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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LÁZARO CÁRDENAS INGENIRÍA ELECTRÓNICA DISEÑO CON TRANSISTORES PRACTICA 2: “ESPEJO DE CORRIENTE Y AMPLIFICADOR SINTONIZADO CLASE C” REALIZAN GABRIEL BUENO LEDEZMA CESAR EDUARDO CONEJO BENITEZ JUAN CARLOS DUARTE COVARRUBIAS GERARDO JUAN BARBOSA REVISOR Ing. JOSE GUADALUPE ESPEJEL PANIAGUA 2

Practica Clase c y Espejo

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practica amplificador clase C y espejo de corriente

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INSTITUTO TECNOLGICO DE LZARO CRDENAS

INGENIRA ELECTRNICADISEO CON TRANSISTORESPRACTICA 2: ESPEJO DE CORRIENTE Y AMPLIFICADOR SINTONIZADO CLASE CREALIZANGABRIEL BUENO LEDEZMACESAR EDUARDO CONEJO BENITEZJUAN CARLOS DUARTE COVARRUBIASGERARDO JUAN BARBOSA

REVISORIng. JOSE GUADALUPE ESPEJEL PANIAGUA

CD. Y PTO. LZARO CRDENAS, MICH. INTRODUCCIN

El propsito de esta prctica es implementar un circuito de un espejo de corriente. La particularidad de este circuito es que se encarga de producir una corriente constante y que utiliza principalmente en los circuitos integrados. Este circuito espejo de corriente produce una reflexin o espejo de una corriente constante en el otro lado del circuito.

De la misma forma se implementara un amplificador sintonizado de clase C. Este circuito funciona de tal manera que en la base del transistor se aplica una seal de entrada con una frecuencia, en el colector se obtiene una seal de salida ya amplificada. El caso especial de este circuito es que mientras ms se acerque la frecuencia de la seal de entrada con la frecuencia de resonancia, la seal de salida en el colector se incrementara. Cuando la frecuencia de la seal de entrada sea igual con la frecuencia de resonancia se obtendr la mxima seal de salida.

NDICE

Marco Terico...... 5Lista de Material y Equipo... 12Desarrollo. 13Conclusiones 19Referencias... 19Recomendaciones 20

MARCO TERICO

Espejo de corrienteEnelectrnica, unespejo de corrientees una configuracin con la que se pretende obtener unacorrienteconstante, esto es, una fuente de corriente. Esta configuracin consta de dostransistores, idealmente idnticos, y unaresistenciaopotencimetro, si se quisiera regular el circuito en el caso que los transistores no fueran idnticos. En la siguiente figura se muestra el esquema bsico de un espejo de corriente.

Anlisis del circuitoLa corriente que circula en R1 est dada por:

Dondees la corriente del colector de Q1,es la corriente de base de Q1,es la corriente de base de Q2.

La corriente de colector de Q1 viene dada por la ecuacin:

Dondees laganancia de corrientede Q1. Si Q1 y Q2 son idealmente idnticos, lade Q2 ser:

donde VAes debida alefecto Early.Como VBE1= VBE2y Q1 y Q2 son idnticos, IB1= IB2. La corriente de colector de Q2 ser entonces dado por:

Si , entonces:

Se obtiene as una precisin superior a la obtenida con circuitos ms complejos, como losWidlar, deWilsonoCascodo.

Las corrientes e se pueden obtener haciendo uso de las corrientes del circuito que se muestra en la Figura 2.2. Supongamos que la corriente de emisor () para ambos transistores es la misma (con y fabricados cerca uno de otro sobre el mismo chip). Entonces, las corrientes de base de los dos transistores son aproximadamente:

La corriente de colector de cada transistor es por tanto:

Por ltimo la corriente a travs del resistor , es decir, , es igual a:

En resumen, la corriente constante proporcionada en el colector de se refleja en el de . Y ya que

La corriente establecida por y se refleja en la corriente correspondiente al colector de .

El transistor se conoce como un transistor conectado como diodo debido a que la base y el colector se encuentran juntos en corto circuito.

El espejo de corriente se usa en loscircuitos integradosporque es una forma conveniente de crear fuentes de corriente y cargas activas. La ventaja de utilizar espejos de corriente es la del incremento en la ganancia de tensin y en elrechazo al modo comn(CMRR). El motivo tcnico de su frecuente uso en IC se debe a la vez porque es ms econmico hacer los 2 transistores sobre la oblea de silicio en vez de las resistencias cuando se quiere polarizar un determinado transistor, aparte de ocupar menos espacio; y ofrece tambin mayor estabilidad frente a cambios de voltaje y temperatura a la polarizacin.

Frecuencia de resonanciaSe denominafrecuencia de resonanciaa aquella frecuencia caracterstica de un cuerpo o un sistema que alcanza el grado mximo de oscilacin.Todo cuerpo o sistema tiene una, o varias, frecuencias caractersticas. Cuando un sistema es excitado a una de sus frecuencias caractersticas, su vibracin es la mxima posible. El aumento de vibracin se produce porque a estas frecuencias el sistema entra en resonancia.En un sistema elctrico, la frecuencia de resonancia es aquella a la que lafuncin de transferenciaalcanza su mximo. Es decir, dada una entrada, se obtiene una salida mxima.Por ejemplo, al sintonizar una emisora de radio estamos haciendo funcionar el circuito interno de la radio a una frecuencia natural que entra en resonancia con la frecuencia de emisin de la emisora deseada y esta ltima se amplifica, pero dejando el sistema estable.

Amplificador sintonizado clase CEn clase B, necesitamos utilizar una configuracin push-pull. Por esto, casi todos los amplificadores de clase B son amplificadores push-pull. En clase C, necesitamos utilizar un circuito resonante para la carga, razn por la cual casi todos los amplificadores de clase C son amplificadores sintonizados.

ngulo de conduccin

Un mtodo equivalente que permite establecer un ciclo de trabajo consiste en utilizar el ngulo de conduccin , como se muestra en la Figura 2.8b:

Por ejemplo, si el ngulo de conduccin es , el ciclo de trabajo ser:

Rectas de cargaLa recta de carga es una herramienta que se emplea para hallar el valor de la corriente y la tensin del diodo. Las rectas de carga son especialmente tiles para los transistores, por lo que ms adelante se dar una explicacin ms detallada acerca de ellas.Estas son las distintas formas de analizar los circuitos con diodos:Exacta por tanteo: Ecuacin del diodo exponencial y ecuacin de la malla.Modelos equivalentes aproximados: 1 aproximacin, 2 aproximacin y 3 aproximacin.De forma grfica: Recta de carga.Hasta ahora hemos visto las 2 primeras, la tercera forma de analizarlos es de forma grfica, esto es calculando su recta de carga.

Si de la ecuacin de la malla, despejamos la intensidad tenemos la ecuacin de una recta, que en forma de grfica sera:

A esa recta se le llama "recta de carga" y tiene una pendiente negativa.El punto de corte de la recta de carga con la exponencial es la solucin, el punto Q, tambin llamado "punto de trabajo" o "punto de funcionamiento". Este punto Q se controla variando VSy RS.Al punto de corte con el eje X se le llama "Corte" y al punto de corte con el eje Y se le llama "Saturacin".

Filtrado de armnicosLos equipos elctricos modernos imponen unas estrictas exigencias respecto a la estabilidad de la tensin y la calidad de la energa. La red de transmisin debe estar libre de armnicos y otras perturbaciones elctricas.Si se instalan filtros de armnicos se consiguen varios beneficios: Mayor factor de potencia, mejor estabilidad de tensin y menores prdidas en la red Filtrado de armnicos del sistema Ausencia de problemas de resonancia y de amplificacin de las perturbaciones elctricas.Una red limpia impone una carga mucho menor sobre los equipos y aumenta la duracin de stos, lo que se traduce en menores costes de mantenimiento y de sustitucin de equipos gastados.

Problemas que pueden causar los armnicos Mayores prdidas, por ejemplo, las mquinas funcionarn con temperaturas ms altas y pueden sobrecalentarse. Problemas de resonancia entre las partes inductiva y capacitiva de la red de transmisin Funcionamiento defectuoso de los sistemas de control, ya que los equipos de medida electrnicos, los rels, etc. estn dimensionados para la frecuencia fundamental Sobrecarga de los condensadores, que deriva en mal funcionamiento y envejecimiento prematuro. Interferencias con telecomunicaciones y ordenadores. Perturbaciones en los sistemas de control del rizado Intensidades de corriente elevadas en los conductores neutros.

Deteccin de averasPuesto que el amplificador sintonizado de clase C tiene una seal de entrada con un nivel de continua desplazado en sentido negativo, puede emplearse un voltmetro de continua con alta impedancia para medir la tensin en el diodo de emisor. Si el circuito est funcionando correctamente, la lectura que se obtenga tendr que ser una tensin negativa aproximadamente igual al pico de la seal de entrada.La prueba del voltmetro que acabamos de describir resulta til cuando no se dispone de un osciloscopio. Sin embargo, si se tiene un osciloscopio, una prueba an mejor consiste en visualizar la forma de onda del diodo de emisor, que deber ser una forma de onda con el nivel de continua desplazado en sentido negativo cuando el circuito funciona correctamente.

Frmulas para clase CUn amplificador de clase C sintonizado normalmente es un amplificador de banda estrecha. La seal de entrada en un circuito de clase C se amplifica para obtener una mayor potencia de salida con un rendimiento aproximadamente al 100 %.

Ciclo de trabajoEnelectrnica, elciclo de trabajo,ciclo tilorgimen de trabajoes la relacin que existe entre el tiempo en que la seal se encuentra en estado activo y el periodo de la misma como se puede observar el la (Fig.1.1). Su valor se encuentra comprendido entre 0 y 1, y viene dado por la siguiente expresin:

Fig. 1.1 Ciclo de trabajo.

DondeD: es el ciclo de trabajo:es la duracin donde la funcin est en nivel alto (normalmente cuando la funcin es mayor que cero);:es elPeriodode la funcin.

LISTA DE MATERIAL Y EQUIPO

Material1 protoboard3 Transistores 2N22223 Resistencia de 10 k1 Potencimetro de 5 k1 Capacitor de 680 pF1 Bobina de 16.5 H2 Capacitores de 1 F1 Resistencia de 4.7 kCable para conexin

Equipo

1 Fuente de alimentacin1 Multmetro1 Osciloscopio1 Generador de funciones2 Puntas para osciloscopio

DESARROLLO

Espejo de Corriente

Figura 1.2 Circuito espejo de corriente.Clculos tericos, frmula para calcular la corriente:

Como se puede observar en la Tabla1.1, tenemos los valores que obtuvimos al medir las corrientes, tanto de la resistencia como la corriente del potencimetro.

Corriente de controlCorriente Reflejada

Potencimetrocorriente en la ResistenciaCorriente en el potencimetro

al 100 % (5 k)2.04 mA2.32 mA

4.75 k2.04 mA2.53 mA

4.50 k2.04 mA2.65 mA

4.25 k2.04 mA2.82 mA

4.00 k2.04 mA3.00 mA

3.50 k2.04 mA3.42 mA

3.00 k2.04 mA3.95 mA

2.00 k2.04 mA4.95 mA

Tabla 1.1. Corrientes medidas en la prctica.

Debido a que el valor de la Beta de cada transistor es distinto, las corrientes obtenidas difieren una con la otra pero se puede observar que se cumple la funcin

Como se puede observar en la Tabla 1.2 se encuentran los valores que obtuvimos al simular nuestro circuito en (multisim). En la Figura 1.3 podemos ver nuestro circuito simulado.

Corriente de controlCorriente Reflejada

Potencimetrocorriente en la ResistenciaCorriente en el potencimetro

al 100 % (5 k)2.24 mA2.24 mA

4.75 k2.36 mA2.30 mA

4.50 k2.49 mA2.36 mA

4.25 k2.60 mA2.37 mA

4.00 k2.71 mA2.38 mA

3.50 k2.98 mA2.38 mA

3.00 k3.33 mA2.39 mA

2.00 k4.59 mA2.39 mA

Figura 2.11 diagrama del circuito espejo de corriente en multisim.

Amplificador sintonizado clase C Clculos tericos

Figura 2.12 Circuito amplificador sintonizado de clase C.

Tabla de los valores medidos en la prcticaFrecuencia de entradaVoltaje de Salida

400 kHz1.58 Vpp

500 kHz1.74 Vpp

600 kHz1.88 Vpp

700 kHz1.96 Vpp

800 kHz2.04 Vpp

900 kHz2.10 Vpp

1.0 MHz2.20 Vpp

1.1 MHz2.24 Vpp

1.2 MHz2.34 Vpp

1.3 MHz2.38 Vpp

1.4 MHz2.46 Vpp

1.5 MHz2.58 Vpp

1.6 MHz2.58 Vpp

1.7 MHz2.47 Vpp

1.8 MHz2.36 Vpp

1.9 MHz2.32 Vpp

2.0 MHz2.26 Vpp

2.5 MHz1.88 Vpp

3.0 MHz1.42 Vpp

Los resultados de voltaje de salida obtenidos son pequeos debido a que la bobina no est perfectamente construida pero aun as el funcionamiento se cumple.

Tabla de los valores medidos en simulacin (multisim)Frecuencia de entradaVoltaje de Salida

400 kHz28.5 Vpp

500 kHz28.2 Vpp

600 kHz27.8 Vpp

700 kHz27. 4 Vpp

800 kHz27.2 Vpp

900 kHz26.8 Vpp

1.0 MHz26.6 Vpp

1.1 MHz26.4 Vpp

1.2 MHz26.1 Vpp

1.3 MHz25.9 Vpp

1.4 MHz25.5 Vpp

1.5 MHz25.2 Vpp

1.6 MHz24.8 Vpp

1.7 MHz24.6 Vpp

1.8 MHz24.3 Vpp

1.9 MHz23.7 Vpp

2.0 MHz22.4 Vpp

2.5 MHz20.1 Vpp

3.0 MHz16.5 Vpp

Figura 2.13 Onda de seal de salida con 1.5 MHz.

CONCLUSIONES

Esta prctica se dividi en dos partes, en la primera parte se muestra un circuito, el cual es un espejo de corriente, en el cual solo tenamos que medir las corrientes del potencimetro y la resistencia, adems tenamos que comprarlas, y si las corrientes eran iguales o similares, quera decir que nuestra prctica estaba bien. Las corrientes no eran exactamente iguales ya que los transistores no tenan la misma beta, pero si fuesen iguales los valores de las betas, la corriente del potencimetro y de la resistencia seria casi iguales, no exactamente iguales ya que en la prctica los valores varan. La segunda parte de la prctica era un amplificador sintonizado clase C, el cual el propsito de este circuito era que midiramos el voltaje de salida mediante un osciloscopio, pero tenamos que ir registrando los valores conforme bamos bajando la frecuencia de entrada y observamos que el voltaje de salida iba aumentando, el objetivo de la las dos partes de la prctica se cumplieron.

REFERENCIAS

1.- Autor: Jos Esp Lpez. Ttulo: Componentes y circuitos electrnicos analgicos Referencia: 3 edicin. ISBN 84-932266-0-2. Editorial MOLINER 40. C/ Doctor Moliner, 40. 46100-BURJASOT (Valencia) (ao 2001).

2.- Autor: Jos Esp Lpez. Ttulo: Laboratorio de Electrnica Analgica (2 edicin) Referencia: ISBN 84-932266-1-0. Editorial MOLINER 40. C/ Doctor Moliner, 40. 46100-BURJASOT (Valencia)

RECOMENDACIONES Antes de empezar a medir el circuito tienen que checar que el equipo funcione correctamente, ya que abecs las practicas no salen bien pero no saben porque y la mayora de las veces es el equipo que no mide bien o que no entregan la seal que dice el instrumento. En el primer circuito les recomiendo que busquen transistores que tengan betas iguales, para que sus valores de las corrientes sean casi iguales, ya que si sus betas son muy distintas, los valores de las corrientes varan demasiado.

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