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Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 1-20 Ejercicio N° 1 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. ¿Qué función cumplen los capacitores CB y CC? c. Determinar el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). d. ¿La salida recorta primero por corte o por saturación? e. Calcular el máximo valor eficaz (señal senoidal) de la tensión de salida Vo sin que haya recorte. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 24V R1 = 270 KΩ R2 = 33 KΩ Rc = 1 KΩ RL = 10 KΩ RG = 600Ω Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 2-20 Ejercicio N° 2 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. ¿Qué función cumplen los capacitores CB y CC? c. Determinar el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). d. ¿La salida recorta primero por corte o por saturación? e. Calcular el máximo valor eficaz (señal senoidal) de la tensión de salida Vo sin que haya recorte. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 24V R1 = 270 KΩ R2 = 33 KΩ Rc = 12 KΩ RE = 2 KΩ RL = 10 KΩ RG = 600Ω Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 3-20 Ejercicio N° 3 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. ¿Qué función cumplen los capacitores CB y CC? c. ¿Qué diferencia tiene este circuito respecto del circuito del problema anterior? ¿Qué ventajas y desventajas implican? d. Determinar el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). e. ¿La salida recorta primero por corte o por saturación? f. Calcular el máximo valor eficaz (señal senoidal) de la tensión de salida Vo sin que haya recorte. g. Comparar la resistencia de entrada de este circuito con la del circuito del ejercicio anterior y escribir conclusiones. h. Idem f. para la ganancia de tensión. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 24V R1 = 270 KΩ R2 = 33 KΩ Rc = 10 KΩ RE = 2 KΩ RL = 10 KΩ RG = 600Ω Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 4-20 Resolución del Ejercicio Análisis en continua Circuito equivalente de continua 1º Resolución de la malla de entrada Abriendo la conexión de la base y observando hacia el divisor de tensión formado por R1 y R2, podemos plantear el circuito equivalente de Thevenin: V BB = VCC ⋅ RB = R2 R1 + R2 R1 .R2 R1 + R2 Circulando por la malla de entrada se puede obtener la corriente de colector: V BB − I BQ ⋅ RB − VBE − I EQ .R E = 0 Donde IEQ es aproximadamente ICQ y la corriente de base es ICQ/β V BB − I CQ β ⋅ RB − V BE − I CQ .RE = 0 Despejando la corriente de colector: I CQ= VBB − VBE RB + RE β Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 5-20 2º Resolución de la malla de salida VCC − I CQ .RC − VCEQ − I CQ .RE = 0 Esta ecuación nos permite obtener dos expresiones: Tensión colector emisor (despejamos VCE): VCEQ = VCC − I CQ .(RC + R E ) Recta de carga estática RCE (despejamos IC): IC = VCC 1 − ⋅ VCE RC + R E RC + RE En la expresión de la recta de carga estática podemos distinguir: a) la ordenada al origen para la cual IC es máxima y VCE=0, como el lugar donde la recta corta al eje IC: VCC RC + RE b) la pendiente: − 1 RC + RE c) la absisa al origen es el lugar en el cual la recta de carga estática corta al eje VCE, por lo que IC=0 y de la expresión de la RCE se ve que debe ser: VCE = VCC A la RCE la podemos definir como el lugar geométrico de los infinitos puntos de polarización impuestos por el circuito externo al transistor. En el caso de encontrarse el punto de polarización en las cercanías de la ordenada al origen, el transistor tendrá la máxima corriente de colector y la mínima tensión colector emisor. Decimos que el transistor se encuentra saturado. En el caso de encontrarse el punto de polarización en las cercanías de la absisa al origen, el transistor tendrá la mínima corriente de colector y la máxima tensión colector emisor. Decimos que el transistor se encuentra cortado. Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 6-20 Análisis en alterna Circuito equivalente de alterna sin reemplazar el transistor por su modelo equivalente Comparando este circuito con el original, podemos ver que: • Los capacitores no se encuentran ya que su única función es evitar que la corriente continua ingrese a la fuente de señal Vg y a la carga RL. Estos capacitores son cortocircuitos para la alterna. • La fuente de continua no se encuentran porque la corriente alterna puede circular a través de la misma. Las fuentes de continua son cortocircuitos para la alterna. • R1 y R2 quedan en paralelo para formar RB. Para saber que configuración es el circuito, debemos observar por donde entra y sale la señal. En este circuito la señal del generador ingresa al transistor por el terminal de base y llega a la carga desde el colector. Si la entrada es por la base y la salida por el colector, el terminal común es el emisor. La configuración es emisor común. La resistencia RE que es común a la malla de entrada y a la malla de salida genera una realimentación entre entrada y salida, por lo que el amplificador es emisor común con realimentación. En el ejercicio 2, la resistencia RE tiene en paralelo un capacitor CE que para la alterna, a las frecuencias de trabajo, es un cortocircuito. Debido a esto, si bien esa etapa está realimentada para la continua, la configuración del amplificador del ejercicio 2 en alterna es emisor común. Planteando la ley de Kirchoff de las mallas en el circuito anterior: Vce + ic ⋅ [(RC // RL ) + R E ] = 0 Esta ecuación nos permite obtener la pendiente de la recta de carga dinámica como relación entre Ic y Vce: Pendiente = ic ∆ic −1 = = Vce ∆Vce (RC // RL ) + RE Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 7-20 La recta de carga dinámica RCD se puede trazar conociendo un punto por el que pasa (punto de trabajo Q) y la pendiente. Una vez trazada la recta sobre el mismo dibujo de la RCE, obtenemos ordenada y absisa al origen. La señal alterna puede pensarse como incrementos en torno al punto de reposo Q. Por lo tanto, la excursión máxima en el semiciclo positivo que puede tener la tensión de salida Vce respecto de VCEQ es VceM - VCEQ= ∆Vce. A partir de consideraciones geométricas en el triángulo rectángulo de vértices Q, VCEQ y VceM: Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 8-20 Ejercicio N° 4 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. ¿Qué función cumplen los capacitores CB y CC? c. Determinar el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). d. ¿La salida recorta primero por corte o por saturación? e. Calcular el máximo valor eficaz (señal senoidal) de la tensión de salida Vo sin que haya recorte. f. Verifique si los cuatro pasos del siguiente análisis de la realimentación por emisor se cumple cuando Ic aumenta: 1) Si Ic aumenta, entonces VE = Ic . RE también aumenta. 2) Si VE aumenta, entonces VBE = VB – VE disminuye. 3) Si VBE disminuye, entonces IB disminuye por ser una juntura en directa. 4) Si IB disminuye, entonces Ic= β. IB disminuye. Note que el análisis comenzó suponiendo que Ic aumenta y terminó verificando que Ic disminuye, por lo que se observa que la realimentación negativa actúa. DATOS HALLAR β =250 VCEQ ICQ = 1mA VCC = 15V Rc = 6 KΩ R1 R2 VBQ VEQ VCQ RE = 1 KΩ RCE RL = 30 KΩ RCD CEA RG = 600Ω VOMAX ViMAX AV Ri Ro Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 9-20 Ejercicio N° 5 a. Para el circuito de la siguiente figura se pide: b. ¿Qué configuración es? c. ¿Qué función cumplen los capacitores CB y CC? d. Determinar el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). e. ¿La división de RE en RE1 y RE2 modifica algo en continua? ¿Y en alterna? Si los valores de RE1 y RE2 se modifican manteniendo constante su suma: e1. ¿Cambia el valor de ICQ? ¿Por qué? e2. ¿Cambia el valor de la ganancia de tensión AV ? ¿Por qué? e3. ¿Cambia el valor de la resistencia de entrada Ri ? ¿Por qué? f. ¿La salida recorta primero por corte o por saturación? g. ¿Calcular el máximo valor eficaz (señal senoidal) de la tensión de salida Vo sin que haya recorte. DATOS HALLAR β = 200 R1 R2 ICQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 18V VCEQ = 10V Rc = 3,3 KΩ RE1 = 150 Ω RE2 = 550 Ω RL = 10 KΩ RG = 30 KΩ Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 10-20 Ejercicio N° 6 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. ¿Qué función cumple el capacitar CB? c. Si el amplificador es de audio y RL es el parlante, ¿Qué valor debe tener VEQ ? d. Determinar el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). e. ¿La salida recorta primero por corte o por saturación? f. Calcular el máximo valor eficaz (señal senoidal) de la tensión de salida Vo sin que haya recorte. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 20V VEE = -20V R1 = 120 KΩ R2 = 80 KΩ Rc = 1 KΩ RE = 2 KΩ RL = 8 KΩ RG = 50 Ω Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 11-20 Ejercicio N° 7 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. ¿Qué función cumplen los capacitores CB y CC? c. Determinar el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). d. ¿La salida recorta primero por corte o por saturación? e. Calcular el máximo valor eficaz (señal senoidal) de la tensión de salida Vo sin que haya recorte. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 24V R1 = 47 KΩ Rc = 6,8 KΩ RL = 8,2 KΩ RG = 50Ω Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 12-20 Ejercicio N° 8 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. ¿Qué función cumplen los capacitores CB y CC? c. Determinar el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). d. ¿La salida recorta primero por corte o por saturación? e. Calcular el máximo valor eficaz (señal senoidal) de la tensión de salida Vo sin que haya recorte. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = - 24V VEE = 24V R1 = 51 KΩ R2 = 47 KΩ Rc = 12 KΩ RE1 = 4,7 KΩ RE2 = 1,2 KΩ RL = 12 KΩ RG = 50Ω Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 13-20 Ejercicio N° 9 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. Determine el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). c. Justifique mediante las formas de onda de las corrientes y tensiones totales (continua más alterna) la relación de fase entre Vcb y Veb. d. Justifique el sentido del generador controlado en el modelo circuital del transistor. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 12V RB1 = 39 KΩ RB2 = 10 KΩ Rc = 2 KΩ RE = 1 KΩ RL = 2 KΩ RG = 100Ω Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 14-20 Ejercicio N° 10 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. Determine el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). c. Calcule la máxima amplitud de tensión de salida senoidal que puede obtenerse sin que haya recorte en ningún semiciclo. d. Justifique mediante las formas de onda de las corrientes y tensiones totales (continua más alterna) la relación de fase entre Vcb y Veb. e. Justifique el sentido del generador controlado en el modelo circuital del transistor. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 24V RB1 = 27 KΩ RB2 = 150 KΩ Rc = 3,9 KΩ RE = 1 KΩ RL = 10 KΩ RG = 100Ω Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 15-20 Ejercicio N° 11 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. Determine el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). c. Calcule la máxima amplitud de tensión de salida senoidal que puede obtenerse sin que haya recorte en ningún semiciclo. d. Justifique mediante las formas de onda de las corrientes y tensiones totales (continua más alterna) la relación de fase entre Vcb y Veb. e. Justifique el sentido del generador controlado en el modelo circuital del transistor. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 12V VEE = - 12V Rc = 1 KΩ RE = 2 KΩ RL = 2 KΩ RG = 50Ω Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 16-20 Ejercicio N° 12 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. Determine el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). c. Calcule la máxima amplitud de tensión de salida senoidal que puede obtenerse sin que haya recorte en ningún semiciclo. d. Justifique mediante las formas de onda de las corrientes y tensiones totales (continua más alterna) la relación de fase entre Vec y Vbc. e. Justifique el sentido del generador controlado en el modelo circuital del transistor. DATOS HALLAR β = 200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 12V RB1 = 39 KΩ RB2 = 20 KΩ RE = 1 KΩ RL = 2 KΩ RG = 10 KΩ Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 17-20 Ejercicio N° 13 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. Determine el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). c. Calcule la máxima amplitud de tensión de salida senoidal que puede obtenerse sin que haya recorte en ningún semiciclo. d. Justifique mediante las formas de onda de las corrientes y tensiones totales (continua más alterna) la relación de fase entre Vcb y Veb. e. Justifique el sentido del generador controlado en el modelo circuital del transistor. DATOS HALLAR β =200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 12 V VBB = 2,4 V. RB = 8 KΩ RE = 1 KΩ RL = 2 KΩ RG = 10 KΩ Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 18-20 Ejercicio N° 14 Para el circuito de la siguiente figura se pide: a. ¿Qué configuración es? b. Determine el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ) siguiendo las siguientes pautas: • ¿La tensión en el emisor es positiva o negativa respecto de común? • Muestre sobre la figura el sentido de las corrientes de emisor (IC), por RL (IL) y por RE (IRE) • Plantee dos ecuaciones de mallas (RB-VBE-RE-VEE y RL-RE-VEE) • Obtenga el valor de las tres corrientes involucradas en el nodo del emisor y la tensión del emisor (IC, IL, IRE, VE) c. Calcule la máxima amplitud de tensión de salida senoidal que puede obtenerse sin que haya recorte en ningún semiciclo. d. Justifique mediante las formas de onda de las corrientes y tensiones totales (continua más alterna) la relación de fase entre Vcb y Veb. e. Justifique el sentido del generador controlado en el modelo circuital del transistor. DATOS HALLAR β = 200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 20V VEE = -20V RB = 50 KΩ Rc = 4 KΩ RE = 10 KΩ RL = 10 KΩ RG = 2 KΩ Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa 19-20 Ejercicio N° 15 La resistencia de entrada vista por el generador de señal en un circuito del tipo “seguidor por emisor” disminuye notablemente por causa de los resistores de polarización de base, ya sea que se utilice un divisor resistivo (Ejercicio N° 11) o un resistor conectado directamente a la fuente de alimentación (Ejercicio N° 12). Los efectos del circuito de polarización de base sobre la resistencia de entrada pueden minimizarse mediante el uso del siguiente circuito que se denomina, en inglés, “BOOTSTRAP”. a. ¿Qué configuración es? b. Determine el punto de reposo (ICQ y VCEQ) y las tensiones de los tres electrodos del transistor respecto de común (VBQ, VEQ y VCQ). c. Justifique conceptual y matemáticamente el elevado valor de la resistencia de entrada. d. Calcule la máxima amplitud de tensión de salida senoidal que puede obtenerse sin que haya recorte en ningún semiciclo. e. Justifique mediante las formas de onda de las corrientes y tensiones totales (continua más alterna) la relación de fase entre Vcb y Veb. f. Justifique el sentido del generador controlado en el modelo circuital del transistor. DATOS HALLAR β = 200 ICQ VCEQ VBQ VEQ VCQ RCE RCD CEA VOMAX ViMAX AV Ri Ro VCC = 24V RB1 = 300 KΩ RB2 = 50 KΩ RB3 = 150 KΩ RE = 2 KΩ RL = 2 KΩ RG = 10 KΩ Ing. O. Darío Novodvoretz Electrónica Analógica II Guía de Ejercicios Nº 2 Transistor Bipolar de Juntura – Amplificador Monoetapa Puntos de polarización de los ejercicios 1. RB=29K4 VBB=2,61V ICQ=13mA VCEQ= 11V 2. RB=29K4 VBB=2,61V ICQ=0,89mA VCEQ=11,54V 3. RB=29K4 VBB=2,61V ICQ=0,89mA VCEQ= 13,3V 4. RB=25K VBB=1,8V R1= 208K R2= 28K4 VCEQ= 8V 5. ICQ=2mA R1=112K R2=16K 6. RB=48K VBB= -8V ICQ= 5mA IL= 0,83mA VCEQ= 26,6V 7. ICQ= 3,3mA VCEQ= 1,56V 8. RB= 24K5 VBB= 12,5V ICQ= 1,8mA IL= 0,1mA VECQ= 14,6V 9. RB =8K VBB= 2,45V ICQ= 1,68mA VCEQ= 7V 10. RB=22,88K VBB= 20,3V ICQ= 2,7mA VECQ= 10,8V 11. ICQ= 5,65mA VCEQ=7V 12. RB= 13,22K VBB= 4V ICQ= 3,16mA VCEQ= 8,84V 13. ICQ= 1,63mA VCEQ=10,36V 14. IC=1,77mA IL= 0,11mA IRE=1,88mA VE=-1,14V 15. RB= 193K VBB= 3,4V ICQ= 0,91mA VCEQ=22,18V VCEQ=14V 20-20
