ENGINYERIA TECNICA INDUSTRIAL.  ELECTRONICA INDUSTRIAL

 

ELECTRONICA ANALOGICA

PRÀCTICA 3.   AMPLIFICADOR CASCODO AMB BIPOLARS

 

 

 

1. Introducció

 

En aquesta pràctica s’analitzarà el comportament d’un amplificador cascodo de dos transistors, basat en dues etapes en cascada.  La primera etapa correspon a un emissor comú i la segona en base comuna. Aquest circuit presenta un comportament bastant bo a altes freqüències i combina els avantatges d’una etapa d’emissor comú i d’una altra de base comuna.  L’anàlisi que es realitzarà es farà a tres nivells distints, primer a nivell teòric, després 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 = 15V

C1 = 10mF

C2 = 100mF

Ce = 100mF

R1 = R2 = R3 =1kW

RC = poten100W

RE=100W

RL=46.5W

Rg=10W

Q1=Q2= BD135

                                              

Figura 1

Q1.- Calculau el punt de treball en contínua, considerant una anàlisi amb b infinita. Què ha de valer RC si volem que VCEQ1=VCEQ2=4V?  Per fer els càlculs considera VBEQ1= VBEQ2=0.634V.

 

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 RC calculat a l’apartat Q1.  Per això utilitzau els següents models en petit senyal.  Els paràmetres en petit senyal es calculen com a gm=ICQ/nVT i gmrp=b;  b=158

 

 

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 els dos 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 RC de manera que el punt de treball (punt d’operació) sigui VCEQ1= VCEQ1=4V.  Si voleu que SPICE realitzi un grenat de valors de RC 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 grenat 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 ICQ1 per al valor de RC obtengut

 

Utilitzau el valor de RC determinat per a la resta de simulacions de la pràctica

 

Q6.-Anàlisi AC

 

(a) Feis un diagrama de Bode per l’amplitud de Vo per al rang de freqüències 10Hz-100kHz. Haureu de definir la font Vi com una font AC d’amplitud 1V, i llavors realitzar una anàlisi .AC:

 

.ac dec 10 1 10meg

 

(b) Observau el comportament en freqüència.  Calcula el seu ample de banda.  Llavors, preneu per C1 i C2 un valors 10 vegades més petits i mirau com canvia el Bode. Explicau raonadament lo que observau. Repetiu lo mateix per a uns valors 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 200Hz, 2kHz, 20kHz i 200kHz. Comentau lo que s’observa quan A = 1V.

 

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

 

 

4. Montatge experimental

 

Montau el circuit amplificador de la Figura 1 utilitzant quatre resistències de 180W per aconseguir una resistència RL de 45W  i RE una resistència de 100W.

 

Q8.- Ajustau RC de manera que per al punt de treball en contínua es tengui VCEQ1=VCEQ2= 4 V. Mesurau amb el multímetre el valor de RC ajustat.

 

Q9.- Amb el generador de funcions, excitau el circuit amb un senyal sinusoïdal d’amplitud 0.5 V. Anau variant la freqüència per 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 Rg = 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.

 

 

Apèndix. Patillatge del BJT

 

 

Identificació dels terminal del BJT npn BD135