Pre-amplificador de audio

Ingeniería en electrónica.
Diseño un preamplificador de audio
Materiales
1 Osciloscopio
1 Un generador de funciones
1 resistencia de 1kΩ, 220Ω
2 Resistencias variables de 1kΩ-100 kΩ
1 capacitor de 10μF
1 capacitor de 22μF
1 capacitor de 4.7μF
1 protoboard
1 Fuente de voltaje de CD
1 Transistor BJT (2N3904)
1 Bocina de 2watts 6Ω
1 Multímetro digital

En la figura 1 se muestra eldiagrama de conexión de nuestro preamplificador. Observe que los valores de los componentes mostrados en la figura 1 son los valores reales obtenidos con el multímetro.


Figura 1

A continuación se muestran los cálculos necesarios para la polarización del preamplificador.
Polarización por medio del divisor de voltaje
Cálculos de polarización para este pre-amplificador

Elegimos VCC =12v
imax=VCCRC+RE=12988+221=9.92mA
6 v 12v VCE
imax = 9.92 mA

IcQ = 4.96 mA
|

Ib=ICQβ=4.96m182=27.25μA
IE=Ibβ+1=27.25μ192=5mA
Rb=RE(β)10=219(191)10=4.18kΩ
Ya tenemos la resistencia de base ahora podemos sustituir el circuito por el equivalente de Thevenin:

VBB=IbRB-VBE-IE(RE)
VBB=IbRb-REβ+1+VBE
VBB=26.07μ4.18k+219192+.7
VBB=1.9v

R1=Rb1-VBBVCC=4.18k1-1.912=4.9kΩ

R2=Rb(VCC)VBB=26.4kΩ

VE=IERE=5m219=1.095v

VB=R1(VCC)R1+R2=1.87v

VCE=VCC-ICRC+RE=6.004v
VC=VE+VCE=6+1.095=7.095v

Ya tenemos nuestro transistor a máxima excursión simétrica, en el voltaje de entrada VS colocaremos el generador de funciones a 1mV, el cual, posteriormente será sustituido porla señal de audio entrante.

Modelo hibrido del transistor

Ahora analizaremos los parámetros híbridos de nuestro transistor:

re=26mVIEQ=26mV5mA=5.2Ω

hIe=βre=1915.2=993.2Ω

Rx=R1∥R2∥hIe
Rx=4.18k∥993.2=802.52Ω
Ri=Rx+Rs=852.52Ω

Determinación de la ganancia de voltaje.

Vo=-βIb(RC∥RL)

pero

Ib=Viβre

Vo=-Vi(RC∥RL)re

AVL=VoVi=-(RC∥RL)re=-900.165.2=-173.1

Vi=Rx(Vs)Rs+Rx⇛ ViVs=RxRs+Rx=802.52852.52=0.941

∆vs=ViVsAVL=0.941173.1=-162.94

Análisis de baja frecuencia

Ahora determinaremos la frecuencia de corte de cada capacitor:
CS
fLS=12πRi(C)=12π852.52(10.79μF)=17.30Hz

CC
fLC=12πRc+RL(C)=12π(10905)(4.39μF)=3.32Hz

CE
Rb=Rs∥Rb=50∥418k=49.408Ω

Re=RE∥Rbβ+re=219∥49.408191+5.2=5.32ΩΩ

fLE=12πRe(C)=12π5.32(22.41μF)=1.3kHz

Análisis porcomputadora
Para este análisis se utilizo software Orcad PSpice versión 9.2.
Este es el circuito que se utilizó en el Pspice:

La fuente de voltaje está ubicada en la librería SOURCE bajo el nombre Vsin, el resistor y el capacitor en la biblioteca ANALOG.
En este caso se eligió el voltaje de entrada a 1mV puesto que solo se desea analizar la frecuencia de corte de los capacitores.
En el análisis dede este circuito se realizó un barrido de frecuencias mediante la herramienta AC Sweep/Noise se utilizaron distintos rangos de frecuencia para cada capacitor, en la escala vertical encontramos el voltaje de salida, en una escala lineal. En esta red la ganancia de voltaje es de -153.
El voltaje de salida del capacitor a la frecuencia de corte es:
153mV x .707≈108mV
Voltaje de la baseCalculado = 1.095V
Voltaje de la base
Calculado = 1.87V
Voltaje de colector
Calculado = 7.095V

Como puede observarse los voltajes de polarización mostrados en el circuito son aproximadamente iguales a los que fueron previamente calculados.
Primero analizaremos la respuesta de CS. Para éste capacitor se utilizó un rango de 1Hz a 150Hz
Grafica generada (Capacitor de fuente Cs)
La frecuencia decorte de este capacitor es 16.48Hz la cual es aproximadamente igual a la frecuencia calculada 17.3 Hz

Ahora analizaremos la respuesta de CC. Para este capacitor utilizamos un rango de .1Hz a 30Hz, es un rango muy pequeño debido a que solo nos interesan las bajas frecuencias.
Grafica generada (Capacitor de acoplamiento)
La frecuencia de corte de éste capacitor es de 3.28Hz la cual es...