Plantejament:

            Es disposa d'uns auriculars, la impedància dels quals val  64 Ω  resistius, i una font d'alimentació de  1,5 V -per exemple una pila d'aquesta tensió.  Es pretén fer una etapa amplificadora per a aquests auriculars amb un BJT en emissor comú.  S'escull aquesta configuració a fi d'obtenir una impedància d'entrada alta i un guany de tensió moderat.

            Resolució:

          Al tractar-se  d'uns  auriculars,  la potència d'àudio que necessitem és molt minsa  -veure pràctica:  Auriculars- per la qual cosa la potència a dissipar pel BJT serà molt petita i es podrà:  1) emprar un transistor de petit senyal i  2) un circuit molt simple on no calgui tenir en compte l'estabilitat tèrmica ja que el BJT pràcticament no tindrà increment de temperatura. A la fig.1 s'indica el circuit més simple que es pot utilitzar.

            La resistència de col·lector   R_C   són els auriculars. El condensador   C₂   separa el component continu del col·lector del senyal d'àudio amplificat, el qual observarem a l'oscil·loscopi. El condensador  C₁  acobla el senyal d'entrada a l'amplificador separant qualsevol component continu que aquest pugui dur i, a més,  separa  la  resistència  interna  equivalent  de  la  font  d'aquest senyal  per a què no  alteri  el  punt  de treball  Q  del transistor -raoneu tot això.

            Amb els valors de la tensió d'alimentació i la resistència de col·lector, la recta de càrrega serà:

Les     interseccions     d'aquesta     recta     amb     els     eixos      V_CE      i      I_C     són,   respectivament,    V_CE = V_CC = 1,5 V    i    I_C = V_CC / R_C = 1,5 V / 64 Ω = 23,4 mA .  A la fig. 2 es representa aquesta recta damunt de les característiques de sortida    I_C(V_CE)   per a   I_B  constant, corresponents a un  BJT  NPN  BC550C .  La zona de saturació del  BJT està compresa entre l'eix de corrents i la línia verda.

fig. 2

            Els auriculars que s'utilitzaran són els assajats a l'anterior pràctica  Auriculars  i la màxima excursió de la tensió en borns d'aquests que considerarem serà de  100 mV  de pic, amb la qual s'aconsegueix  una  potència  màxima  en  aquests  de  78,1 μW , més  que  suficient  per  a  una bona audició -vegeu la taula de valors de l'esmentada  pràctica.

            Podem fixar el punt de treball   Q   del  BJT amb un corrent de, per exemple,  I_CQ = 4 mA , que substituït a (1) ens permet separar la  V_CEQ  corresponent :

que  superposada  a  una  variació  de   ± 100 mV   ens dóna   V_CEmáx = 1,344 V   i   V_CEmín = 1,144 V  . A la  fig. 2  es pot veure que en tot moment romanem en la zona activa de  BJT .

            Segons el fabricant, el BJT BC550C  té una  h_FE  mínima, típica i màxima de  420, 520 i 800, respectivament.  Emprant el valor típic, el corrent de base   I_BQ  esperat serà de l'ordre de :

            El model de  BJT  per a petit senyal que s'emprarà per analitzar el circuit és l'híbrid simplificat el  qual s'indica a la  fig. 3 , on s'ha omès la dependència del temps de les variables per simplificar la notació.

fig. 3

            Substituint el circuit de la  fig. 3  al de la fig. 1, el circuit complet a analitzar per a petit senyal s'indica a la fig. 4.

fig. 4

 fig. 5

            El circuit complet a assajar s'indica a la fig. 6.  El senyal d'entrada   v_i(t)   s'obté d'un divisor de tensió a la sortida del generador de funcions, a fi de poder ajustar el seu nivell a valors molt baixos.  A la fig. 7  s'indica la planificació del muntatge a la  protoboard  i a la  fig.8 , una fotografia.

            Relació de components:

            Les resistències poden ser de  0,25W  de dissipació.

            Els condensadors són electrolítics i, en conseqüència, polaritzats.

            Procediment i suggeriments:

         • Assegureu-vos-en que ambdós auriculars estan connectats en sèrie, mesurant la seva impedància, que és resistiva, amb un multímetre  (32+32=64Ω) .

           • Mesureu  el  valor  real  de  la  resistència  de  la  base  amb  un  multímetre,  i  surt, per exemple    R_B = 99,8 kΩ .   

            •  Alimenteu el circuit.  Abans d'aplicar el senyal d'entrada comproveu el valor real de la   V_CC   i el punt de treball del BJT amb un multímetre, i surt, per exemple: 

                                          V_CC = 1,5 V        V_CEQ = 1,248 V       i      V_BEQ = 0,69 V   

 llavors els corrents de base i col·lector valdran:

                   I_BQ = (1,5-0,69) V / 99,8 kΩ = 8,1 μA       i     I_CQ = (1,5-1,248) V / 64 Ω = 3,94 mA  

  valors tots ells semblants als previstos.

           • Menystenint el corrent de base en front del corrent de col·lector, la potència dissipada pel BJT valdrà:

                                       P_D = V_CEQ · I_CQ = 1,248 V · 3,94 mA = 4,92 mW 

valor molt petit que pràcticament no incrementarà la temperatura del BJT. 

            •  El   h_FE   real del BJT valdrà:   h_FE = I_CQ / I_BQ = 3940 μA / 8,1 μA = 486,4 

        • Seleccioneu forma d'ona sinusoïdal, una freqüència d'uns 750 Hz  i amb l'oscil·loscopi comproveu el guany de tensió per a nivells de senyal d'entrada de, per exemple,  2 mV,  5 mV,  8 mV,  9 mV  i  10 mV  de pic.  Si   V_i   i   V_o   són els valors de pic dels senyals d'entrada i sortida, respectivament, obtenim, per exemple, la següent taula de valors:

            Observacions:

            1) Es veurà que el guany és negatiu, és a dir, el senyal amplificat de sortida està en oposició de fase amb el senyal d'entrada a amplificar.

            2) Veureu que apareix cert grau de distorsió del senyal amplificat en el sentit que els valors de pic positiu i negatiu no són iguals, degut a la proximitat de les zones de saturació i de tall, llavors, podeu prendre la mitjana aritmètica d'ambdós valors per calcular els guanys. Veureu que el grau de distorsió augmenta amb el nivell del senyal d'entrada. Òbviament, no es tracta d'un amplificador d'alta fidelitat. 

            3) Veureu que per a una   V_i   de només uns  3 mV  de pic o menys, el nivell d'àudio obtingut és més que suficient i, en aquestes condicions, la distorsió és petita.

           • Per comprovar el valor de la impedància d'entrada   z_i  de l'amplificador, s'intercala una resistència variable   R_v    en sèrie amb el senyal d'entrada, tal com s'indica a la fig. 9.  Ajustant el valor de   R_v   de manera que   v_i(t)   valgui la meitat de   v^'_i(t) , llavors la mesura del valor de   R_V   amb un multímetre coincidirà amb el valor de   z_i  -raoneu-ho. 

            A la fig. 10 s'indica la planificació del muntatge i a la  fig. 11 , una fotografia.

                 Els components a afegir per fer la mesura de   z_i   són:

           •  Feu comprovacions a altres freqüències.

            •  Observacions:

                La reactància del condensador   C₁ = 10 μF   ha de ser molt més petita que   z_i   a fi que pràcticament tot el senyal disponible s'apliqui a la base del BJT -raoneu-ho.  Comproveu que la reactància d'aquest condensador, fins i tot a freqüències tan baixes com  100Hz, compleix aquesta condició. 

                La reactància del condensador  C₂ = 1 μF  ha de ser molt més petita que la impedància d'entrada de l'oscil·loscopi, per a què la mesura d'aquest senyal sigui correcta -raoneu-ho. Igual que abans, comproveu que aquest condensador compleix la condició.

               La missió del condensador  C₃ = 10 μF  és assegurar, a les freqüències més altes, un  by-pass  de baixa impedància per al senyal, obviant la font d'alimentació i els cables que la connecten a la protoboard . A més, aquest condensador curtcircuita  els sorolls radioelèctrics que puguin captar la font d'alimentació i els esmentats cables i que podrien alterar el normal funcionament de l'amplificador -raoneu-ho.

              Si es compleixen totes aquestes condicions, els condensadors es poden considerar com curtcircuits per a l'estudi dels circuits treballant amb petit senyal.  Els valors d'aquests condensadors no són crítics.           

Escriure un comentari