ENGINYERIA TECNICA INDUSTRIAL.  ELECTRONICA INDUSTRIAL

 

ELECTRONICA ANALOGICA

PRÀCTICA 2.   AMPLIFICADOR AMB BIPOLAR

 

 

 

1. Introducció

 

En aquesta pràctica s’analitzarà el comportament d’un circuit amplificador basat en transistors bipolars, més concretament un amplificador monotransistor en configuració d’emissor comú. Aquest és un dels amplificadors més senzills que es poden dissenyar obtenint resultats aplicables dintre del rang de funcionament dels sistemes d’àudio. L’anàlisi que es realitzarà es farà a tres nivells distints, primer a nivell teòric, desprès a través de simulació SPICE i finalment es verificarà experimentalment el funcionament del circuit en qüestió.

 

2. Anàlisi teòrica

 

El circuit a analitzar és el que es presenta a la Figura 1.

Vcc = 5V

C1 = 10mF

C2 = 100mF

RL = 10W

RC = 22W

RE = 3.3W

R1 = 2.2kW

R2 = poten 10kW

Q = BD135

                                              

Figura 1

Q1.- Calculau el punt de treball en continua, considerant que el transistor té un guany b=150. Que ha de valer R2 si es vol VCQ = 2V?

 

Q2.- Realitzau l’anàlisi en petit senyal i determinau els guanys en corrent i tensió a freqüències mitjes de l’amplificador en qüestió. Considerau  nVT =30mV i el valor de R2 calculat a l’apartant Q1.

 

Q3.- Calculau les impedàncies d’entrada i sortida de l’amplificador.

 

3. Simulació SPICE

 

Q4.-Codificau en SPICE el circuit de la Figura 1. Per modelar el BJT utilitzau el codi següent:

 

Q1 <colector> <base> <emissor> BD135

 

.model BD135      NPN(Is=974.4f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=50 Bf=150 Ne=1.941

+           Ise=902.5f Ikf=4.029 Xtb=1.5 Br=5.949 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=.1

+           Cjc=276p Vjc=.75 Mjc=.3333 Fc=.5 Cje=569.1p Vje=.75 Mje=.333

+           Tr=971.7n Tf=39.11n Itf=20 Vtf=10 Xtf=2 Rb=10)

Q5.-Anàlisi OP

 

(a) Mitjançant una anàlisi .OP determinau R2 per tal que en el punt de treball (punt d’operació) es tingui VC=2.0 V. Per tal que l’SPICE realitzi un escombrat de valors de R2 de forma automàtica haureu de definir el seu valor com un paràmetre i després utilitzar .STEP per variar el valor. Com exemple, a continuació es mostra com es definiria el paràmetre pot amb valor inicial 1kW i com aquest paràmetre s’utilitza per fer un escombrat de valors per la resistència R2 entre 1kW i 3kW amb increments de 200W.

 

.param pot = 4k

R2 3 0 {pot}

.step param pot 1k 3k 200

 

(b) Determinau el valor de IC per el valor de R2 obtingut.

 

Utilitzau el valor de R2 determinat per la resta de simulacions de la pràctica

 

Q6.-Anàlisi AC

 

(a) Feis un diagrama de Bode per l’amplitud de Vo per el rang de freqüències 10Hz-100kHz. Caldrà que la font Vi la definigueu com una font AC d’amplitud 1 V, i llavors realitzeu una anàlisi .AC:

 

.ac dec 10 1 100k

 

(b) Preneu per C1 i C2 un valors 10 vegades més petits i mirau com canvia el Bode. Explicau raonadament el que observau. Repetiu el mateix per uns valor de les capacitats 10 vegades majors que els inicials.

 

Q7.-Anàlisi transitòria

 

(a) Determinau Vo quan Vi es un senyal senoidal d’amplitud A=0.1V, 0.2V, 0.3V, 0.5V i 1V per cada una de les freqüències 20Hz, 200Hz, 2kHz i 20kHz. Comentau el que s’observa quan A = 1V.

 

(b) Determinau les potències RMS dissipades a les resistències RC, RE, RL i al transistor Q (Recordau que al transistor PQ(t)=IC(t) VCE(t)).

 

 

4. Muntatge experimental

 

Muntau el circuit amplificador de la Figura 1 utilitzant RL=10W i RE tres resistències de 10W en paral.lel.

 

Q8.- Ajustau R2 per tal que per al punt de treball en contínua es tengui VC=2.0 V. Mesurau amb el multímetre el valor de R2 ajustat.

 

Q9.- Amb el generador de funcions, excitau el circuit amb un senyal sinusoidal d’amplitud 0.5 V. Anau variant la freqüència per tal d’obtenir valors per dibuixar el Bode de l’amplitud de Vo.

Mesurau a més el guany en corrent a f=200 Hz, 2kHz i 20 kHz. Per fer això col.locau una resistència RS = 10W entre la sortida de la font i el capacitor C1, i feis una mesura en AC amb el multímetre de la caiguda a la resistència. Llavors mesurau la caiguda a la RL (això és, Vo) i feis el quocient de les dues mesures AC.

 

Q10.-Substituïu la RL per un altaveu, i observau com el to i el volum del so proporcionat per l’altaveu varia amb la freqüència. Comentau el resultat observat.

 

 

Apèndix. Patillatge del BJT

 

 

Identificació dels terminal del BJT npn BD135.