lab capitulo 5 analisis-en-corriente-alterna-de-transistores-bjt (1)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS
Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica
INGENIERÍA ELECTRONICA - CIRCUITOS ELECTRONICOS 1 - GRUPO-B
Trabajo Laboratorio - Análisis en corriente alterna de
transistores BJT
DOCENTE: MOISES RENAN VILLAGRA ROMERO
INTEGRANTES:
Valencia Ticona Xavier Jerson -20181585
AREQUIPA – PERU
2022-B
Análisis en corriente alterna de
transistores BJT.
Resumen — En el presente informe se presenta el análisis
de un transistor BJT cuando tiene una pequeña señal de
entrada en CA, se presentara el cálculo de parámetros de Av,
Ai, Zo y Zi para una configuración especifica de divisor de
voltaje de un transistor BJT 2N3904, se presentara las señales
tanto simulados como obtenidas al haber armado el circuito
diseñado y se realizó un análisis de estas señales.
Términos clave — JFET, Transistor, Saturación.
I.
Debe respetar la forma de onda de la tensión de entrada. Si no
lo hace así, se produce una distorsión, una pérdida de la
información que aporta.
La energía absorbida de la fuente que emite la onda que se
desea amplificar ha de ser mínima. El circuito amplificador
necesita una fuente de alimentación propia.
El transistor bipolar.
El esquema más sencillo de amplificador de señales es el
propio transistor bipolar.
OBJETIVOS
Objetivo General:
•
Diseñar, calcular, simular e implementar un
amplificador transistorizado, empleando el análisis en
CC (polarización), y CA (análisis de pequeña señal).
Objetivo Específico:
• Realizar un análisis en CC y en CA para el diseño de
un amplificador transistorizado.
• Definir el punto de polarización óptimo para un
amplificador lineal sin distorsión.
• Aplicar el modelo re equivalente del transistor para el
análisis en AC
• Determinar los parámetros importantes para un
amplificador transistorizado: Impedancias de ingreso
y salida, ganancias de voltaje e intensidad.
• Aplicar criterios de diseño para el cálculo de un
amplificador.
• Emplear correctamente los instrumentos de medición
del laboratorio.
II. SUSTENTO TEÓRICO
A. Transistor BJT en CA.
El mundo está lleno de pequeñas señales que necesitan
amplificarse para procesar la información que contienen. Por
ejemplo: una guitarra eléctrica. El movimiento de una cuerda
metálica en el interior de un campo magnético (creado por los
captadores o pastillas) provoca una pequeña variación de
tensión entre dos terminales de una bobina. Para que esa débil
señal pueda llegar a los oídos de todo un auditorio, es evidente
que se necesita una amplificación. La señal producida por la
pastilla de la guitarra viaja por un par de terminales hasta el
amplificador. Aquí se produce la transformación de la pequeña
señal, que es capaz ahora de excitar la membrana de un altavoz
con la potencia que se desee.
Para que se pueda oír lo que se toca realmente, la amplificación
debe cumplir ciertas condiciones:
Fig. 1. Circuito con un transistor bipolar.
Si el transistor se encuentra en la RAN, hay una relación lineal
entre
e
:
Como es reflejo de la entrada e lo es de la salida, este esquema
proporciona una ganancia en corriente. Sin embargo presenta
dos limitaciones muy importantes:
Sólo amplifica la parte positiva de la señal: Cuando es menor
que 0,7 V Q pasa al estado de corte, con lo que
.
Requiere señales de tensión grandes, por lo menos mayores
que 0,7 V, ya que la señal de entrada ha de polarizar en directa
la unión BE y llevar el transistor a la RAN.
Con este dispositivo sólo se puede trabajar con señales
positivas mayores de 0,7 V. Por lo tanto no es capaz de
amplificar señales de alterna.
Polarización del transistor Q a través de la base
Una vez visto el esquema básico de un amplificador, se
enuncian los parámetros más importantes de éste:
: Señal de entrada (pequeña señal AC).
: Corriente de entrada, que se absorbe del generador de
señal de entrada (AC).
: Señal de salida (AC).
Fig. 2. Transistor polarizado a través de la base.
,
Este esquema presenta la novedad de la resistencia RB.
Gracias a ella, la base se polariza mediante la fuente de
alimentación EC y no mediante
base proviene de dos fuentes:
. La corriente que llega a la
: Es la señal que queremos amplificar, por lo tanto, será
variable en el tiempo.
: Esta corriente es la suministrada por EC, que es una
fuente de continua, para la polarización del transistor.
La intensidad de colector será, si Q está en la RAN:
,
: Corrientes de polarización del transistor (DC).
: Resistencias de polarización.
: Carga sobre la que se aplica la tensión de salida.
: Aísla la entrada del circuito de la polarización en
continua.
: Aísla la salida del circuito de la polarización continua.
El esquema presentado es sólo una de las posibles soluciones
válidas para la amplificación de señales. Para comparar las
características de todos ellos, se definen dos parámetros de
AC: la ganancia en tensión y la resistencia de entrada:
Ganancia en tensión: Es el cociente entre la señal de salida y
la aplicada al dispositivo. Normalmente, la ganancia depende
de la carga que se conecte (
Finalmente, puede calcularse la tensión de salida
).
:
El transistor es también capaz de amplificar la parte negativa
de la señal.
La tensión de entrada puede ser pequeña, ya que ahora el
transistor se polariza a través de una fuente de alimentación
ajena a la entrada. En la salida se dispone de una señal de
tensión, gracias a RC, que cumple dos misiones:
Transforma
en una tensión
. Junto con RB lleva el
transistor a la RAN.
El condensador es un componente que se comporta como un
circuito abierto para la corriente continua. Por medio de él,
se aísla tanto la entrada como la salida de las componentes de
continua. Si elegimos correctamente el valor de la capacidad
de acuerdo con la frecuencia a la que se espera que trabaje el
dispositivo, se logra además que estos condensadores se
comporten como un cortocircuito para las señales de alterna
que se quieren amplificar. En cualquier caso, la respuesta
frecuencial del amplificador queda limitada por los valores de
C1 y C2.
Nótese que en este parámetro se relacionan las amplitudes de
las señales alternas entrada y de salida y no los valores
instantáneos. Se da por supuesto que el circuito va a mantener
en gran medida la similitud de las formas de onda, y de lo que
se trata es de cuantificar la magnitud de la amplificación. (El
grado de distorsión de la señal de salida con respecto a la de
entrada se valora mediante otros parámetros).
Resistencia de entrada: La resistencia de entrada da una idea
de la cantidad de corriente que absorbe la fuente de señal que
se desea amplificar (no hay que confundir la con la fuente de
alimentación del amplificador). Dado que interesa absorber
poca energía de la fuente, el amplificador será tanto mejor
cuanto mayor sea su resistencia de entrada.
Puesto que la señal de entrada es alterna, estamos de nuevo
ante un parámetro que relaciona las amplitudes de las
oscilaciones de las magnitudes eléctricas implicadas.
III.
Fig. 3. Esquema amplificador con condensadores de acoplamiento.
DESARROLLO.
Primero se realizó el análisis del transistor en corriente
continua, se encontró el valor del punto de carga y a partir de
este esquema se trabajó al transistor en corriente alterna.
Para esto tomamos como referente el circuito de polarización
DC por divisor de voltaje presentado en el informe de la
práctica 5, los datos de este análisis se presentan en la
siguiente tabla:
TABLA I
DATOS EN DC POR
POLARIZACIÓN POR DIVISOR DE VOLTAJE.
DATOS
𝑉𝐶𝐶
10 [𝑉]
𝑉𝐶𝐸
5 [𝑉]
𝑉𝐵𝐸
0.7 [𝑉]
𝐼𝐶𝑠𝑎𝑡
100 [𝑚𝐴]
𝐼𝐶
48,21 [𝑚𝐴]
𝐼𝐶 𝐵
=𝐼
390
138.89 [𝑢𝐴]
𝐵
𝐵
Con la configuracion de un divisor de voltaje se procedio a
calcular los parametros en CA del circuito presentando en la
figura 4, bajo condiciones de circuito abierto (RL=) y con
carga (RL=300). Se calcula asi en primera instancia los
parametros para circuito abierto:
Una ves realizado esto se procedio a simular el circuito en el
26𝑚𝑉
𝑟𝑒 =
𝐼𝑐
Fig. 4. Esquema circuital completo en CA de una configuración en divisor de
voltaje con un transistor BJT 2N3904.
software multisim para verificar que la señal de entrada
cumpla con el requerimiento calculado.
=
0,54
𝑉𝑜
𝑅𝑐
50
𝐴𝑣 = 𝑉𝑖 = − 𝑟𝑒 = − 0,54 = −92
𝑍𝑖 = 𝑅1𝑅2β𝑟𝑒 = 162,38
𝑍𝑜 = 𝑅𝑐 = 50
Para los parametros con carga, se tiene los mismos con la
unica diferencia que gracias a la carga se presenta tambien la
ganancia de corriente Ai:
𝑍𝑖
162,8
𝐴𝑖 = −𝐴𝑣 ∗ 𝑅𝐿 = 92 ∗ 300 = 49,92
TABLA II
RESUMEN DE PARÁMETROS EN CA EN CIRCUITO ABIERTO Y
CONFIGURACIÓN DE DIVISOR DE VOLTAJE .
Av
Ai
Zi ()
Zo ()
RL=
-92
162,38
50
CARGA DE UNA
RL=300
-92
49,92
162,38
50
Ademas se calculo el valor de los capacitores de
acoplamiento:
𝐶1 = 16,33 𝑢𝐹
𝐶2 = 53 𝑢𝐹
Fig. 5. Señal de entradas de color azul y señal de salida de color amarillo
obtenidas en el osciloscopio del circuito de la figura 4.
Según la simulacion la señal de entrada tiene un valor de:
𝑉𝑖 = 50𝑚𝑉
Y la señal de salida tiene un valor de:
𝑉𝑜 = 520𝑚𝑉
Por
lo
que
calculando
la
ganancia de votaje se tiene un valor
de:
𝑉𝑜 = 10,4
El cual comparando con el valor calculado se aproxima con un
error relativo porcentual del 13%.
Finalmente se armo el circuito con el fin de verificar si en la
practica se logra obtener las mismas señales, capturando asi
las señales presentadas a continuacion.
práctica para tener una guía completa sobre el proceso a
seguir para completar la práctica.
VI. REFERENCIAS
[1] Robert Boylestad, and Louis Nashelsky. Electrónica:
Teoría de Circuitos Y Dispositivos Electrónicos. México:
Pearson Educación, 2009.
.
Fig. 6. Señal de entrada en el canal 1 y señal de salida en el canal 2
obtenidas en el osciloscopio del circuito de la figura 4 armado en el
protoboard.
IV. CONCLUSIONES.
•
Un transistor BJT puede amplificar con una alta
ganancia una entrada de señal pequeña en CA, esta
ganancia acorde a la configuración de conexión del
transistor y a los parámetros de ganancia del mismo
transistor.
Un correcto cálculo del valor de los condensadores es
primordial ya que estos brindan el acoplamiento de la
señal y se evita errores en la amplificación.
Visualizar las señales en la misma escala y ambas a
la vez permite verificar que la señal se haya
amplificado y en este caso desfasado el ángulo
correspondiente.
Se pueden presentar errores porcentuales pequeños
entre el cálculo y el valor real de ganancia obtenido,
esto debido a la tolerancia de error de los
componentes electrónicos utilizados.
Si se utiliza otra configuración se pueden obtener
distintos valores tanto de parámetros mencionados en
la práctica como de ganancia y señal de salida.
Para realizar un análisis correcto de cualquier
configuración se tiene primero que realizar el análisis
en CC y luego realizar el modelo equivalente del
transistor en CA para obtener todos los valores
necesarios del cálculo.
Partir de los valores comerciales de los capacitores
para así poder conseguir el valor con mayor facilidad.
•
•
•
•
•
•
V. RECOMENDACIONES.
•
•
•
Se recomienda aproximar los valores de los
capacitores a los comerciales que existen en el
mercado.
Se recomienda tener un conocimiento claro y
conciso sobre el uso de aparatos de medición de
magnitudes eléctricas, en este caso el multímetro,
para evitar daños en los mismos.
Se recomienda realizar una lectura previa de la