 y C3 darán a lugar la frecuencia de corte del filtro pasa altos (1kHz), por otro lado, los condensador de Cobo, y los condensadores de Miller (que son condensador “parásitos” que se explicarán más adelante) que darán a lugar la frecuencia de corte del filtro pasa bajos (200KHz) así que cada uno de estos condensadores se deberá diseñar.

     Por otro lado, el plano electrónico contiene una forma de polarización que se conoce como polarización por divisor de voltaje o polarización universal.

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    Figura 1. Polarización universal

La polarización por divisor de voltaje es la polarización más estable respecto al punto de trabajo Q. Se puede usar en todas las configuraciones del transistor BJT, emisor común,

 base común, y colector común [1]. Al ser el más estable, se logra trabajar en clase A de manera muy eficiente, por tanto, es de las mejores configuraciones de polarización para amplificadores.

      Posterior a entender el montaje, se realizaron los cálculos correspondientes al diseño del amplificador con las siguientes especificaciones de diseño:

“Diseñar un amplificador de señal intensa para una ganancia Av= -10 con base en una fuente de voltaje VCC=12V, clase A, con una resistencia de carga de 4,7K Ω y una corriente de colector Ic de 2mA. Asuma el condensador de cobo con un valor de 4pF. El ancho de banda deberá ser de 1kHz a 200kHz.”

Tenemos los siguientes datos:

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Por tanto:

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Al tratarse de señal intensa debemos corregir el punto Q.

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     Para el Beta simplemente tomamos un transistor NPN y lo medimos gracias a un multímetro, el Beta para este transistor nos arrojó un valor de 341. Lo cual para nuestro 2N3904 está dentro del límite permitido, así que podemos usar este valor.

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Tabla 1. Valores de Beta que puede tomar el transistor [2].

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Al tratarse de condensadores del filtro pasa altos, debemos tener en cuenta la frecuencia de corte de 1KHz.

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Al tratarse de condensadores del filtro pasa bajos, debemos tener en cuenta la frecuencia de corte de 200KHz

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El Cx sirve para obtener la frecuencia deseada que en este caso es 200KHz.

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III. IMPLEMENTACION

     Posterior a entender el montaje se procede a realizarlo en protoboard donde se conectaría el generador de señales con la señal de entrada correspondiente a los 2 V pico a pico. Se conectan las dos sondas de osciloscopio para observar la señal normal generada (entrada) y la señal amplificada a través del condensador donde en las frecuencias de corte de ambos filtros se debería tener el 70% de la ganancia.

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Figura 3. Montaje para amplificador con  respuesta en frecuencia.

1. RESULTADOS

Los resultados se dan en el osciloscopio.

     Como ganancia plena del amplificador se pedía una ganancia de -10. Sin embargo, esta ganancia en algunas frecuencias del ancho de banda dio valores entre -6,7 y

 -9,2. Aquí una fotografía del osciloscopio con una ganancia -8,23

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Figura 4. Ganancia de -8.23 dentro de las frecuencias del ancho de banda.

     El voltaje de entrada fue de 70,6 mVrms y un voltaje de salida de 851 mVrms. Lo que corresponde a una ganancia de -8,23.

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