INSTITUTO TECNOLOGICO DE LEÓN

INGENIERIA ELECTROMECÁNICA

TEMA: AMPLIFICADOR DE ONDA

ELECTRÓNICA ANALÓGICA

PROFESOR.

ING. ZAMARRÓN RAMÍREZ ANTONIO.

ALUMNOS

PALOMARES HORTA RICARDO ANTONIOROBLEDO PÉREZ JORGE ALBERTO

MARTÍNEZ AGUILAR ALDO

PÉREZ RODRÍGUEZ JORGE

8/Octubre/2015 León Gto.

Resumen

Durante la práctica realizaremos un amplificador con base en lo visto en clase. Primero, tendremos que calcular los valores de resistencias, transistores, capacitores, corrientes y voltajes necesarios para que el circuito amplificador funcione correctamente, posteriormente procederemos a armar el circuito visto en la clase previa, se conectará el circuito a una fuente para medir voltajes en el transistor, y comprobar con los valores teóricos obtenido previo al desarrollo de la práctica. Ya que comprobamos que los valores están en el rango del buen funcionamiento del circuito, procederemos a hacer pruebas de sonido con las bocinas. Al ver que el dispositivo funciona trataremos de prolongar la distancia de las bocinas a un rango mayor.

Introducción

La necesidad de amplificar señales es una necesidad constante en la mayoría de los sistemas electrónicos. En este proceso los transistores desarrollan un papel fundamental, pues bajo ciertas condiciones, pueden entregar a una determinada carga una potencia de señal mayor de la que absorben.En los amplificadores, gracias a los transistores se consigue la intensidad de los sonidos y de las señales en general. El amplificador posee una entrada por donde se introduce la señal débil y otra por donde se alimenta C.C. La señal de salida se ve aumentada gracias a la aportación de esta alimentación, siguiendo las mismas variaciones de onda que la de entrada.La señal de entrada, de bajo nivel, del orden de unos pocos mili voltio, la aportan dispositivos como el micrófono (transforman ondas sonoras en señales eléctricas que siguen las mismas variaciones que las primeras), sensores térmicos, luminosos, etc. Cuando un amplificador realiza la función de elevar la señal que ha sido aplicada a su entrada, se dice que ha producido una determinada ganancia. Se puede decir que la ganancia de un amplificador es la relación que existe entre el valor de la señal obtenida a la salida y el de la entrada. Dependiendo de la magnitud eléctrica que estemos tratando, se pueden observar tres tipos de ganancia: ganancia de tensión, ganancia de corriente y ganancia de potencia.Un amplificador será mejor cuando mayor sea su ganancia y menor sea su impedancia de entrada y salida.El transistor BC547 es un transistor utilizado como switch electrónico y también como amplificador de audio, en la presente práctica se centrara especialmente en la amplificación de sonido. La corriente máxima de colector es de 0.6 ampere, en su composición posee una placa de semiconductor con tres regiones consecutivas de diferente conductividad eléctrica los cuales forman dos uniones npn.

.

Marco Teórico

El transistor es un dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña. Existe una gran variedad de transistores. En principio, se explicarán los bipolares. Los símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes:

Transistor NPN Estructura de un transistor NPN

Transistor PNP Estructura de un transistor PNP

Veremos más adelante como un circuito con un transistor NPN se puede adaptar a PNP. El nombre de estos hace referencia a su construcción como semiconductor.

FUNCIONAMIENTO BASICO

Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad por la Base del transistor por lo que la lámpara no se encenderá, ya que, toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor. (Figura 1).

Figura 1 Figura 2

Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequeña circulará por la Base. Así el transistor disminuirá su resistencia entre Colector y Emisor por lo que pasará una intensidad muy grande, haciendo que se encienda la lámpara. (Figura 2).

En general: IE < IC < IB ; IE = IB + IC ; VCE = VCB + VBE

POLARIZACIÓN DE UN TRANSISTOR

Una polarización correcta permite el funcionamiento de este componente. No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP.

Polarización de un transistor NPN Polarización de un transistor PNP

Generalmente podemos decir que la unión base - emisor se polariza directamente y la unión base - colector inversamente.

ZONAS DE TRABAJO

1. CORTE .- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto.

IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat

2. SATURACION .- Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector.

3. ACTIVA .- Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente.Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. En definitiva, como si fuera un interruptor.

La ganancia de corriente es un parámetro también importante para los transistores ya que relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus hojas de características, también aparece con la denominación hFE. Se expresa de la siguiente manera:

ß = IC / IB

En resumen:

Saturación Corte ActivaVCE ~ 0 ~ VCC VariableVRC ~ VCC ~ 0 Variable

IC Máxima = ICEO lang=EN-GB~ 0 Variable

IB Variable = 0 Variable

VBE ~ 0,8v < 0,7v ~ 0,7v

Los encapsulados en los transistores dependen de la función que realicen y la potencia que disipen, así nos encontramos con que los transistores de pequeña señal tienen un encapsulado de plástico, normalmente son los más pequeños ( TO- 18, TO-39, TO-92, TO-226 ... ); los de mediana potencia, son algo mayores y tienen en la parte trasera una chapa metálica que sirve para evacuar el calor disipado convenientemente refrigerado mediante radiador (TO-220, TO-218, TO-247...) ; los de gran potencia, son los que poseen una mayor dimensión siendo el encapsulado enteramente metálico . Esto, favorece, en gran medida, la evacuación del calor a través del mismo y un radiador (TO-3, TO-66, TO-123, TO-213...).

El transistor bipolar como amplificador

El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers-Moll), uno entre base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.Pero la gracia del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente proporcional a la corriente de base: IC = β IB, es decir, ganancia de corriente cuando β>1. Para transistores normales de señal, β varía entre 100 y 300.Entonces, existen tres configuraciones para el amplificador:

Emisor común

La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. El emisor se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia tanto de tensión como de corriente y alta impedancia de entrada. En caso de tener resistencia de emisor, RE > 50 Ω, y para frecuencias bajas, la ganancia en

tensión se aproxima bastante bien por la siguiente expresión: ; y la impedancia de salida, por RC

Como la base está conectada al emisor por un diodo en directo, entre ellos podemos suponer una tensión constante, Vg. También supondremos que β es constante. Entonces tenemos que la tensión de emisor es: VE = VB − Vg

Y la corriente de emisor: .La corriente de emisor es igual a la de colector más la de base:

. Despejando La tensión de salida, que es la de colector se calcula como:

Como β >> 1, se puede aproximar: y, entonces,

Que podemos escribir como

Vemos que la parte es constante (no depende de la señal de entrada),

y la parte nos da la señal de salida. El signo negativo indica que la señal de salida está desfasada 180º respecto a la de entrada.

Finalmente, la ganancia queda:

La corriente de entrada, , que aproximamos por

.

Suponiendo que VB>>Vg, podemos escribir:

y la impedancia de entrada: Para tener en cuenta la influencia de frecuencia se deben utilizar modelos de transistor más elaborados. Es muy frecuente usar el modelo en pi.

Base común

La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. 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. Si añadimos una resistencia de emisor, que puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de señal, un análisis similar al realizado en el caso de emisor común, nos da la

ganancia aproximada siguiente: .La base común se suele utilizar para adaptar fuentes de señal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrófonos dinámicos.

Colector común

La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. Esta configuración multiplica la impedancia de salida por 1/β.

Especificaciones técnicas del transistor BC547

Material

2 Transistores “BC547”. 5 Capacitores de 1 µF. 1 Resistencia de 2.2K Ω. 1 Resistencia de 680 Ω. 1 Resistencia de 10 K Ω. 1 Resistencia de 30 K Ω 1 Resistencia de 130 K Ω 2 Resistencia de 8 K Ω 1 Resistencia de 36 KΩ 2 Bocinas de 8 Ω 1 Protoboard. 1 Fuente de voltaje 24 VDC

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LEÓN INGENIERIA ELECTROMECÁNICA

ELECTRÓNICA ANALÓGICATALLER DE ELECTROMECÁNICA

Docente: Ing. Zamarrón Ramírez Antonio

Realizó: Equipo 3

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

A B Paso 1

Se clasifica ordenadamente la herramienta y el material que servirá de apoyo en el desarrollo de la práctica. (Fig. A).

Paso 2

Realizar los cálculos de las resistencias que serán colocadas en el circuito, utilizando el método que más conveniente esto con el fin de obtener una mayor ganancia en el circuito. (Fig. B)

C D Paso 3

Realizar la construcción del circuito eléctrico que se muestra en la figura, verificando la correcta conexión de los componentes. (Fig. C)

Paso 4

Conectar la fuente de voltaje (24VDC) a la entrada del circuito como se indica en el diagrama electrónico. (Fig.D)

EPaso 5

Ayudados de la bocina primaria, alimentar el circuito con una señal senoidal en este caso la frecuencia de nuestra voz y observar los resultados en la bocina secundaria. (Fig. E)

Resultados

Los valores fueron obtenidos con la ayuda del multímetro digital, el cual se nos proporcionó en la institución.

Medida

Valores

Real Calculado

I colector (Amperios)

5.96 mA 6 mA

I base (Amperios) 39 µA 40 µA

I emisor (Amperios)

5.99 mA 6.04 mA

Rth (ohms) -------- 36.85 kΩ

V colector(Volts) 11.2 V 10.8 V

ILmin (Amperios) 0.0045 0.0045

Beta β -------- 150

Uso del Simulador

Simulación 1- Circuito Amplificador de audio.

Simulación 2- Conexión del osciloscopio.

Simulación 3- Forma de onda en la entrada y salida del circuito.

Cálculos

En esta sección se harán los cálculos pertinentes para saber si nuestro circuito podrá amplificar o no con la teoría vista en clase la cual aquí aplicaremos.

El circuito se divide en dos partes, la primera parte es donde entra la señal alterna de nuestra voz a través de una bocina representada en la parte izquierda del diagrama como una fuente de corriente alterna. El circuito será alimentado por una fuente de corriente directa de 24v.

En la primera parte es donde se encuentra el transistor “BC547” a la izquierda, es un circuito ya diseñado que se mostró en clase y se calculó en el mismo video por lo tanto, aquí solo se hará el análisis de la segunda parte que es donde la señal amplificada entra para amplificarla aún más.

Para empezar el profesor nos dio los valores de las resistencias 8,9 y 7, por medio del teorema de thevenin calculamos la resistencia 6

Analizando por mallas el circuito equivalente tenemos que:

Teniendo en consideración que la corriente de base es de 40 µV y el voltaje base-emisor es de 0.7v por ser de silicio y quedaría de la siguiente forma:

Despejando:

Despejando R6 el resultado es:

R6=36.85KΩ

Con este valor de resistencia podemos saber si esta en amplificación, corte o saturación lo cual se comprueba de la siguiente manera. Se tiene la corriente de la base y a partir de ahí se obtienen las otras corrientes:

Para saber en qué punto está operando el transistor se debe tener un voltaje de aproximadamente la mitad de lo de la fuente y se calcula así:

Se observa que el voltaje en colector a tierra es muy cercano a 12V por lo tanto está en condiciones óptimas de amplificar.

Conclusiones

Al finalizar la práctica nos dimos cuenta que fueron aprovechados los conocimientos

adquiridos en el salón de clase acerca de los transistores y entender el funcionamiento y

comportamiento básico de los transistores, así como medir sus parámetros saber

interpretarlos. Los parámetros del transistor son variables con respecto a la temperatura,

lo que implica otro factor para tomar en cuenta en el momento de diseñar circuitos con

transistores usándolos como amplificadores o como switches.

Con ayuda del profesor se llevó a cabo la construcción del circuito que tenía como función

principal amplificar ondas (sonido), se elaboró un buen proyecto ya que se obtuvieron

buenos resultados.

Los resultados obtenidos en la realización de la práctica son favorables empezando con el

esboce de los cálculos y la comparativa hecha en la medición con el multímetro digital

arrojaron resultados parecidos, lo que nos hizo afirmar el óptimo funcionamiento del

circuito, traducido en una amplificación de sonido significativa. Lo que se puede decir

sobre cada uno de los conceptos investigados y tratados en clase es que, son una serie

de fundamentos que nos pueden ayudar a solucionar problemas tecnológicos. Además

adquirimos conocimientos sobre todo lo relacionado con el tema tratado, lo cual nos

puede facilitar el proceso de formación profesional.

En el uso del transistor como amplificador existen tres tipos diferentes de configuraciones,

dependiendo de las características del circuito se empleará la de mayor conveniencia, en

el caso del circuito elaborado en la práctica de analizó con la configuración Base-común

con el objetivo de tener ganancias de voltaje y por tanto una amplificación de sonido

considerable.

El video mostrado en clase aunado a la explicación del maestro fue de gran utilidad ya

que comprendimos el comportamiento de un capacitor ante señales senoidales

(Variaciones en el tiempo) y con señales de corriente directa (Sin variaciones en el

tiempo), cuando existe una señal senoidal el capacitor actúa como un circuito cerrado

caso contrario al ser alimentado por corriente directa. Por otro lado se hizo énfasis del

correcto cálculo de la resistencia ya que este valor determinaría si el amplificador tendría

una considerable ganancia y posterior una amplificación manejable o simplemente el

dispositivo se encontraría en corte o saturación.

Ante esta práctica, los estudiantes de ingeniería podemos relacionarnos; ya que seguimos

ampliando nuestros conocimientos y continuamos nuestras curiosidades e interés por la

electrónica y la infinidad de proyectos donde se pueden aplicar estos conocimientos.

Fuentes Bibliográficas

https://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador

https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor

http://rabfis15.uco.es/transistoresweb/Tutorial_General/ eltransistorcomoamplificador.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_electr%C3%B3nico