M1_GRUPO_11
13
Click here to load reader
-
Upload
brayam-martinez-perdomo -
Category
Documents
-
view
222 -
download
1
description
Amplificadores
Transcript of M1_GRUPO_11
1
AMPLIFICADORES
GENERADOR DE SEÑALES
BRAYAM BAUDILIO MARTINEZ PERDOMO
CC. 1.117.497.016
VIVIANA PAOLA CUERVO NIETO
CC. 35535659
PRESENTADO A:
ALFREDO LOPEZ
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS DE TECNOLOGIAS E INGENIERIAS
INGENIERIA DE LAS TELECOMUNICACIONES
AMPLIFICADORES
COPER, COLOMBIA
2015
2
INTRODUCCION
En el presente documento encontrara una tabla con las preguntas y respuestas individuales, en donde se identifica al autor, como también los
resultados grupales.
Por otro lado va a identificar una situación planteada con respecto a una fábrica de amplificadores, en donde el generador de señales no
funciona y un grupo de estudiantes se disponen a diseñar uno, a bajo costo y de buena calidad.
Se puede notar en el trabajo, que todos los aportes son de tipo individual. En el cual se pone a prueba los conocimientos que adquirió
(electrónica básica, análisis de circuitos AC y análisis de circuitos DC) y que debe tener para dar solución al problema planteado.
3
OBJETIVOS
Conocer las funcionalidades y parámetros de un amplificador.
Comprender el procedimiento y características de un amplificador:
Ganancia, impedancias de entrada y de salida
Entender las distintas fórmulas de acuerdo a sus entradas o salidas, en el cual podemos obser la interacción
del circuito y definir su estado.
Realizar una descripción del problema que nos permita analizar y llegar a posibles soluciones.
Plasmar un listado de posibles soluciones encaminadas a dar soluciones.
Identificar un diseño de bloque que nos permita estructurar un adecuado estructura.
4
TABLA
PREGUNTAS Y RESPUESTAS INDIVIDUALES
BRAYAM MARTINEZ PERDOMO BORYS FELIPE RODRIGUEZ HEC TOR FABIO CAÑÓN
VARGAS
VIVIANA PAOLA CUERVO
NIETO
¿Explique
el método
para
hacer el
diagrama
de Bode
de un
circuito
tanto el
de
amplitud
como el
de fase?
Diagrama de Bode
El diagrama de Bode es un
tipo de representación gráfica
de funciones complejas, que
en nuestro caso serían
funciones de transferencia,
dependientes de una variable
real, frecuencia angular o
lineal.
Ejemplo
H(w) = H(w) e jj (w ) .
En un diagrama se representa
por un lado el módulo de la
función ( H(w) ) y por otro la
fase (j (w) ). A la hora de
elaborar un diagrama de
Bode hay que prestar atención
al hecho de que la escala
correspondiente al eje de
frecuencias es logarítmica.
¿Qué es una escala
logarítmica y por qué usarla?
Las escalas logarítmicas se
emplean cuando se quieren
representar Datos que varían
entre sí varios órdenes de
Un diagrama de Bode es una
representación gráfica que
sirve para caracterizar la
respuesta en frecuencia de
un sistema. Normalmente
consta de dos gráficas
separadas, una que
corresponde con la
magnitud de dicha función y
otra que corresponde con la
fase. Recibe su nombre del
científico estadounidense
que lo desarrolló, Hendrik
Wade Bode.
Es una herramienta muy
utilizada en el análisis de
circuitos en electrónica,
siendo fundamental para el
diseño y análisis de filtros y
amplificadores.
El diagrama de magnitud de
Bode dibuja el módulo de la
función de transferencia
(ganancia) en decibelios en
función de la frecuencia (o la
frecuencia angular) en
escala logarítmica. Se suele
emplear en procesado de
señal para mostrar la
Un diagrama de Bode, es
un gráfico de la función
de transferencia de un
sistema lineal, invariante
en el tiempo frente a la
frecuencia, trazado con
un eje de log-frecuencia,
para mostrar la respuesta
de frecuencia del sistema.
Por lo general, es una
combinación de un
gráfico de magnitud de
Bode, que expresa la
magnitud de la ganancia
de la respuesta de
frecuencia, y un diagrama
de Bode fase, que expresa
el desplazamiento de fase
de respuesta de
frecuencia.
Para construir la gráfica de
Bode, primero se
debe normalizar la
ecuación de la función de
transferencia, esto es,
escribirla de forma tal que
nos permita denomina
función de transferencia a
la razón que mantienen dos
magnitudes del circuito en
forma fasorial. Usualmente
una se refiere a la salida
(Xo) y otra a la entrada (Ti)
del circuito: Vo/Vi , Io/Vi ,
etc. En los casos Vo/Vi , Io/Ii
suele hablarse de ganancia
de tensión o corriente. Una
función de transferencia
genérica H(w) = Xo/Ti
tendrá siempre una
dependencia con la
frecuencia que resulta de
interés analizar. Como, H(w)
es realmente una función
compleja en jw, su
representación en
frecuencias se debe
desdoblar en dos. Lo
habitual es elegir una
5
magnitud que permiten
representar en un mismo eje,
datos de diferentes órdenes
de magnitud, separándolos en
décadas. Para ello, en lugar
de marcar sobre el eje la
posición del dato que
queremos representar se
marca la de su logaritmo
decimal.
respuesta en frecuencia de
un sistema lineal e invariante
en el tiempo.
El diagrama de fase de Bode
representa la fase de la
función de transferencia en
función de la frecuencia (o
frecuencia angular) en
escala logarítmica. Se puede
dar en grados o en radianes.
Permite evaluar el
desplazamiento en fase de
una señal a la salida del
sistema respecto a la
entrada para una frecuencia
determinada. Por ejemplo,
tenemos una señal Asin(ωt) a
la entrada del sistema y
asumimos que el sistema
atenúa por un factor x y
desplaza en fase −Φ. En este
caso, la salida del sistema
será (A/x) sin(ωt − Φ).
Generalmente, este desfase
es función de la frecuencia
(Φ= Φ(f)); esta dependencia
es lo que nos muestra el
Bode. En sistemas eléctricos
esta fase deberá estar
acotada entre -90° y 90
representación en polares:
módulo (o amplitud
relativa) |H(w)|, y
fase f[H(w)].
En general, no se
representa |H(w)| directa
mente, sino una magnitud
asociada: 20 log10|H(w)|,
que se medirá en unidades
de decibelios (dB). Las
gráficas de las funciones 20
log10|H(w)|, y f[H(w)] en un
eje de frecuencias
logarítmico constituyen los
diagramas de Bode de la
función de transferencia
H(w).
2. ¿Qué
tipos de
configura
ciones
compuest
as
basadas
en
transistore
s se
pueden
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.
(Referencia basada en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Tra
Los transistores son elementos
muy versátiles. Podemos
conectarlos dentro de un
circuito de muy diferentes
maneras, obteniendo
distintos comportamientos.
Por ejemplo se puede
conseguir ganancia en
tensión, en intensidad o en
ambas, según la clase
configuración. Hay tres tipos
Amplificador de base
común
La corriente entra por el
colector y sale por el
emisor. Este amplificador
puede producir una
ganancia de tensión, pero
no genera ganancia de
intensidad. Normalmente
se caracteriza por una
impedancia de entrada
Una de las aplicaciones
más importantes de los
transistores en electrónica
analógica es la de
amplificación de señales
eléctricas de amplitud
variable, tanto de voltaje
como de corriente.
Depen diendo de la
función que se pretenda
realizar, los circuitos
6
definir? nsistor#El_transistor_bipolar_co
mo_amplificador)
-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. (Referencia basada
en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Tra
nsistor#El_transistor_bipolar_co
mo_amplificador)
-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. (Referencia basada en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Tra
nsistor#El_transistor_bipolar_co
mo_amplificador)
de configuraciones básicas
del transistor BJT: emisor
común, colector común y
base común.
Es evidente que los
transistores no se utilizan
como elemento único en los
circuitos sino que forman
parte de una red más o
menos complicada de
elementos unidos entre sí. La
forma de comportarse
dentro de este circuito va a
ser lo que nos ocupe en las
siguientes líneas.
Un transistor en el seno de un
circuito se ve afectado por
las distintas intensidades de
corriente que lo atraviesan y
por las tensiones a las que
están sometidos sus
terminales.
Como ya sabemos, un
transistor, al tener tres
terminales, se puede
conectar de varias formas.
Cada manera de conectarlo
muy pequeña y una
impedancia de salida
alta.
Amplificador en colector
común
La corriente entra por la
base y sale por el emisor.
Este amplificador se
caracteriza por tener una
muy alta impedancia de
entrada, una muy baja
impedancia de salida,
una ganancia de voltaje
ligeramente menor a la
unidad y ganancia de
corriente alta. Todas estas
características lo hacen
útil como acoplador de
impedancias.
amplificadores pueden
ser de diversos tipos, tales
como am plificadores de
potencia, amplificadores
sintonizados, etc. A su vez,
los amplificadores
constituyen la base de
otros circuitos más com
plejos. Ejemplos típicos lo
forman las diferentes familias
de genera dores de señal,
las fuentes de
alimentación, los
amplificadores
operacionales, etc. Dada
la enorme amplitud de estos
temas, en este capítulo nos
centraremos solamente en
los fundamentos de los cir
cuitos de amplificación
basados en los transistores
bipolares y de efecto
campo (FET).
7
se llama configuración, y
según como esté unido se va
a comportar de una forma u
otra. Existen tres tipos de
configuraciones básicas para
el transistor BJT, a saber:
emisor común (EC), base
común (BC) y colector
común (CC). En la ilustración
correspondiente vemos
representados estos tres tipos
de circuitos, prescindiendo
de cualquier otro elemento,
como pueden ser baterías,
condensadores, etc. Hemos
dejado solos a los transistores
para poder ver mejor como
están conectados. El nombre
de común se le da al
terminal del transistor que es
compartido por la entrada y
la salida.
Amplificador en emisor
común
La corriente entra por la
base y sale por el
colector. El emisor común
da una salida invertida
(desfasada 180°) y tiene
una muy alta ganancia
que pueden variar
ampliamente de un
transistor a otro.
3. ¿Cuáles
son las
configura
ciones
básicas
del
amplifica
dor
operacion
al con sus
Amplificador Inversor
-Amplificador no inversor
-Amplificador diferencial
Formula del Amplificador
Inversor:
El amplificador operacional
es un dispositivo lineal de
propósito general el cual
tiene capacidad de manejo
de señal desde f=0 Hz hasta
una frecuencia definida por
el fabricante; tiene además
límites de señal que van
desde el orden de los nV,
hasta unas docenas de voltio
Configuraciones básicas
del amplificador
operacional
Los amplificadores
operacionales se pueden
conectar según dos
circuitos amplificadores
básicos: las
l amplificador operacional
ideal.-
Los fundamentos básicos
del amplificador
operacional ideal son
relativamente fáciles.
Quizás, lo mejor para
entender el amplificador
8
respectiva
s
expresion
es
matemáti
cas de
salida?
Tomado de:
http://www.electronicafacil.ne
t/tutoriales/AMPLIFICADOR-
INVERSOR.php
Formula del Amplificador no
Inversor:
Formula del amplificador
diferencial:
(especificación también
definida por el fabricante).
Los amplificadores
operacionales se
caracterizan por su entrada
diferencial y una ganancia
muy alta, generalmente
mayor que 105 equivalentes
a 100dB.
El A.O es un amplificador de
alta ganancia directamente
acoplado, que en general se
alimenta con fuentes
positivas y negativas, lo cual
permite que tenga
excursiones tanto por arriba
como por debajo de tierra (o
el punto de referencia que se
considere).
El nombre de Amplificador
Operacional proviene de
una de las utilidades básicas
de este, como lo son realizar
operaciones matemáticas en
computadores analógicos
(características operativas).
El Amplificador Operacional
ideal se caracteriza por:
Resistencia de entrada,(Ren),
tiende a infinito.
Resistencia de salida, (Ro),
tiende a cero.
Ganancia de tensión de lazo
abierto, (A), tiende a infinito
Ancho de banda (BW) tiende
a infinito.
vo = 0 cuando v+ = v-
Ya que la resistencia de
entrada, Ren, es infinita, la
corriente en cada entrada,
inversora y no inversora, es
configuraciones
(1) inversora y (2) no
inversora. Casi todos los
demás circuitos con
amplificadores
operacionales están
basados, de alguna
forma, en estas dos
configuraciones básicas.
Además, existen
variaciones
estrechamente
relacionadas de estos dos
circuitos, más otro circuito
básico que es una
combinación de los dos
primeros: el amplificador
diferencial.
El amplificador
inversor
La figura 2 ilustra la
primera configuración
básica del AO. El
amplificador inversor. En
este circuito, la entrada
(+) está a masa, y la señal
se aplica a la entrada (-) a
través de R1, con
realimentación desde la
salida a través de R2.
operacional ideal es olvidar
todos los pensamientos
convencionales sobre los
componentes de los
amplificadores, transistores,
tubos u otros cualesquiera.
En lugar de pensar en ellos,
piensa en términos
generales y considere el
amplificador como una
caja con sus terminales de
entrada y salida.
Trataremos, entonces, el
amplificador en ese sentido
ideal, e ignoraremos qué
hay dentro de la caja.
9
cero. Además el hecho de
que la ganancia de lazo
abierto sea infinita hace que
la tensión entre las dos
terminales sea cero, como se
muestra a continuación:
La segunda configuración
básica del AO ideal es el
amplificador NO
INVERSOR, mostrado en la
figura 3. Este circuito ilustra
claramente la validez del
axioma 3.
El amplificador diferencial.
Una tercera configuración
del AO conocida como el
amplificador diferencial,
es una combinación de
las dos configuraciones
anteriores. Aunque está
basado en los otros dos
V0 = a Vd
a = infinito
Ri = infinito
Ro = 0
BW (ancho de banda) =
infinito
V0 = 0 sí Vd = 0
10
circuitos, el amplificador
diferencial tiene
características únicas. Este
circuito, mostrado en la
figura 4, tiene aplicadas
señales en ambos
terminales de entrada, y
utiliza la amplificación
diferencial natural del
amplificador operacional
TABLA
RESPUESTAS GRUPAL
Para el
problema
planteado,
desarrolle el
paso 1 (análisis
del escenario)
Se va a utilizar un generador de señales que permite generar todo tipo de
formas de onda de forma simple y totalmente configurable.
11
Para el
problema
planteado,
desarrolle el
paso 2 (lista de
lo que se sabe)
El oscilador de voltaje controlado ICL8038 es un circuito integrado
monolítico capaz de producir con gran precisión señales senoidales,
triangulares y cuadradas, como así también pulsos de anchura variable
con un mínimo de componentes externos la frecuencia de oscilación
puede ser seleccionada externamente desde 0,001 Hz hasta más de 300
KHz usando resistencias y condensadores adecuados con posibilidad de
disponer de modulación de frecuencia y barrido de ésta con una tensión
externa de control.
El ICL 8038 está fabricado con una avanzada tecnología monolítica,
usando diodos de barrera Schottky y resistencias en película fina, siendo
estable su salida en un ancho rango de [temperatura] de trabajo y
variaciones de tensión de entrada.
También podemos modular la frecuencia y el barrido con una tensión
externa. Los VCO tienen un amplio margen de temperaturas para las que
se consigue una salida estable. Si los conectamos con un PLL todavía se
puede reducir más la deriva en temperatura.
Otra característica importante es que con un VCO se puede obtener
simultáneamente en la salida señales tipo seno, triangular y coseno. Si la
salida es sinusoidal se produce una [distorsión] baja y normalmente la
tensión que se obtiene a la salida es elevada. Además de todas estas
cualidades, su manejo es bastante fácil y podemos conseguir que funcione
perfectamente con unos pocos componentes externos. (Fuente basada en:
ECURED-CONOCIMIENTO CON TODOS Y PARA TODOS
http://www.ecured.cu/index.php/Circuito_ICL8038)
Características eléctricas específicas:
-Forma de onda: Senoidal, Triangular y Cuadrada.
-Distorsión Senoidal: <1 %
-Desviación de la frecuencia: < 100 PPM / ° C
-Linealidad onda triangular: <0,5%
-Frecuencia de trabajo: 1Hz a 100KHz
-Amplitud de salida Variable hasta: + de 5V
-Tren de impulsos: Sí (Con control externo)
12
-Temperatura de trabajo: +10°C a +45°C
-Protección cortocircuitos de salida
-Alimentación desde la red (220 V)
-Caja metálica Sí, apantallada
Para el
problema
planteado,
desarrolle el
paso 3
(descripción del
problema).
El ajuste de la distorsión se efectúa por medio de las resistencias
ajustables RA2 y RA3, siendo estas para montaje en circuito impreso y
del tipo multivueltas. El potenciómetro P2 permite ajustar la simetría de
la señal, permitiendo corregir pequeños cambios causados por la
tolerancia de los componentes. También se lo puede emplear para generar
formas de onda deformadas como dientes de sierra y pulsos ultra
estrechos. El control de la frecuencia de salida se realiza por medio del
selector S1, que permite escoger entre rangos desde 1Hz hasta 100KHz,
en múltiplos de 10. El potenciómetro P1 es el ajuste fino de dicha
frecuencia. También es muy recomendable usar uno multivueltas. Se
pueden instalar más capacitores y un selector de más posiciones para
llegar hasta un capacitor de 1000µF que da la posibilidad de oscilar a
0.01Hz, aunque esto es poco usual queda a gusto del armador
implementarlo o no. El potenciómetro P3 es el control de amplitud, el
cual trabaja junto con S3 como selectora de escala o rango. El selector
S2 permite escoger la forma de onda a obtener siendo T triangular, S
senoidal y C cuadrada.
Calibración del equipo:
Es una tarea si se quiere simple y fácil de realizar incluso sin disponer de
un osciloscopio.
Una vez conectada la tensión de alimentación comprobar que ésta este en
+/-15V. A continuación se ajustará la simetría de la onda. Si tiene
osciloscopio hay que conectar las puntas a la ficha de salida del
generador. Una vez que la forma de onda sea visible, de la amplitud
suficiente como para medirla, girar el cursor de P2 suavemente hasta que
la onda visualizada sea simétrica. En caso de no disponer de un
osciloscopio dejar todas las resistencias ajustables en la posición central.
13
El ajuste de la distorsión se efectúa mediante las resistencias ajustables
RA2 y RA3; la distorsión de mide sobre la onda senoidal. La obtención
de dicha forma de onda se lleva a cabo por aproximación lineal por
tramos, así que podría ocurrir que aparezcan líneas rectas; si RA2 y RA3
están próximas a su posición central es factible que no se aprecien dichas
rectas. Para realizar una mejor aproximación puede tomarse como
modelo la señal seno de la tensión alterna de distribución doméstica. Esto
siempre y cuando el osciloscopio sea de doble traza. La tensión de off-set
se ajusta mediante RA1. Puede comprobarse la tensión eficaz de la onda
seno con un voltímetro. Hay que colocar el selector S3 en la posición 5V
y se mide la tensión de la señal en una frecuencia no mayor a 10KHz para
voltímetros digitales o 100Hz para voltímetros análogos. Variar RA1
hasta que la tensión medida sea 5V. Luego de esto el equipo estará
correctamente calibrado y listo para operar. (Fuente basada en: PABLIN-
PORTAL DE TECNOLIGÍA DE HABLA HISPANA-
http://pablin.com.ar/electron/circuito/instlab/genfunc/index.htm)
