UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFacultad de Ingeniería Eléctrica y ElectrónicaEscuela Profesional de Ingeniería Electrónica

LABORATORIO Nº 02 DE CIRCUITOS DE RADIOCOMUNICACION

Tema:

CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARAMODULACION AM Y FM

Profesor:

Ing. Figueroa Santos, Luis LeoncioAlumno:

MENDOZA SOVERO ANGEL 092631CURBANO VALLADOLID JOSE 092634B

Grupo Horario:91g

BELLAVISTA -- CALLAO

2011-B

CIRCUITOS AMPLIFICADORES SINTONIZADOS DE FI PARAMODULACION AM Y FM

1. OBJETIVOS:

1.1. Objetivos Generales:

El laboratorio consta de prácticas que tienen por objetivolograr que los alumnos lleguen a dominar los temas sobreCircuitos 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 porelementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas deenergía, cristales piezoeléctricos, etc. y se utilizan en losreceptores y trasmisores. Una aplicación típica es en lasetapas de radiofrecuencia de amplificación donde se quiereque el circuito amplifique solamente una banda defrecuencias. A las inductancias y condensadores estánasociadas resistencias que se deben a la resistencia óhmicasen las bobinas y pérdidas dieléctricas en los condensadoresque se hacen más evidentes a altas frecuencias. Podemosmodelarlos suponiendo que son elementos ideales, reactivospuros, con una resistencia que podemos asociar en paralelo,en serie o en ambos. Por ejemplo:

Es interesante relacionar las pérdidas óhmicas y la energíaque almacena como elemento reactivo, lo que nos permite medirla bondad del componente. El factor de mérito o Q se definecomo:

En el caso a) b) c)d)

Por ejemplo en el caso a) y de formasimilar en los otros casos.

Si trabajamos a una frecuencia fija podemos hallar unarelación 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:

RPCPωRPLPω

1CSωRS

LSωRS

Q=2π(12LIm2)

(12RIm2)2πω=LωR

RS+jXS=RPjXPRP+jXP

=RPXP2+jXPRP2

RP2

+XP2

XS=LSωó

XS=−1CSω

XP=LPωó

XP=−1CPω

QS=XSRS

QP=RPXP

De 1, 2 y 3

Vemos que si la componente es de buena calidad, o sea que Qes mayor que 10 (en el caso de condensadores suele ser muchomayor), entonces

y

Vemos que la componente reactiva no cambia casi su valor alcambiar la configuración (de serie a paralelo o viceversa) yel valor de la resistencia de pérdidas paralelo es muchomayor que la resistencia serie, Q2 veces.

El Circuito Resonante.-

1)Circuito L, C y R resonante Paralelo:

Suponemos que L y C son ideales (sus pérdidas podemostransferirlas a R)

RP=RS (1+QS2)

XP=XS(1+1QS2)

RP≃RSQS2XP≃XS

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 lafrecuencia 0 .

Si los apartamientos de la frecuencia de resonancia sonpequeños, o sea entonces

LCω02

=1 Cω0=1Lω0

f=f0=ω02π

Cω0R=Q ¿ ¿ZR

=1

1+Cω0Rjωω0

−RLω0

j ωω0

ZR=

1

1+j(ωω0 −ω0ω )Q

=11+jβQ

β=ωω0

−ω0ω

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 3dBy la tensión en en los extremos de la banda.

Es interesante ver la variación de fase entre la corriente ytensión: en resonancia es 0, 45 grados en los puntos depotencia mitad y +/- 90 para extremos alejados de laresonancia. A baja frecuencia predomina la baja impedancia dela 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

10log10P0P1

=10log102=3dB

B=ω0Q √2

Circuito del experimento

3.2. Equipos y Materiales

BJT ( NPN)10 resistencias de 1/2 W: 2x22Ω,

2x100Ω, 2x1.5KΩ, 2x4.7KΩ, 2x10KΩ (al5% de tolerancia)

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 (Colectorconectado en 1).En función de que parámetro principal seencuentra Vo1? Considerar Lin,Cin ,RP en la bobina y capacidadesparasitas del transistor.

SolTenemos le siguiente circuito

Tenemos ahora el circuito equivalente en AC.

De donde V01=−RPgmVbe en resonacia

Pero: Vbe=Vref luegoV01=−RPgmVref

Si consideramos ‘n’ el numero de relación de transformación dela bobina, tendremos que: Vo2 = -Vo1

Entonces:V02=RPgmVref

Si tenemos a la bobina

De donde:

n=n1n2

Y sea:

n '=n2n3

Luego: Vo3=

Vo2n '

Vo3=RPgmn ' Vref

Vo1 se encuentra básicamente en función de del parámetroprincipal gm del transistor Q1.

2. Halla el análisis en DC y determinar el rango de RPOT paraobtener una corriente entre 100 y 300µA.

SolLa fuente de corriente delcircuito es:

II

12=(Rpot+R1)I+0,7+0,47(2I)

Para: I=100µA

Rpot+R=112,06KΩ....(I)

Para: I=300µARpot+R=36,73KΩ....(II)

De (II) POT debe ser el minimo y en (I) el máximo, luego dela 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:

fr=1

2π√LC

Donde L es la inductancia del tanque y C la capacidad totaltambién del tanque

Ademas también sabemos que una bobina se puede modelar de laforma siguiente:

gEn este modelo C es devalor constante y L varia amedida que se mueve eltornillo de la bobina. Luegopara un valor extremo de Lpor decir el minimo lafrecuencia de resonanciaserá máxima ya que f y L

varian en forma inversamente proporcional. Entonces

2I

II

frmin=

12π√LmaxC

frmax=

12π√LminC

Para hallar la frecuencia de resonancia minima se ajusta eltornillo de la bobina en uno de sus extremos (Para realizar elajuste se observa hacia que va disminuyendo la frecuencia deresonancia, y ese es el extremo buscado). Para hallar lafrecuencia de resonancia máxima se ajusta el tornillo hacia elotro extremo.

En el caso que se desse hallar el Lin y Cin de la bobinaprimero se sintoniza el tanque a una frecuencia de resonancia,por ejemplo:

fo=1

2π √LinCin....(I)

En la cual se observa que lin y Cin son los valoresdesconocidos mientras que fo si se conoce.

Luego se conecta un condensador extremo en paralelo con elcondensador de la bobina. Entonces la nueva frecuencia deresonancia ser

f1=1

2π√Lin(Cin+Ce).....(II)

Donde en este caso f1 y Ce son conocidos mientras no se conocenlin y Cin.

Por lo tanto de las ecuaciones Iy II se pueden hallar los valoresde Lin y Cin.

De (I) tenemos LinCin=

1(2πfo )

2

….(III)

De (II) tenemos Lin(Cin+Ce )=

1(2πf1 )

2

LinCin+LinCe=1

(2πf1 )2…..(IV)

Reemplazando IV en III:

Lin=1

4π2Ce [ 1f12

−1fo2 ]

Con lo cual también en III

Cin=Ce [fo2f12

−1]−1

3.4. Datos Obtenidos

Variamosla sintonización de la bobina, y obtenemos lossiguientes datos:

CUADRO I-AB. BLANCA B. NEGRA B. AMARILLA

V2 80 mV 92.4 mV 3.28 VV1 1.18 V 1.74 V 19.2 V

CUADRO I-BB. BLANCA B. NEGRA B. AMARILLA

FRMAX (KHz) 416.6 505.4 434.8FRMIN (KHz) 264 274 296

Cambiamos la posición del colector al terminalintermedio de la bobina, y seguimos el mismoprocedimiento del paso anterior.

CUADRO IIB. BLANCA B. NEGRA B. AMARILLA

FRMAX (KHz) 497 471 500FRMIN (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 losvalores DC en Rc.

FREC. 465 530 590 625 680 720 775 786 818V3 41 49 70 100 156 256 304 256 180

V2 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/Vo1Bobina amarilla

0.068

Bobina blanca 0.054Bobina negra 0.171

n2/n3 =Vo2/Vo3

Bobina amarilla

0.089

Bobina blanca 0.085Bobina negra 0.293

Con los datos del paso 4 del procedimiento, graficamosla Respuesta en frecuencia de cada bobina y determinamosgráficamente 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 12000

5

10

15

20

Gráfica de la Respuesta en Frecuencia

Series2

Frecuencia

Ganancia

Del grafico obtenemos aproximadament B.W.= 80kHzPor lo tanto Q = 755/80 = 9.44

¿Calcular en forma analítica Vo2 y comparar con elresultado 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 ycaracterísticas de un circuito sintonizado, a base dediferentes experiencias con distintos tipos de bobinas.

Las bobinas usadas fueron la bobina blanca, amarilla y negraque fueron usadas mayormente en las antiguas radios AM.

En el grafico obtenido para la respuesta en frecuencia delcircuito observamos que la ganancia entre los puntos de mediapotencia es alta, como es de esperarse en un circuitosintonizado, así como para los demás valores de frecuencia seobtiene una ganancia menor.

Los circuitos sintonizados son usados en las etapas deradiofrecuencia de amplificación donde se requiere que elcircuito amplifique solamente una banda de frecuencias, comoen el caso de los receptores y transmisores.