LAB1CR
description
Transcript of LAB1CR
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
CURSO: CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
TEMA: CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
PROFESOR: ING. LEONCIO FIGUEROA SANTOS
INTEGRANTES:
- FALCON PARRA JOSEPH CARLOS1123220493
- SERÁFICO ZEGARRA ROYFRANK1123220323
- CABALLERO ZAMUDIO LUIS ENRIQUE 1023210069
- GONZALES GAMERO JORGE JUNIOR 1023210158
- QUISPE CANALES WILIAM 1023210051
1
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
- CRISANTO CAÑAHUA HUGO 1023210104
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
1. OBJETIVOS:
1.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
1.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos Nos permite conocer los elementos reactivos,
inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
2. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que
FIEE – UNAC 2
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
FIEE – UNAC 3
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
FIEE – UNAC 4
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
El Circuito Resonante.-
1) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
FIEE – UNAC 5
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
3. EXPERIMENTO
3.1. Diseño
FIEE – UNAC 6
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Circuito del experimento
3.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
FIEE – UNAC 7
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
Un multímetro 2 protoboards
3.3. Procedimiento
1. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar
FIEE – UNAC 8
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
FIEE – UNAC 9
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De donde:
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
2. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT
para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 10
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
3. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 11
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 12
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
3.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 13
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 14
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 15
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
4. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 16
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
FIEE – UNAC 17
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
4. OBJETIVOS:
4.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
4.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos Nos permite conocer los elementos reactivos,
inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
5. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la
FIEE – UNAC 18
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
FIEE – UNAC 19
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
FIEE – UNAC 20
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
2) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
FIEE – UNAC 21
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
6. EXPERIMENTO
6.1. Diseño
FIEE – UNAC 22
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Circuito del experimento
6.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
FIEE – UNAC 23
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
Un multímetro 2 protoboards
6.3. Procedimiento
5. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar
FIEE – UNAC 24
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
FIEE – UNAC 25
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De donde:
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
6. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT
para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 26
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
7. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 27
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 28
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
7.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 29
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 30
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 31
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
8. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 32
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
FIEE – UNAC 33
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
7. OBJETIVOS:
7.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
7.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos Nos permite conocer los elementos reactivos,
inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
8. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la
FIEE – UNAC 34
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
FIEE – UNAC 35
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
FIEE – UNAC 36
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
3) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
FIEE – UNAC 37
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
9. EXPERIMENTO
9.1. Diseño
FIEE – UNAC 38
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Circuito del experimento
9.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
FIEE – UNAC 39
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
Un multímetro 2 protoboards
9.3. Procedimiento
9. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar
FIEE – UNAC 40
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
FIEE – UNAC 41
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De donde:
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
10. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 42
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
11. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 43
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 44
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
11.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 45
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 46
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 47
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
12. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 48
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
10. OBJETIVOS:
10.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
10.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 49
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
11. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 50
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 51
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
4) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 52
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 53
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
12. EXPERIMENTO
12.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 54
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 55
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
12.3. Procedimiento
13. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 56
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 57
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
14. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 58
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
15. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 59
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 60
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
15.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 61
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 62
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 63
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
16. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 64
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
13. OBJETIVOS:
13.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
13.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 65
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
14. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 66
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 67
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
5) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 68
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 69
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
15. EXPERIMENTO
15.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 70
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
15.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 71
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
15.3. Procedimiento
17. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 72
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 73
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
18. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 74
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
19. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 75
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 76
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
19.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 77
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 78
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 79
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
20. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 80
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
16. OBJETIVOS:
16.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
16.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 81
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
17. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 82
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 83
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
6) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 84
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 85
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
18. EXPERIMENTO
18.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 86
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
18.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 87
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
18.3. Procedimiento
21. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 88
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 89
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
22. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 90
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
23. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 91
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 92
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
23.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 93
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 94
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 95
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
24. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 96
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
19. OBJETIVOS:
19.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
19.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 97
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
20. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 98
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 99
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
7) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 100
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 101
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
21. EXPERIMENTO
21.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 102
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
21.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 103
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
21.3. Procedimiento
25. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 104
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 105
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
26. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 106
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
27. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 107
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 108
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
27.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 109
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 110
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 111
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
28. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 112
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
22. OBJETIVOS:
22.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
22.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 113
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
23. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 114
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 115
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
8) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 116
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 117
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
24. EXPERIMENTO
24.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 118
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
24.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 119
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
24.3. Procedimiento
29. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 120
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 121
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
30. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 122
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
31. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 123
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 124
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
31.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 125
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 126
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 127
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
32. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 128
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
25. OBJETIVOS:
25.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
25.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 129
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
26. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 130
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 131
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
9) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 132
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 133
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
27. EXPERIMENTO
27.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 134
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
27.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 135
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
27.3. Procedimiento
33. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 136
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 137
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
34. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 138
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
35. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 139
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 140
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
35.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 141
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 142
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 143
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
36. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 144
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
28. OBJETIVOS:
28.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
28.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 145
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
29. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 146
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 147
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
10) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 148
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 149
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
30. EXPERIMENTO
30.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 150
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
30.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 151
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
30.3. Procedimiento
37. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 152
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 153
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
38. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 154
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
39. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 155
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 156
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
39.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 157
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 158
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 159
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
40. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 160
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
31. OBJETIVOS:
31.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
31.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 161
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
32. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 162
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 163
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
11) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 164
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 165
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
33. EXPERIMENTO
33.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 166
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
33.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 167
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
33.3. Procedimiento
41. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 168
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 169
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
42. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 170
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
43. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 171
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 172
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
43.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 173
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 174
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 175
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
44. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 176
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
34. OBJETIVOS:
34.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
34.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 177
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
35. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 178
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 179
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
12) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 180
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 181
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
36. EXPERIMENTO
36.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 182
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
36.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 183
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
36.3. Procedimiento
45. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 184
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 185
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
46. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 186
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
47. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 187
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 188
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
47.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 189
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 190
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 191
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
48. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 192
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
37. OBJETIVOS:
37.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
37.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 193
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
38. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 194
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 195
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
13) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 196
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 197
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
39. EXPERIMENTO
39.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 198
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
39.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 199
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
39.3. Procedimiento
49. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 200
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 201
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
50. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 202
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
51. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 203
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 204
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
51.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 205
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 206
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 207
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
52. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 208
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
40. OBJETIVOS:
40.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
40.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 209
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
41. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 210
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 211
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
14) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 212
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 213
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
42. EXPERIMENTO
42.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 214
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
42.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 215
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
42.3. Procedimiento
53. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 216
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 217
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
54. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 218
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
55. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 219
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 220
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
55.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 221
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 222
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 223
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
56. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 224
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
43. OBJETIVOS:
43.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
43.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 225
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
44. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 226
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 227
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
15) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 228
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 229
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
45. EXPERIMENTO
45.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 230
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
45.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 231
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
45.3. Procedimiento
57. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 232
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 233
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
58. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 234
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
59. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 235
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 236
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
59.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 237
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 238
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 239
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
60. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 240
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
46. OBJETIVOS:
46.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
46.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 241
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
47. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 242
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 243
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
16) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 244
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 245
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
48. EXPERIMENTO
48.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 246
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
48.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 247
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
48.3. Procedimiento
61. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 248
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 249
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
62. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 250
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
63. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 251
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 252
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
63.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 253
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 254
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 255
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
64. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 256
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
49. OBJETIVOS:
49.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
49.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 257
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
50. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 258
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 259
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
17) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 260
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 261
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
51. EXPERIMENTO
51.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 262
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
51.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 263
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
51.3. Procedimiento
65. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 264
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 265
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
66. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 266
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
67. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 267
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 268
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
67.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 269
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 270
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 271
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
68. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 272
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
52. OBJETIVOS:
52.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
52.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 273
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
53. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 274
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 275
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
18) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 276
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 277
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
54. EXPERIMENTO
54.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 278
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
54.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 279
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
54.3. Procedimiento
69. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 280
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 281
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
70. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 282
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
71. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 283
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 284
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
71.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 285
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 286
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 287
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
72. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 288
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
55. OBJETIVOS:
55.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
55.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 289
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
56. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 290
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 291
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
19) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 292
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 293
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
57. EXPERIMENTO
57.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 294
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
57.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 295
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
57.3. Procedimiento
73. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 296
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 297
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
74. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 298
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
75. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 299
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 300
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
75.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 301
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 302
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 303
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
76. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 304
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
58. OBJETIVOS:
58.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
58.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 305
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
59. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 306
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 307
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
20) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 308
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 309
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
60. EXPERIMENTO
60.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 310
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
60.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 311
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
60.3. Procedimiento
77. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 312
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 313
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
78. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 314
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
79. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 315
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 316
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
79.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 317
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 318
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 319
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
80. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 320
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
61. OBJETIVOS:
61.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
61.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 321
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
62. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 322
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 323
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
21) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 324
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 325
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
63. EXPERIMENTO
63.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 326
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
63.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 327
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
63.3. Procedimiento
81. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 328
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 329
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
82. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 330
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
83. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 331
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 332
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
83.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 333
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 334
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 335
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
84. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 336
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
64. OBJETIVOS:
64.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
64.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 337
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
65. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 338
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 339
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
22) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 340
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 341
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
66. EXPERIMENTO
66.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 342
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
66.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 343
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
66.3. Procedimiento
85. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 344
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 345
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
86. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 346
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
87. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 347
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 348
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
87.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 349
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 350
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 351
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
88. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 352
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
67. OBJETIVOS:
67.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
67.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 353
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
68. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 354
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 355
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
23) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 356
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 357
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
69. EXPERIMENTO
69.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 358
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
69.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 359
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
69.3. Procedimiento
89. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 360
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 361
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
90. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 362
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
91. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 363
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 364
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
91.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 365
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 366
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 367
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
92. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 368
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
70. OBJETIVOS:
70.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
70.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 369
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
71. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 370
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 371
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
24) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 372
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 373
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
72. EXPERIMENTO
72.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 374
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
72.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 375
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
72.3. Procedimiento
93. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 376
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 377
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
94. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 378
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
95. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 379
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 380
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
95.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 381
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 382
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 383
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
96. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 384
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
73. OBJETIVOS:
73.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
73.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 385
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
74. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 386
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 387
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
25) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 388
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 389
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
75. EXPERIMENTO
75.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 390
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
75.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 391
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
75.3. Procedimiento
97. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 392
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 393
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
98. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 394
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
99. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 395
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 396
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
99.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 397
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 398
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 399
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
100. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 400
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
76. OBJETIVOS:
76.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
76.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 401
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
77. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 402
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 403
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
26) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 404
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 405
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
78. EXPERIMENTO
78.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 406
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
78.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 407
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
78.3. Procedimiento
101. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 408
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 409
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
102. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 410
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
103. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 411
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 412
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
103.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 413
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 414
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 415
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
104. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 416
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
79. OBJETIVOS:
79.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
79.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 417
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
80. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 418
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 419
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
27) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 420
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 421
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
81. EXPERIMENTO
81.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 422
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
81.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 423
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
81.3. Procedimiento
105. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 424
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 425
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
106. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 426
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
107. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 427
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 428
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
107.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 429
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 430
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 431
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
108. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 432
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
82. OBJETIVOS:
82.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
82.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 433
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
83. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 434
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 435
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
28) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 436
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 437
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
84. EXPERIMENTO
84.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 438
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
84.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 439
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
84.3. Procedimiento
109. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 440
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 441
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
110. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 442
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
111. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 443
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 444
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
111.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 445
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 446
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 447
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
112. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 448
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
85. OBJETIVOS:
85.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
85.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 449
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
86. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 450
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 451
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
29) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 452
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 453
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
87. EXPERIMENTO
87.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 454
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
87.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 455
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
87.3. Procedimiento
113. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 456
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 457
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
114. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 458
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
115. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 459
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 460
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
115.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 461
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 462
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 463
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
116. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 464
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
88. OBJETIVOS:
88.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
88.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 465
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
89. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 466
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 467
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
30) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 468
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 469
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
90. EXPERIMENTO
90.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 470
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
90.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 471
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
90.3. Procedimiento
117. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 472
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 473
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
118. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 474
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
119. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 475
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 476
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
119.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 477
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 478
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 479
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
120. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 480
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
91. OBJETIVOS:
91.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
91.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 481
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
92. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 482
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 483
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
31) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 484
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 485
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
93. EXPERIMENTO
93.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 486
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
93.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 487
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
93.3. Procedimiento
121. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 488
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 489
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
122. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 490
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
123. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 491
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 492
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
123.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 493
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 494
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 495
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
124. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 496
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
94. OBJETIVOS:
94.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
94.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 497
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
95. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 498
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 499
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
32) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 500
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 501
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
96. EXPERIMENTO
96.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 502
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
96.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 503
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
96.3. Procedimiento
125. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 504
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 505
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
126. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 506
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
127. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 507
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 508
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
127.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 509
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 510
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 511
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
128. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 512
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
97. OBJETIVOS:
97.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
97.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 513
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
98. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 514
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 515
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
33) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 516
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 517
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
99. EXPERIMENTO
99.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 518
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
99.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 519
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
99.3. Procedimiento
129. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 520
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 521
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
130. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 522
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
131. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 523
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 524
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
131.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 525
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 526
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 527
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
132. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 528
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
100. OBJETIVOS:
100.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
100.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 529
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
101. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 530
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 531
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
34) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 532
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 533
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
102. EXPERIMENTO
102.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 534
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
102.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 535
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
102.3. Procedimiento
133. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 536
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 537
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
134. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 538
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
135. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 539
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 540
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
135.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 541
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 542
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 543
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
136. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 544
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
103. OBJETIVOS:
103.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
103.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 545
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
104. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 546
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 547
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
35) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 548
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 549
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
105. EXPERIMENTO
105.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 550
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
105.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 551
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
105.3. Procedimiento
137. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 552
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 553
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
138. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 554
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
139. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 555
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 556
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
139.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 557
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 558
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 559
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
140. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 560
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
106. OBJETIVOS:
106.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
106.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 561
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
107. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 562
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 563
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
36) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 564
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 565
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
108. EXPERIMENTO
108.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 566
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
108.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 567
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
108.3. Procedimiento
141. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 568
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 569
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
142. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 570
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
143. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 571
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 572
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
143.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 573
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 574
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 575
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
144. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 576
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
109. OBJETIVOS:
109.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
109.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 577
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
110. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 578
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 579
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
37) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 580
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 581
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
111. EXPERIMENTO
111.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 582
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
111.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 583
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
111.3. Procedimiento
145. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 584
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 585
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
146. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 586
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
147. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 587
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 588
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
147.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 589
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 590
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 591
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
148. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 592
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
112. OBJETIVOS:
112.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
112.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 593
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
113. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 594
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 595
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
38) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 596
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 597
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
114. EXPERIMENTO
114.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 598
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
114.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 599
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
114.3. Procedimiento
149. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 600
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 601
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
150. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 602
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
151. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 603
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 604
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
151.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 605
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 606
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 607
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
152. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 608
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
115. OBJETIVOS:
115.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
115.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 609
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
116. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 610
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 611
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
39) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 612
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 613
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
117. EXPERIMENTO
117.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 614
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
117.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 615
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
117.3. Procedimiento
153. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 616
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 617
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
154. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 618
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
155. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 619
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 620
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
155.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 621
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 622
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 623
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
156. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 624
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
118. OBJETIVOS:
118.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
118.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 625
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
119. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 626
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 627
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
40) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 628
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 629
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
120. EXPERIMENTO
120.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 630
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
120.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 631
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
120.3. Procedimiento
157. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 632
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 633
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
158. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 634
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
159. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 635
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 636
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
159.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 637
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 638
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 639
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
160. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 640
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
121. OBJETIVOS:
121.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
121.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 641
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
122. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 642
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 643
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
41) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 644
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 645
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
123. EXPERIMENTO
123.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 646
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
123.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 647
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
123.3. Procedimiento
161. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 648
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 649
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
162. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 650
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
163. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 651
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 652
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
163.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 653
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 654
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 655
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
164. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 656
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
124. OBJETIVOS:
124.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
124.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 657
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
125. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 658
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 659
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
42) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 660
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 661
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
126. EXPERIMENTO
126.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 662
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
126.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 663
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
126.3. Procedimiento
165. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 664
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 665
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
166. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 666
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
167. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 667
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 668
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
167.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 669
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 670
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 671
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
168. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 672
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
127. OBJETIVOS:
127.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
127.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 673
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
128. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 674
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 675
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
43) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 676
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 677
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
129. EXPERIMENTO
129.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 678
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
129.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 679
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
129.3. Procedimiento
169. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 680
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 681
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
170. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 682
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
171. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 683
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 684
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
171.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 685
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 686
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 687
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
172. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 688
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
130. OBJETIVOS:
130.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
130.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 689
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
131. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 690
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 691
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
44) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 692
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 693
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
132. EXPERIMENTO
132.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 694
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
132.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 695
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
132.3. Procedimiento
173. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 696
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 697
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
174. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 698
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
175. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 699
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 700
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
175.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 701
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 702
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 703
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
176. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 704
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
133. OBJETIVOS:
133.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
133.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 705
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
134. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 706
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 707
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
45) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 708
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 709
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
135. EXPERIMENTO
135.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 710
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
135.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 711
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
135.3. Procedimiento
177. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 712
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 713
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
178. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 714
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
179. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 715
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 716
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
179.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 717
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 718
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 719
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
180. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 720
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
136. OBJETIVOS:
136.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
136.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 721
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
137. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 722
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 723
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
46) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 724
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 725
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
138. EXPERIMENTO
138.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 726
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
138.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 727
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
138.3. Procedimiento
181. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 728
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 729
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
182. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 730
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
183. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 731
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 732
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
183.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 733
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 734
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 735
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
184. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 736
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
139. OBJETIVOS:
139.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
139.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 737
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
140. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 738
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 739
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
47) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 740
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 741
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
141. EXPERIMENTO
141.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 742
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
141.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 743
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
141.3. Procedimiento
185. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 744
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 745
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
186. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 746
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
187. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 747
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 748
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
187.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 749
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 750
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 751
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
188. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 752
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
142. OBJETIVOS:
142.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
142.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos Nos permite conocer los elementos reactivos,
inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
143. MARCO TEORICO
FIEE – UNAC 753
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
En el caso a) b) c) d)
FIEE – UNAC 754
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
FIEE – UNAC 755
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
48) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
FIEE – UNAC 756
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
FIEE – UNAC 757
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
144. EXPERIMENTO
144.1. Diseño
Circuito del experimento
144.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN) 10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ,
FIEE – UNAC 758
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5% de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
Un multímetro 2 protoboards
144.3. Procedimiento
FIEE – UNAC 759
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
189. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
FIEE – UNAC 760
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De donde:
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
190. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 761
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
191. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 762
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 763
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
191.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 764
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 765
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 766
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
192. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 767
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
145. OBJETIVOS:
145.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
145.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 768
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
146. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 769
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 770
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
49) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 771
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 772
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
147. EXPERIMENTO
147.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 773
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
147.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 774
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
147.3. Procedimiento
193. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 775
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 776
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
194. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 777
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
195. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 778
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 779
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
195.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 780
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 781
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 782
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
196. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 783
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
148. OBJETIVOS:
148.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
148.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 784
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
149. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 785
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 786
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
50) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 787
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 788
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
150. EXPERIMENTO
150.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 789
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
150.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 790
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
150.3. Procedimiento
197. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 791
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 792
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
198. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 793
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
199. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 794
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 795
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
199.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 796
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 797
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 798
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
200. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 799
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
151. OBJETIVOS:
151.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
151.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 800
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
152. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 801
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 802
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
51) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 803
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 804
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
153. EXPERIMENTO
153.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 805
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
153.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 806
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
153.3. Procedimiento
201. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 807
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 808
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
202. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 809
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
203. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 810
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 811
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
203.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 812
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 813
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 814
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
204. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 815
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
154. OBJETIVOS:
154.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
154.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 816
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
155. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 817
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 818
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
52) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 819
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 820
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
156. EXPERIMENTO
156.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 821
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
156.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 822
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
156.3. Procedimiento
205. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 823
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 824
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
206. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 825
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
207. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 826
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 827
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
207.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 828
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 829
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 830
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
208. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 831
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
157. OBJETIVOS:
157.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
157.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 832
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
158. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 833
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 834
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
53) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 835
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 836
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
159. EXPERIMENTO
159.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 837
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
159.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 838
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
159.3. Procedimiento
209. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 839
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 840
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
210. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 841
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
211. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 842
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 843
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
211.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 844
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 845
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 846
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
212. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 847
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
160. OBJETIVOS:
160.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
160.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 848
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
161. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 849
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 850
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
54) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 851
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 852
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
162. EXPERIMENTO
162.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 853
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
162.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 854
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
162.3. Procedimiento
213. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 855
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 856
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
214. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 857
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
215. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 858
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 859
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
215.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 860
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 861
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 862
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
216. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 863
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
163. OBJETIVOS:
163.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
163.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 864
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
164. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 865
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 866
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
55) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 867
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 868
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
165. EXPERIMENTO
165.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 869
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
165.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 870
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
165.3. Procedimiento
217. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 871
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 872
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
218. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 873
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
219. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 874
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 875
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
219.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 876
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 877
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 878
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
220. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 879
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
166. OBJETIVOS:
166.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
166.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 880
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
167. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 881
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 882
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
56) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 883
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 884
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
168. EXPERIMENTO
168.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 885
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
168.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 886
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
168.3. Procedimiento
221. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 887
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 888
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
222. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 889
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
223. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 890
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 891
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
223.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 892
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 893
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 894
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
224. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 895
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
169. OBJETIVOS:
169.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
169.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 896
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
170. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 897
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 898
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
57) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 899
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 900
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
171. EXPERIMENTO
171.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 901
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
171.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 902
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
171.3. Procedimiento
225. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 903
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 904
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
226. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 905
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
227. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 906
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 907
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
227.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 908
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 909
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 910
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
228. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 911
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
172. OBJETIVOS:
172.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
172.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 912
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
173. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 913
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 914
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
58) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 915
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 916
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
174. EXPERIMENTO
174.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 917
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
174.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 918
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
174.3. Procedimiento
229. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 919
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 920
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
230. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 921
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
231. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 922
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 923
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
231.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 924
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 925
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 926
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
232. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 927
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
175. OBJETIVOS:
175.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
175.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 928
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
176. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 929
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 930
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
59) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 931
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 932
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
177. EXPERIMENTO
177.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 933
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
177.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 934
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
177.3. Procedimiento
233. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 935
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 936
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
234. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 937
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
235. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 938
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 939
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
235.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 940
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 941
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 942
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
236. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 943
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
178. OBJETIVOS:
178.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
178.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 944
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
179. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 945
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 946
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
60) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 947
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 948
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
180. EXPERIMENTO
180.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 949
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
180.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 950
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
180.3. Procedimiento
237. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 951
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 952
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
238. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 953
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
239. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 954
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 955
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
239.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 956
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 957
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 958
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
240. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 959
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
181. OBJETIVOS:
181.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
181.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 960
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
182. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 961
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 962
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
61) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 963
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 964
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
183. EXPERIMENTO
183.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 965
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
183.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 966
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
183.3. Procedimiento
241. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 967
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 968
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
242. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 969
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
243. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 970
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 971
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
243.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 972
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 973
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 974
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
244. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 975
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
184. OBJETIVOS:
184.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
184.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 976
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
185. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 977
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 978
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
62) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 979
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 980
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
186. EXPERIMENTO
186.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 981
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
186.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 982
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
186.3. Procedimiento
245. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 983
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 984
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
246. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 985
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
247. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 986
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 987
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
247.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 988
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 989
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 990
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
248. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 991
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
187. OBJETIVOS:
187.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
187.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 992
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
188. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 993
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 994
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
63) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 995
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 996
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
189. EXPERIMENTO
189.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 997
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
189.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 998
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
189.3. Procedimiento
249. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 999
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 1000
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
250. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 1001
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
251. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 1002
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 1003
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
251.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 1004
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 1005
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 1006
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
252. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 1007
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
190. OBJETIVOS:
190.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
190.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 1008
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
191. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 1009
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 1010
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
64) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 1011
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 1012
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
192. EXPERIMENTO
192.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 1013
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
192.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 1014
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
192.3. Procedimiento
253. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 1015
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 1016
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
254. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 1017
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
255. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 1018
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 1019
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
255.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 1020
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 1021
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 1022
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
256. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 1023
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
193. OBJETIVOS:
193.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
193.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 1024
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
194. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 1025
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 1026
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
65) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 1027
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 1028
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
195. EXPERIMENTO
195.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 1029
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
195.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 1030
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
195.3. Procedimiento
257. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 1031
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 1032
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
258. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 1033
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
259. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 1034
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 1035
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
259.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 1036
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 1037
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 1038
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
260. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 1039
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
196. OBJETIVOS:
196.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
196.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 1040
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
197. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 1041
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 1042
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
66) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 1043
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 1044
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
198. EXPERIMENTO
198.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 1045
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
198.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 1046
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
198.3. Procedimiento
261. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 1047
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 1048
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
262. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 1049
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
263. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 1050
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 1051
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
263.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 1052
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 1053
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 1054
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
264. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 1055
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
199. OBJETIVOS:
199.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
199.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 1056
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
200. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 1057
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 1058
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
67) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 1059
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 1060
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
201. EXPERIMENTO
201.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 1061
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
201.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 1062
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
201.3. Procedimiento
265. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 1063
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 1064
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
266. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 1065
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
267. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 1066
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 1067
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
267.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 1068
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 1069
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 1070
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
268. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 1071
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
202. OBJETIVOS:
202.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
202.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 1072
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
203. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 1073
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 1074
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
68) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 1075
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 1076
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
204. EXPERIMENTO
204.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 1077
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
204.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 1078
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
204.3. Procedimiento
269. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 1079
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 1080
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
270. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 1081
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
271. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 1082
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 1083
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
271.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 1084
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 1085
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 1086
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
272. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 1087
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
205. OBJETIVOS:
205.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
205.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 1088
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
206. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 1089
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 1090
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
69) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 1091
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 1092
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
207. EXPERIMENTO
207.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 1093
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
207.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 1094
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
207.3. Procedimiento
273. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 1095
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 1096
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
274. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 1097
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
275. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 1098
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 1099
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
275.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 1100
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 1101
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 1102
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
276. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 1103
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
208. OBJETIVOS:
208.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
208.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 1104
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
209. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 1105
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 1106
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
70) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 1107
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 1108
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
210. EXPERIMENTO
210.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 1109
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
210.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 1110
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
210.3. Procedimiento
277. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 1111
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 1112
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
278. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 1113
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
279. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 1114
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 1115
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
279.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 1116
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 1117
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 1118
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
280. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 1119
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARA MODULACION AM Y FM
211. OBJETIVOS:
211.1. Objetivos Generales:
El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivo lograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobre Circuitos Sintonizados Y Transformadores De Redes Selectivas.
211.2. Objetivos Específicos:
Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.
Análisis y diseño de los sistemas electrónicos
FIEE – UNAC 1120
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos.
modelarlos los elementos ideales.
212. MARCO TEORICO
CIRCUITOS SINTONIZADOS Y
TRANSFORMADORES DE REDES SELECTIVAS
Circuitos Sintonizados.-Son circuitos formados por elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas de energía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en los receptores y trasmisores. Una aplicación típica es en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias. A las inductancias y condensadores están asociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicas en las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadores que se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemos modelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivos puros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo, en serie o en ambos. Por ejemplo:
Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energía que almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medir la bondad del componente. El factor de mérito o Q se define como:
FIEE – UNAC 1121
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
En el caso a) b) c) d)
Por ejemplo en el caso a) y de forma similar en los otros casos.
Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar una relación entre los valores de los ejemplos vistos.
Llamamos X a la reactancia de una inductancia o condensador, Podemos definir también entonces:
Separando parte real e imaginaria tenemos:
De 1, 2 y 3
FIEE – UNAC 1122
RPCP ωRP
LP ω
1CSωRS
LS ω
RS
Q=2π(12LI
m2)(12RI
m2)2 π
ω
= LωR
RS+ jX S=RP jX P
RP+ jX P
=RP X
P2+ jX P R
P2
RP2+X
P2
XS=LSωó
X S=−1CS ω
X P=LP ωó
X P=−1C Pω
QS=XS
RS
QP=RP
XP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Q es mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser mucho mayor), entonces
y
Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor al cambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) y el valor de la resistencia de pérdidas paralelo es mucho mayor que la resistencia serie, Q2 veces.
El Circuito Resonante.-
71) Circuito L, C y R resonante Paralelo:
Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemos transferirlas a R)
Si introduzco , y entonces Z = R, se dice que el circuito está
en resonancia en la frecuencia
FIEE – UNAC 1123
RP=RS (1+QS2)
X P=XS(1+ 1Q
S2)
RP≃RSQS2X P≃XS
LC ω02=1 Cω0=
1Lω0
f =f 0=ω02π
Cω0R=Q ¿¿ZR
= 1
1+Cω0Rjωω0
−R
Lω0j
ωω0
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Donde Q es el factor de mérito del circuito relativo a R a la frecuencia w0 .
Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia son pequeños, o sea entonces
Recibe el nombre de “Ancho de Banda Relativo”, B es el “ancho de banda de potencia mitad”.
En decibeles, si I es constante al variar la frecuencia, cuando Q=1 ,
Es decir que cuando la potencia cae en 3dB y la tensión en en los extremos de la banda.
Es interesante ver la variación de fase entre la corriente y tensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos de potencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de la resonancia. A baja frecuencia
FIEE – UNAC 1124
ZR
=1
1+ j(ωω0 −ω0
ω )Q=11+ jβQ
β=ωω0
−ω0
ω
10 log10P0P1
=10 log102=3dB
√2B=ω0
Q
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
predomina la baja impedancia de la inductancia y a alta frecuencia la del condensador. .
Ejemplo de una red que forma parte de un amplificador de RF.
213. EXPERIMENTO
213.1. Diseño
Circuito del experimento
FIEE – UNAC 1125
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
213.2. Equipos y Materiales
BJT ( NPN)
10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω, 2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al 5%
de tolerancia)
Un generador de audio Un Osciloscopio
2 Fuentes DC regulables 0 – 15 V Cables delgados
FIEE – UNAC 1126
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Un multímetro 2 protoboards
213.3. Procedimiento
281. Determinar la expresión de Vo1, Vo2 y Vo3 en forma (Colector conectado en 1).En función de que parámetro principal se encuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidades parasitas del transistor.
SolTenemos le siguiente circuito
FIEE – UNAC 1127
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.
De donde V 01=−RP gmV be en resonacia
Pero: V be=V ref luegoV 01=−RP gmV ref
Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación de la bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1
Entonces:V 02=RP gmV ref
Si tenemos a la bobina
De donde:
FIEE – UNAC 1128
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
C110n
1:NTRSAT2P3S
Q1NPN
Q2
NPN
Q3NPN
R1
10k
R2
10k
R310k
R410k
C3
10n
-12V
+12V
1
2
3
C Lin Rp CingmVbc
n1
n3
n2
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
n=n1n2
Y sea:
n '=n2n3
Luego: V o 3=
V o 2
n '
V o 3=RP gm
n 'V ref
V o 1se encuentra básicamente en función de del parámetro principal gm del transistor Q1.
282. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT para obtener una corriente entre 100 y 300µA.
SolLa fuente de corriente del circuito es:
FIEE – UNAC 1129
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
12=( Rpot+R1) I+0,7+0 ,47 (2 I )Para: I=100µA
Rpot +R=112 ,06K Ω .. . .(I )
Para: I=300µARpot +R=36 ,73K Ω .. ..( II )
De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego de la diferencia concluimos que Rpot debe ser 75,33KΩ
283. Como determinar en forma experimental:
Frecuencia de resonancia (máxima y mínima). Lin y Cin de la bobina. RP (Resistencia de perdida de la bobina). Qunload,Qload.
Sol
Sabemos que la frecuencia de resonancia esta dada por:
f r=1
2π √LC
Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad total también del tanque
Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de la forma siguiente:
En este modelo C es de valor constante y L varia a medida que se mueve el tornillo de la bobina. Luego para un
FIEE – UNAC 1130
2I
C110n C2
10n
TR1TRSAT2P3S
Q3
NPN
Q2NPN
R1
10k
R1
10k
POT10k
R2470
-12V
+12V
1
2
3
CF11.0 Lin Rp CingmVbc
0,7+
-
TR2
TRAN-2P3S
C10n
L
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
valor extremo de L por decir el minimo la frecuencia de resonancia será máxima ya que f y L varian en forma inversamente proporcional. Entonces
f rmin
= 1
2π √LmaxCf rmax
= 1
2π √LminC
Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta el tornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar el ajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia de resonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar la frecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia el otro extremo.
En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobina primero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia, por ejemplo:
f o=1
2π √LinC in
.. ..( I )
En la cual se observa que lin y Cin son los valores desconocidos mientras que fo si se conoce.
Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con el condensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia de resonancia ser
f 1=1
2π √Lin (C in+Ce ).. .. .( II )
Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocen lin y Cin.
Por lo tanto de las ecuaciones I y II se pueden hallar los valores de Lin y Cin.
FIEE – UNAC 1131
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
De (I) tenemos LinC in=
1
(2 πf o )2….(III)
De (II) tenemos Lin(C in+Ce )=
1
(2πf 1 )2
LinC in+LinCe=1
(2 πf 1)2…..(IV)
Reemplazando IV en III:
Lin=1
4 π2Ce [ 1f12
− 1f
o2 ]
Con lo cual también en III
C in=Ce [ f o2
f12
−1]−1
283.4. Datos Obtenidos
Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos los siguientes datos:
CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAV2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V
CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296
Cambiamos la posición del colector al terminal intermedio de la bobina, y seguimos el mismo procedimiento del paso anterior.
FIEE – UNAC 1132
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B.
AMARILLAFRMAX
(KHz)497 471 500
FRMIN
(KHz)310 300 340.3
V3 (Volts) 7.2 8.8 9V2 (Volts) 0.64 0.75 2.64
Variamos la frecuencia del Generador y anotamos los valores DC en Rc.
FREC.
465 530 590 625 680 720 775 786 818
V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180V2 14 17 24 33 50.4 86 102 70 57.6
Del Cuadro I y II, obtenemos N1/N2 y N1/N3
n2/n1 = Vo2/Vo1
Bobina amarilla
0.068
Bobina blanca
0.054
Bobina negra
0.171
n2/n3 = Vo2/Vo3
Bobina amarilla
0.089
Bobina blanca
0.085
Bobina negra
0.293
FIEE – UNAC 1133
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamos la Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamos gráficamente BW y calculamos Q de cada bobina.
Los datos tomados corresponden a la bobina negra, para un voltaje de entrada de Vi = 11,6mV
Frec. (KHz)
465
530
590
625
680
720
775
786
818
850
885
950
Gan. (dB)
1.63
3.31
6.31
9.08
12.75
17.4
18.88
16.77
13.91
11.17
9.59
6.45
400 600 800 1000 120002468
101214161820
Gráfica de la Respuesta en Frecuencia
Series2
Frecuencia
Ganancia
Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44
FIEE – UNAC 1134
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con el resultado en forma experimental?
Del circuito utilizado en la figura 1, sabemos que Av = 40.Ic.Rp = Vo1/ViAdemás,Vo2/Vo1=n2/n1
Entonces Vo2=40.Ic.Rp.(n2/n1).Vi
Por ejemplo para el caso de la bobina negra tenemos:
Ic = 300uA , Rp = KΩ, n2/n1 = 0.17, Vi = 120mV
De donde:
Vo2 = 244.8mV
284. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
En este laboratorio hemos observado el funcionamiento y características de un circuito sintonizado, a base de diferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.
Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negra que fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.
En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia del circuito observamos que la ganancia entre los puntos de media potencia es alta, como es de esperarse en un circuito sintonizado, así como para los demás valores de frecuencia se obtiene una ganancia menor.
FIEE – UNAC 1135
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACIÓN (L)
Los circuitos sintonizados son usados en las etapas de radiofrecuencia de amplificación donde se requiere que el circuito amplifique solamente una banda de frecuencias, como en el caso de los receptores y transmisores.
v
FIEE – UNAC 1136