Capacitores de acoplo y desacoplo

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Contenido

Planteamiento del problema        2

Marco teórico        3

Antecedentes        3

Marco referencial        5

Marco conceptual        9

Enunciado del problema        10

Preguntas de investigación        10

Justificación        12

Objetivos        13

General        13

Específicos        13

Hipótesis de investigación        14

Diseño metodológico        15

Conclusiones y recomendaciones        16

Bibliografía        16

Planteamiento del problema

En el mundo de la ingeniería electrónica es indispensable el análisis de las señales que actúan dentro de un circuito eléctrico o electrónico por lo que el estudiante y el profesionista está comprometido a desarrollar las habilidades pertinentes para el análisis de este tipo de fenómenos. Uno de ellos es la amplificación de señales y cuando se habla del mundo de la electrónica se piensa rápidamente en el dispositivo transistor como el mejor en su especie para realizar la tarea.

Se sabe que todos los dispositivos usados en el mundo de la ingeniería electrónica necesitan de ciertas configuraciones para obtener los resultados que satisfacen los objetivos de búsqueda. Dentro de los circuitos electrónicos existen los dedicados a la amplificación de las señales donde los transistores son los principales protagonistas del guión pero también es cierto que ellos por si solos no logran llevar el espectáculo a su gran desenlace por lo que estos circuitos son acompañados por resistores. Pero cuando existe la necesidad de amplificar no solamente la corriente del circuito si no trabajar con señales sinusoidales provenientes de algún dispositivo o de un instrumento externo como los musicales que proveen una señal pobre para un circuito electrónico, el transistor ya no es suficiente para recibir esta señal y amplificarla unos cientos o miles de veces además que el transistor no está diseñado para trabajar con dos señales al mismo tiempo por lo que su eficiencia o ganancia se ven afectadas y por consecuencia su punto de trabajo igual lo que nos deja a un amplificador de muy baja fidelidad, algo que al usuario no le agradaría.

Marco teórico

Antecedentes

No existe antecedente como tal para la investigación de los capacitores de acoplo y desacoplo en circuitos amplificadores pero si se cuenta con las investigaciones que dieron precedente a este tipo de análisis de circuitos amplificadores.

(Young, 2009)La reactancia capacitiva de un capacitor es inversamente proporcional tanto a la capacitancia C como a la frecuencia angular ω; cuanto mayores sean la capacitancia y la frecuencia, menor será la reactancia capacitiva XC. Los capacitores tienden a pasar corriente de alta frecuencia y a bloquear las corrientes de baja frecuencia y la cd. Es importante tener esta propiedad intrínseca por parte de los condensadores para asegurar la seguridad del circuito donde será aplicado dependiendo de la frecuencia de la señal que se tenga como entrada ya sea para su análisis o amplificación. Un ejemplo claro de esta propiedad se encuentra en los parlantes dedicados llamados woofer y tweeter, el primero por las propiedades de la bobina que son inversas al capacitor deja pasar las frecuencias bajas y el tweeter las altas frecuencias por su capacitor en serie.

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1. Los dos bafles en este sistema de altavoz están conectados en paralelo con el amplificador

(Hayt, 2007)Una tensión constante en un capacitor produce una corriente cero que pasa a través de él; por ello un capacitor es un "circuito abierto para la cd". Su investigación refleja el modelo matemático de un condensador por lo que nos da la clave para utilizarlos en circuitos amplificadores BJT de modo que cuando se combinen los circuitos de CA y CD el capacitor funcionará como bypass del circuito de una manera sencilla sabemos que en corriente directa el voltaje no cambia con el tiempo por lo que el circuito se abriría para el capacitor pero en corriente alterna el voltaje cambia constantemente permitiendo funcionar al capacitor como oposición para estos cambios bruscos estableciendo una corriente estable para los propósitos que se requieren.

(Malvino, 2000)Principios de electrónica. Cuando la frecuencia es suficientemente alta, la reactancia capacitiva es mucho menor que la resistencia, en este caso casi toda la tensión alterna de la fuente aparece en la resistencia, al usarse de esta forma el condensador se denomina de acoplo. Para el condensador de desacoplo si la frecuencia de la fuente es suficientemente alta la reactancia capacitiva es mucho menor que la resistencia en este caso casi toda la tensión de la fuente aparece a través de la resistencia creando una masa de alterna o masa para señal. Lo que podemos tomar como lo expresan sus equivalencias respectivas:

Buen acoplamiento: [pic 3]

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1. Condensador de acoplo; b) en el condensador es un cortocircuito para la señal V; c) circuito abierto para continua y corto circuito para señal.

Buen desacoplo: [pic 5]

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1. Condensador de desacoplo; b) el punto E es una masa para la señal.

Marco referencial

Para el análisis de los circuitos de amplificación se requiere tener previos conocimientos de la polarización de transistores en CD. El método utilizado en esta investigación ha sido elegido por su facilidad para establecer su punto de trabajo y mantener una estabilidad mayoritaria a través del tiempo de funcionamiento.

Varios factores controlan el nivel de operación de cd de un transistor, entre ellos el intervalo de los posibles puntos de operación en las características del dispositivo. Aunque existen análisis para  varias redes, hay una similitud subyacente en el análisis de cada configuración, debido al uso recurrente de las siguientes relaciones básicas importantes de un transistor:

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Análisis exacto (CD)

Para el análisis de CD debemos dibujar la figura anterior de la forma de la figura 2 debido a que en CD los capacitores se comportan como circuito abierto.

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 La fuente de voltaje se reemplaza con un equivalente de cortocircuito como se muestra en la figura 4:[pic 15]

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 La fuente de voltaje VCC se regresa a la red y el voltaje de Thévenin de circuito abierto de la figura siguiente se determina como[pic 18]

Al aplicar la ley del divisor de voltaje

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La red de Thévenin se vuelve a dibujar como se muestra en la figura que sigue e  se determina aplicando primero la ley de voltajes de Kirchhoff en el sentido de las manecillas del reloj en la malla indicada:[pic 21]

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Una vez conocida IB, las cantidades restantes de la red se determinan de la misma manera que para la configuración de polarización de emisor. Es decir

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Análisis en CA

Para este análisis los capacitores se comportan como cortocircuito por lo que la polarización quedaría de la siguiente forma.

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Se ha implementado un capacitor de desacoplo  para simplificar el análisis en el modelo hibrido  o análisis de CA. El modelo re se presenta a continuación.[pic 30][pic 31]

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Del modelo podemos decir:

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La ganancia de voltaje es:

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Donde re se calcula con los datos de CD

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Marco conceptual

Capacitor de acoplo: condensador empleado para transmitir una señal alterna de un nodo a otro.

Capacitor de desacoplo: condensador empleado para conectar un nodo a la masa del circuito.

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