Trabajo Preparatorio

Danny Tabarez

Utilizando la configuración de un emisor común diseñe un amplificador con las siguientes características

Modelo Transistor: 2N3904

Hfe:

Hfe Max: 300 Hfe Min: 30 Hfe típica: 160

Vin= 1 sen wt

Vo= 2 sen wt

RL=3.3k

Frecuencia:

fmin: 1 kHz fMax:10kHz

Según el diagrama de voltajes

Sacamos las siguientes conclusiones

1. vin≤ IE∗ℜ12. VCE≥Vinp+Vop+Vsat3. Vop≤ Ic (Rc∨¿RL)

Considerando:

Ic ¿

VRCRC

= VopRc∨¿ RL

VRC ≥RL

RL∨¿RC∗vop

De allí llegamos a ciertas conclusiones de la relación en paralelo

RC=RLRC∨¿RL=Rc

2VRC≥

2 RcRC

vopVRC≥10V

RC≫RL RC=10RLdel paraleloRc∨¿Rl=RL

VRC≥10 RLRc

VRC≥50V

RC≪RLRC=RL

10del paraleloRc∨¿Rl=RC

VRC ≥RCRL

vopVRC ≥5V

Escogemos la primera opción por ser la más adecuada en tanto a costos y recursos

RC=RL=3.3k

VRC ≥RL

RL∨¿RC∗vop

VRC ≥3.3 k

1.65 K∗2

VRC ≥4

Considerando las siguientes variaciones

10% 1.120% 1.230% 1.3

VRC ≥4∗(1.1 )=4.4V

VRC=4.4V

IC=VRCRC

= 4.43.3k

=1.3mA

Ic⩯ IE=1.33mA

IE=VEℜ =VB−VBE±∆ BE

ℜ

Considerando que IE=cte

IE=VB±∆ BEℜ

Para que esta relación no fructue

VE≫∆VBE

∆VBE=0.1Vc °

Para conseguir la estabilidad térmica VE≥1V

VE=2V

Segunda relación de diagrama de voltajes a tomar en cuenta

IE∗ℜ1≥vinp

VEℜ ≥

vinpℜ1

VE≥ℜ∗vinp

ℜ1

Sabiendo que

ℜ=VEIE

ℜ=ℜ1+ℜ2= 2V1.33mA

ℜ=1503.7Ω

Cuando se considera la ganancia

AV= RC∨¿ RLℜ+ℜ1

ℜ=26 mVIE

= 26mV1.33mA

=19.54Ω

2=3.3k∨¿3.3k19.54+ℜ1

Despejando de esto tenemos que

ℜ1=805.45Ω

Aproximaciones comerciales

820Ω o 620Ω

ℜ1=820Ω

ℜ2=ℜ−ℜ1=1503.7−820

ℜ2=683.7Ω

Aproximaciones comerciales

560Ωo680Ω

ℜ2=680Ω

Aseguramos la existencia de corte

VE≥ℜ∗vinp

ℜ1

2≥1500∗1

820

2≥1.82

nohay recorte

Por suma de voltajes sabemos que

Vcc=VRC+VCE+VE

Donde

VCE≥Vinp+Vop+Vsat

VCE≥1+2+2

VCE=5

Dando un grado de error

VCE∗1.10=5.5

VCE=5.5V

VCC=4.4V +5.5V +2

VCC=11.9 v

Aproximando:

VCC=12V

Analicemos las siguientes corrientes

Consideremos que

I 2≫ IBMAX

IBMAX=IC

βmin

IBMAX=1.33mA

30

IBMAX=44.33uA

VRB2=VB=VE+0.7

VRB2=2.7V

VRE2I 2

=RB 2

RB 2= 2.7V44uA

=60902.3 K

Aproximación comercial

RB 2=60 KΩ

Considerando que

VRb1=VCC−VB

VRb1=12−2.7=9.3V

I 1=I 2+ IB

I 1=44uA+44 uA

I 1=88uA

Rb1=VRb1I 1

= 9.3V88uA

=104887Ω

Rb1=104,8 KΩ

Aproximación comercial

100KΩ o 120KΩ

Rb1=120 KΩ

Calculo de Capacitores

Considerando que la frecuenca va de 1kHZ a 10kHZ

Zin=Rth¿ zinT

ZinT=(hfe+1 ) ( ℜ+ℜ1 )

ZinT=(161 ) (19.54+820 )

zinT=135.2K

Zin=41.5 K

CB≫ 12π∗fmin∗Zin

CB≫ 12π∗1kHZ∗41.5 K

3.8nF

Valor para la practica

CB=100uF

Ccolector

XccMAX≪ RL

Cc≫ 12 π∗fmin∗RL

= 12 π∗1kHz∗3.3 K

Cc≫48nF

Cc=100uF

Cemisor

A= Rc‼ RLℜ+ℜ1+ℜ2‼ XCE

Para aproximar

Xce≪ ℜ2

Xce≪680

A= Rc‼ RLℜ+ℜ1+XCE

Xce≪ ℜ+ℜ1

Xce≪840

De estras dos afirmaciones cumple si esque

Xce≪680

CE≫ 12π∗fmin∗Xce

= 12π∗1kHz∗680

CE≫0.23uF

CE=100uF

Una vez con el valor de los elementos en circuito, analizar su polaridad

Q1

2N3904

Rb1120kΩ

VbVc

VeRe1820ΩRb2

60kΩ

C1

100µF

C2

100µF

Rc3.3kΩ

RL3.3kΩ

V1

1 Vpk 10kHz 0°

+Vo-

VCC

12V

Re2680Ω C3

100µF

J1

Key = Space

Cálculos de DC

Considere que

Hfe=β=150

Calculando el equivalente T hevenin

Rt h=Rb1∨¿Rb2=40k Ω

Vt h= Vcc∗Rb2Rb1+Rb2

= 12∗60k120k+60 k

=4V

ℜ=ℜ1+ℜ2=1500Ω

RE15000Ω

Q1

2N3904

VCC

12V

Rth

40kΩ

Vth4 V

Vc

Vb

Ve

Equivalente Thevenin Rc3.3kΩ

Vth=RTH IB+V BE+RE IE

IE=IC+ IBIC=ß IB

IE=IB+ß IBIE=( ß+1)IB

Vcc−RB IB−V BE−RE (ß+1) IB=0

Vcc−(R ¿¿B+RE (ß+1))IB−V BE=0¿

IB=V TH−V BE

RTH +RE( ß+1)

IB=4−0,7

40k+1500(150+1)IB=12µA

IC=ß IB=150∗12uAIC=1.85mA

IE=( ß+1)IB=151∗12uAIE=1.87mA

V RE=IE RE=1.87mA∗1500=2.8V

V E=2.8V

V ¿−V E=0,7¿V B=0,7+2.9=3.5V

V B=3.5V

V C=Vcc−ICRC

V C=12−(1.85mA∗3.3 k )=5.8VV C=5.8V

V CE=V C−V E=5.8−2.8=3.06VV CE=3.06V

Analisis de parámetros hibridos (AC)

Av= VoVin

=−ic(RC∨¿ R2)

ib((h fe+1 ) ℜ+(h fe+1 )∗ℜ1)

Av=−( RC∨¿RLℜ+ℜ1 )

ℜ=26 mVIE

= 26mV1.87mA

=14 ohms

Av=−( 3.3k∨¿3.3k14+820 )=−1.97

Valor para ganancia de Diseño es 2 y es bastante aproximado

Diagrama de voltajes

1. vin≤ IE∗ℜ1

1≤1.53V si cumple nohay recorteinferior

2. VCE≥Vinp+Vop+Vsat

3.06≥1+1.97

3.06≥2.97nosatura

3. Vop≤ Ic (Rc∨¿RL)

1.97≤3.04nohay recorte superior

Simulación

En DC

Canal 1 VC Canal 2 VB Canal 3 VE

VCE

En AC

Canal 1 VC Canal 2 VB Canal 3 VE

VCE

Voltaje de Salida Vs Entrada

VO Voltaje de salida amplificado (ROJO)

AV=−1.9

Vop=AV∗vip=1.9∗1=1.9 sen (wt+180 °)