Laboratorio de Circuitos de RF BITÁCORA 

 Contreras Santana, Nestor Yesid 261288. Gonzalez Fuentes, Christian Alexis 261855. Espindola 

Rojas, Nelson Fernando 261909. Molina Sánchez, Ferney Sadid 261786.   

Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica 

 GRUPO 6 

 CONTENIDO  1. Práctica 1: Amplificador Banda Ancha 

1.1 Prelaboratorio 1.2 Laboratorio 

 2. Práctica 2: Amplificador selectivo en frecuencia 

2.1 Prelaboratorio  3. Práctica 3: Acoplador de impedancias 

3.1 Prelaboratorio  

  

Práctica 1: Amplificador Banda Ancha  Roles: 

Administrador: Ferney Interventor: Fernando Relatores: Néstor, Christian 

 1.1 Prelaboratorio 

  Se desea diseñar un amplificador con el siguiente esquema.  

  

Polarización DC  Se inicia diseñando la polarización del BJT de modo que se encuentre en su región lineal activa y se comporte como un amplificador para obtener los resultados esperados.  

 El transistor que se usará es el 2N2222A que tiene un beta de 210.  El primer paso a realizar es determinar el valor de las corrientes a partir del valor del ß y de la corriente                                           de colector que escogimos para nuestro amplificador, por tanto:  

Ic = 2 mA  

.5238 μAIb = βIc = 2

210 = 9   

.01 mA  Ie = Ic( ββ+1) = 2(200201) = 2  

 Para nuestro diseño escogeremos una resistencia en el emisor de 100 ohms. 

 Para asegurar que el transistor se encuentre en su zona lineal directa escogeremos la resistencia del                               colector de tal forma que en entre colector y emisor se cree una diferencia de tensión igual a la mitad de                                         Vcc.  

Vce = 6V  

­ Vcc + (2*Rc) + Vce + (Re*Ie) = 0  

­ 12 + (2*Rc) + 6 + (0.1*2.01) = 0 c .8995 kΩ c  3 kΩ⇒ R = 2 ⇒ R =    

 Para el cálculo de las resistencias en la base, se tomará el siguiente parámetro de diseño: 

 ( )Re*0.1> R2β + 1  

 R2<0.1*(201)*(100)<2.01 kΩ  

 2  1.8 kΩR =    

 Averiguamos la tensión y la corriente que cae en R2 

   V   (Re e)  0− V R2 +   be +   * I =    

   0.7  (0.1 .01)  0 .901 V− V R2 +   +   * 2 =   ⇒ V R2 = 0  

 .50056 mAIR2 = R2

V R2 = 1.80.901 = 0  

 Se obtiene la corriente que circula por R1  

bIR1 = IR2 + I   

.50056IR1 = 0 + .0095238 .51008 mA0 = 0   Por otro lado el voltaje en R1 será  

Vr1 = 12 ­ Vr2 Vr1 = 12 ­ 0.901= 11.099 V 

 De acuerdo a esto R1 debe ser igual a   

1  1.75933 kΩ  2 kΩR =   Ir1V r1 = 11.099

0.51008 = 2 ⇒ 2   

Una vez hallados los cuatro valores de las resistencias, se procedió a realizar de nuevo el cálculo del                                   punto de operación Q para determinar la diferencia que se presenta con los requerimientos dados,                             obteniéndose:  

ICQ = 1.9078 mA VCEQ = 6.085005 V 

 CÁLCULO DE PARÁMETROS  

  

2.42006 kΩr0 = IcV a + V ce = 1.9078

113+6.085005 = 6   

m 6.312 mSg = IcV t = 7  

 .62082 kΩrπ = Ic

βV t = 1.9078200 (25 × 10 )−3

= 2   El cálculo de la ganancia está dada por la siguiente ecuación  

AV =− (βr  − RE)(RC||RL)o

r ((RC||RL) + RE + r ) + RE((RC||RL) + (β+1)r )π o o 

 02 = − (200 62.42 − 0.1) (3||RL)*

2.62082((3||RL) + 0.1 + 62.42) + 0.1((3||RL) + (201)62.42)   

RC ||RL) .28247 kΩ( = 2   

L .5430 L 0 kΩ12.28247 = 3

1 + 1RL ⇒ R = 9 ⇒ R = 1  

 Calculando la ganancia con este valor de RL, la nueva ganancia Av es 20.220109 V/V    CÁLCULO CAPACITANCIAS FRECUENCIA DE CORTE INFERIOR  

 C1 = 12πf Rl th1

  

g (R1 || R2)||Z )  Rth1 = R + ( B   

.62082ZB = rπ + (RC||RL) + RE + rORE(RC||RL) + (β+1) r REO = 2 + 2.3077 + 0.1 + 62.42

0.1 2.3077 + 201 62.42 0.1* * *  

 1.9778 KΩ  ZB = 2  

 R1 || R2) .8||22 .66387 KΩ  ( = 1 = 1   

.5 1.66387||21.9778) .04677 KΩ  Rth1 = 0 + ( = 2   

.775907 μF  C1 = 12π(100)(2046.77) = 0  

  C2 = 1

2πf Rl th2 

 L || Z  Rth2 = R O  

 ZO =

RC(r  + RE)((r  + (R1 || R2)) +  (β+1) r  || RE)O π ORE(RC + (β+1) r ) + (r  + (R1 || R2)) (RC + RE + r )O π O

 

 .535525 KΩZO =

3(62.42+0.1)((2.62082 + 1.66387) + 201 62.42||0.1)*0.1(3 + 201 62.42) + (2.62082 + 1.66387)(3+0.1+62.42)* = 0  

 0 || 0.535525 .508304 KΩ  Rth2 = 1 = 0  

 .13109 μF  C2 = 1

2π(100)(508.304) = 3   Preguntas:  ¿Cual es el efecto de las sondas sobre la respuesta en frecuencia?  En corriente directa las sondas nos permiten utilizar la máxima sensibilidad del osciloscopio,                         pero en corriente alterna la sonda presenta un efecto capacitivo. si tenemos en cuenta esto a la                                 

hora de medir una señal deseada, como se ve en la figura 2, vemos que se genera un efecto de                                       carga. 

 figura 2. Efecto capacitivo de la sonda 

Tomado de: http://www1.herrera.unt.edu.ar  

En alta frecuencia el efecto capacitivo de la sonda puede ser grande, como sabemos  Xc = 1

wc     los valores normales del osciloscopio son   Rosc= 1 Mohm y Cosc= 80 pF, y Ccable=16 pF. Entonces, si midieramos a una frecuencia de 100 MHz  

591   Xc = 12π(100 10 )(100 10 )* 6 * −12 = 1  

 Explique cómo el factor de calidad de los elementos, afecta la respuesta en frecuencia de todo el sistema.  la curva de impedancia de un circuito se obtiene como la suma vectorial de la resistencia total del circuito y su reactancia,   y en un circuito RLC tiene forma de V. el factor deZ| | = √R2 + X2  calidad es la relación entre la reactancia y la resistencia  , y determina la agudeza de la Q = R

X  curva, de modo que entre mayor sea el factor de calidad, el ancho de banda será menor y mayor será la selectividad o sintonización del circuito. 

 Resultados, el ancho de banda de este amplificador nos dió desde 150 Hz hasta 6.1 Mhz, la ganancia más cercana obtenida durante todo el ancho de frecuencia al exigido de 20 V/V fue de 20.4 V/V dándonos como resultado un error calculado del 1.96078 %    Solución de problemas  El problema que principalmente se tuvo fue que la ganancia no llegaba hasta los 6 MHz, esto se arregló con la degeneración en el emisor, ya que aumentaba el ancho de banda debido a la retroalimentación que genera.  Otra solución que optamos por hacer fue aumentar la corriente de colector, observamos que el ancho de banda aumentaba si la corriente de colector era del orden de 6­7 mA.  Para lograr la ganancia pedida en el laboratorio, al hacer las anteriores modificaciones se optó por la aproximación Av = Rc/Re.   Conclusiones.  La ganancia se ve afectada por la frecuencia que maneja el circuito. En la práctica se observa como altas                                     frecuencias reducen la ganancia de forma significativa, por los condensadores internos que se generan en                             el transistor, para mejorar este ancho de banda, en un amplificador por emisor, se deben usar circuitos                                 realimentados en los que sacrificamos un poco la ganancia pero ganamos en ancho de banda.  Los condensadores de acople funcionan como filtros a ciertas frecuencias, por lo tanto resultó indispensable obtener los valores correctos, permitiendo el paso de la señal de entrada desde la frecuencias baja especificada, hasta la alta frecuencia . Se debe por lo tanto tener en cuenta el funcionamiento de los capacitores en altas frecuencias.   Los simuladores resultaron una gran herramienta para predecir el comportamiento de cada elemento del­ amplificador y permitir corregir algunos errores teóricos, siempre y cuando se tenga en cuenta el modelo de alta frecuencia del transistor.  Se observó que el ancho de banda aumenta a medida que aumenta la resistencia de degeneración. 

Práctica 2: Amplificador selectivo en frecuencia  2.1 Prelaboratorio 

  Se desea diseñar un amplificador con el siguiente esquema. Se usa la misma configuración de la primera                                 práctica, con un cambio en la carga. Se usa un tanque resonante a 4.6 MHz donde se tiene en cuenta la                                         resistencia en serie Rb con el inductor L, es decir, el ancho de banda está definido principalmente por el                                     Q de la bobina. Para definir una frecuencia de resonancia se hace el análisis de la impedancia                                 equivalente del tanque.  

(s) (sL ) C  ) Z tanque = ( + Rb−1 + s + 1

Rc−1 =  

     

  La frecuencia de resonancia fue de 4.6 Mhz, con el analizador de espectros se procedió a medir el THD                                     con la amplitud que se obtenía en el tercer armónico.  El THD obtenido para esta práctica fue de 0.56%.    Solución de Problemas  - Uno de los problemas que se presentaron fue que en la ganancia del circuito en resonancia

era menor a 250 esto se debía a la resistencia de degeneración del emisor la cual era grande por lo que se cambió por una de menor valor para aumentar la ganancia. - Otro problema que se presentó con la ganancia fue el hecho de la mala elección de los condensadores de acople, en las primeras pruebas este condensador era de 220 micros, por esta razón se decidió disminuir los estos condensadores. - En el Multiplicador de frecuencia por armónicos se presentaron varios problemas como : se tuvo problema con las sondas ya que la conectarlas para medir modificaban la frecuencia de resonancia debido a la capacitancia de la sonda de 16 pF la cual era comparable con el condensador del circuito resonante, por lo tanto se modificó el tanque LC aumentando el componente capacitivo y disminuye el componente inductivo, para evitar este problema.

Conclusiones - La resistencia de la inductancia tiene una influencia muy grande en la ganancia del circuito y

en su ancho de banda, pues se observó que al modificar esta aumentó el ancho de banda y su ganancia, pues la ganancia dependerá de la transformación de su resistencia serie a paralelo aproximadamente. - Los condensadores de acople juegan un papel importante ya que funcionan como filtros pasa altos con la impedancia del amplificador, por lo que es importante elegir los valores indicados para no tener problemas con la frecuencia de corte ya que si es menor a la del circuito resonante se atenuará la salida. - Los circuitos resonantes se pueden considerar filtros pasabanda, y presentan grandes ganancias a altas frecuencia lo cual no se consigue con las configuraciones convencionales de amplificadores . - Para el diseño del circuito tanque se deben usar condensadores grandes en comparación con las capacitancias de la sonda para no tener problemas con la frecuencia de resonancia o en dado caso tener en cuenta la capacitancia de la sonda en la medición.  

Práctica 3: Acoplador de impedancias  Roles: 

Administrador: Néstor Interventor: Christian Relatores: Ferney, Fernando 

  3.1 Prelaboratorio Se quiere diseñar un acoplador de impedancia que muestre como impedancia de entrada 1K a una                           Ω      frecuencia de 4,6Mhz, el montaje utilizado debe ser:  

  Además de contar con la impedancia de entrada de 1K y el ancho de banda de 10Khz es que la                   Ω                    

resistencia R2 debe ser de 50 . Así se calculan los valores de los condensadores 1 y 2 y de la           Ω                              inductancia.  

πf  8, 03 0 rad/s w0 = 2 = 2 9 * 1 6    Se hallan los factores de calidad, el total del circuito y el del condensador en paralelo con la resistencia de                                       50  Ω   

460Qt = Rtw L 0

= fBW =  QC = w0 *C2 * R2  

 2π W )   15, 2nFC = ( * B * Rt

−1 =   9   

, 721  N = √R /Rt 2 = 4 4 ] 02, 5QC = [N2Qt2 − 1 1/2 = 1 8  

 1, 7nF  C2 = 7 1 5, 15 nH  L = 7 2  

 ¨Para hallar el valor del condensador se debe convertir el paralelo de la resistencia y el condensador en             C1                        un equivalente serie:  

)  1, 65nF  C2S = C2 * ( 1QC2

+ 1 = 7 8  

              C 0, 4nFC = C1+C2S

C1 C* 2S ⇒   1 = C−C2S−C C* 2S = 2 4  

 Al colector del amplificador va una bobina de choque, la cual debe ser a la frecuencia f = 4,6Mhz en                                       impedancia mucho mayor que 1K, se toma una resistencia de choque de 2mH para obtener 60K >> 1K  

0 0 2π ) , 7mHLCHOQUE = 6 * 1 3 * ( * f−1 = 2 0  

 Así el montaje final sería el amplificador colocando como carga el tanque y en el colector a Vcc una                                     bobina de choque, mucho mayor que la bobina del circuito, ya que en pequeña señal quedan en paralelo y                                     la idea es que no afecte el valor de la bobina en la carga.  

  La frecuencia a la que se logró la resonancia del circuito, fue de 4.55 Mhz, con un ancho de banda                                       obtenida de 50 Khz.  La ganancia obtenida en este circuito fue de 4.47 V/V, la calculada era de 5.26 V/V.   Se midió la salida de tensión, en la carga resonante, de manera que a los 50 Khz haya caído al 70%.    

4 práctica  

Se usó el mismo circuito que en la práctica 3, misma polarización y mismo circuito resonante usando el                                   acoplador de la práctica tres, quitando la carga de 50 ohms y usando configuración base común,                               retroalimentando por emisor, se obtuvo una señal senoidal de 4.549 Mhz.  Se midió el THD con el analizador de espectros y se obtuvo un THD de 0.099%  Solución de Problemas.  

Primero se intentó con configuración emisor degenerado retroalimentado por base, sin embargo no                         funcionó, y se optó por la configuración base común. Debió haber sido un problema de conexión.  conclusiones.  Toda la configuración del sistema permitió el desarrollo de esta práctica inmediatamente, no fue necesario un cambio de los implementos del circuito original, ya que el circuito resonante resonaba a la frecuencia deseada, la impedancia de entrada del circuito era óptima, y el ancho de banda del circuito era grande.   

práctica 5  El modulador salió inmediatamente... con la práctica 3 y 4 realizada se usó la misma configuración de la práctica 4 pero se añadía una señal  con frecuencia de 1 Khz y se modulaba con la señal generada de 4.6 Mhz. 

 Solución de problemas El problema primordial, fue que no activamos el output del generador, en momentos funcionaba pero con una frecuencia de 60 Hz que era la de ruido. Al activar la entrada del generador la señal era modulada, de lo cual se le mandó a Becerra registro fotografico y video.