INF-MCU 1 UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA II Versión: 1.0 Página: 1 de 3 FUENTES DE CORRIENTE J.R Peñaloza-Higuera – 1160982 J.E Galvis-Velandia – 1161433 Universidad Francisco De Paula Santander, Facultad De Ingenierías, Departamento de Electricidad y Electrónica, Ingeniería Electrónica, Electrónica II 1160070 San José de Cúcuta, Colombia Resumen - La práctica de laboratorio consiste en analizar el comportamiento físico de una Fuente de Corriente utilizando teoremas de análisis de circuitos y la herramienta CAD (Computer-Aided Design) Cadence OrCAD® Pspice Capture, comparando los resultados obtenidos desde cada método de estudio y comprobar su fidelidad con el comportamiento real del mismo. Palabras Claves – Fuente de Corriente, Polarización, BJT. Abstract - The laboratory practice consists in analyzing the physical behavior of a current source in the theories of circuit analysis and the CAD tool (Computer Aided Design) Cadence OrCAD® Capture of Pspice, comparing the results of each study method and its fidelity with the real behavior of it. Keywords - Current Source, Polarization, BJT. I. OBJETIVO GENERAL Estudiar y profundizar las técnicas de análisis de las fuentes de corriente espejo y Widlar como elementos básicos para la polarización de circuitos de diferente propósito. [1]. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Familiarizar al estudiante con los conceptos básicos de fuentes de corriente y su importancia en la polarización de circuitos multipropósito. Diseñar y verificar experimentalmente la fuente de corriente espejo como sistema de polarización. Diseñar y verificar experimentalmente la fuente de corriente Widlar como sistema de polarización. Realizar el montaje y medida de los circuitos de fuentes de corriente para confrontar los conceptos vistos en clase. II. EQUIPO Y COMPONENTES NECESARIOS La práctica de laboratorio requiere el uso de herramientas CAD (Computer-Aided Design) para la simulación de los parámetros de funcionamiento de la Fuente de Corriente. Por tanto, el software Cadence OrCAD® Pspice Capture es una de las soluciones de diseño esquemático más utilizadas para la creación y documentación de circuitos eléctricos [2]. Para el uso del software de diseño, se requiere un computador con altas especificaciones en materia de procesador, memoria RAM y espacio disponible en el disco duro. A su vez, la práctica de laboratorio requiere el uso de Transistores BJT con características similares, resistencias de ¼ de Watt, fuentes de alimentación en DC e instrumentos de medición como el multímetro y el osciloscopio. III. TRABAJO PREVIO Para comenzar el diseño la Fuente de Corriente es necesario caracterizar los valores específicos de los transistores que serán utilizados. Para ello, se utiliza la herramienta de medición del parámetro Betha (β) para conseguir transistores con características similares para utilizarlos en el circuito. Una vez se obtenga el valor de β, se procede a realizar el procedimiento analítico con las ecuaciones descritas en la sección de anexos. Finalmente, desde el software Cadence OrCAD® Pspice Capture se busca la opción para editar los parámetros de operación del Pspice Model de un transistor BJT, asignando el valor promedio de β. IV. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA El primer paso para el diseño de la Fuente de Corriente consiste en determinar la magnitud de la Corriente de Referencia (𝐼𝑟𝑒𝑓 ) como el promedio de los últimos 3 dígitos del código estudiantil de los autores del presente informe expresado en µA . Una vez obtenido ese valor, se realiza el cálculo de la Resistencia de Referencia (𝑅𝑟𝑒𝑓 ) que garantice la corriente anteriormente calculada y cada una de las Resistencias Widlar (llamadas 𝑅1 y 𝑅2 en esta práctica) para cada etapa homónima, según lo indicado en la Figura 1. Este procedimiento analítico, que se encuentra en la sección de anexos, permite realizar el montaje de la misma en una Placa de Pruebas o Protoboard (representado en la Figura 2), simular el Circuito Esquemático en el software Cadence OrCAD® Pspice Capture (mostrado en la Figura 3) y ordenar los valores de la Corriente de Polarización 𝐼𝑂 de cada etapa en la Tabla 1. INF-MCU 2 UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER Versión: 1.0 PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA II Página: 2 de 3 entorpecer el procedimiento de la simulación y el análisis de la Fuente de Corriente. A continuación, se enuncian las recomendaciones dadas por los autores del presente informe para contribuir a futuras prácticas a realizar por los estudiantes del curso. Es recomendable implementar en el circuito dos transistores que cuyo parámetro β sean lo más cercanos posibles, ya que la diferencia entre estos parámetros afecta el comportamiento de las corrientes de polarización Figura 1. Parámetros de Diseño de una Fuente de Corriente. A su vez, para cada una de las etapas de la Fuente de Corriente (Excepto 𝑅𝑟𝑒𝑓 ) se utilizan Resistencias de 1 kΩ para estabilizar el Circuito. Finalmente, al momento de medir cada una de las corrientes del circuito, se debe tener en cuenta para el valor medido la precisión del instrumento, ya que con magnitudes de corrientes tan pequeñas el porcentaje de error aumenta considerablemente. VI. CONCLUSIONES Figura 2. Fuente de Corriente implementada en Placa de Prueba. Figura 3. Circuito esquemático de la Fuente de Corriente en el software Cadence OrCAD® Pspice Capture. TABLA 1. Valores de Polarización de la Fuente de Corriente. Valores de la corriente de Polarización de la Fuente de Corriente. Variable Valor Teórico Valor de Valor Simulación Medido 707.5 µA 714.9 µA 710.6 µA 𝐼𝑟𝑒𝑓 707.5 µA 750.4 µA 763.2 µA 𝐼𝑂1 1.06125 mA 1.119 mA 1.14 mA 𝐼𝑜2 1.62725mA 1.711 mA 1.769 mA 𝐼𝑜3 10,31802 kΩ 10.3 kΩ 9.796 kΩ 𝑅𝑟𝑒𝑓 48.9826 Ω 48.9826 Ω 46.4 Ω 𝑅1 𝑅2 141.8106 Ω 141.81 Ω 123.4 Ω El desarrollo de la práctica de laboratorio permite concluir desde los fundamentos teóricos, los conocimientos previos de los autores y la eficiencia del software disponible para el análisis de circuitos. A continuación, se mencionan las conclusiones obtenidas de la práctica por parte de los autores del presente informe. En el análisis de la Fuente de Corriente se evidencia una relación muy cercana entre los resultados obtenidos analíticamente, los valores arrojados por el software Cadence OrCAD® Pspice Capture. Sus mínimas diferencias se deben al número de cifras significativas asumidas por cada tipo de análisis y la forma de asumir ciertas condiciones físicas del circuito. Complementando lo anterior, otro factor importante en el momento de obtener los datos de corriente del circuito tiene que ver con el parámetro β del Transistor BJT, ya que su simetría define el comportamiento de la corriente, que puede disminuir por la resistencia interna de los dispositivos, e incluso aumentar debido a los valores de β de los demás transistores. En el análisis total del Amplificador Diferencial se comprueba la Teoría de Circuitos conocida en cursos anteriores demostrando que existe fidelidad entre los valores simulados y los valores que pueden obtenerse en la vida real a la hora de implementar los elementos en ese tipo de configuración. REFERENCIAS [1] V. RECOMENDACIONES [2] Durante el desarrollo de la Práctica de Laboratorio se encontraron algunos inconvenientes menores que pueden Ramírez Mateus J. Práctica No. 4, Fuentes de Corriente, Editado por García Bermúdez M. PCB Schematic Design Software for Electronic Engineers, Consultado el 2 de Marzo de 2019, https://www.orcad.com/products/orcadcapture/overview. INF-MCU UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA II Versión: 1.0 Página: 3 de 3 Anexo 1. Procedimiento Analítico en DC y Análisis en Pequeña Señal para el Amplificador Diferencial. Anexo 2. Expresiones matemáticas para el Análisis en DC y Análisis en Pequeña Señal de un Amplificador Diferencial. 3
