Práctica 3– Grupo 02 – 03 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02. Informe de la Práctica 3: El Transistor BJT Como Amplificador - Pequeña Señal Iforme: 4.2 (60%) Penalización entrega tardía Práctica: 4.0 (40%) Calificación: 4.1 Edy Catalina Sánchez López. Laboratorio Electrónica Análoga II, Escuela de Mecatrónica, Facultad de Minas Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín Resumen – Con ésta práctica se pretende observar el comportamiento del transistor bipolar BJT como amplificador, diseñando e implementando dos amplificadores básicos en mono-etapa (emisor y colector común), también observar su acople en multi-etapa considerando las condiciones de operación de pequeña señal. Se realizarán los análisis respectivos en DC y AC definiendo su punto Q de operación Palabras Clave – Amplificación, Colector común, Emisor común, Pequeña señal, Punto de operación, Transistor. Abstract – This practice is intended to observe the behavior of the bipolar transistor BJT as an amplifier, designing and implementing two basic mono-phase amplifiers (emitter and common collector), also observe their coupling in multistage considering the conditions of small-signal operation. Analyzes will be carried out in DC and AC defining its operating point Q. Index Terms – Amplification, Common Collector, Common Emitter, Small Signal, Operating Point, Transistor. Si la intensidad de base rebasa el punto de saturación la intensidad de colector no puede seguirla y la señal de salida se ve recortada. Si la intensidad de base se anula también lo hace la de colector, recortando la señal de salida por el otro extremo. Es importante pues, que la polarización determine el punto de trabajo en la zona media de la recta de carga para evitar así recortes en la señal de salida. Aun así, la amplitud máxima de la señal de entrada quedará limitada por los puntos de corte y saturación, si no queremos recortes en la salida. I. INTRODUCIÓN El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Para ser utilizado como amplificador, el punto de trabajo debe situarse aproximadamente en el centro de la recta de carga debido a que si se desplaza a la zona de saturación la intensidad de colector se hace máxima y deja de responder a los incrementos de intensidad de base y si se desplaza a la zona de corte la intensidad de colector se hace cero y el transistor no conduce. Entre el corte y la saturación, el transistor funciona como amplificador, ya que, a cada intensidad de base (del orden de microamperios) corresponde una intensidad de colector amplificada (del orden de miliamperios). Si en la entrada del circuito provocamos mediante una señal exterior un aumento de intensidad de base, se produce un aumento de intensidad de colector y lo mismo si disminuye. Las señales aplicadas a la base se ven así reflejadas en el colector, pero amplificadas desde el orden de microamperios al orden de miliamperios. II. DESARROLLO A. ProcedimientoTeórico Inicialmente en la práctica se solicitó establecer el punto de operación del transistor 2N2222. La simulación realizada para la obtención del punto Q del transistor se muestra en la figura 1. Gráfica 1. Curvas para hallar el punto Q y el β del 2N2222 Con este gráfico se procede a realizar el cálculo del β a utilizar del transistor. Los valores iniciales suministrados en la práctica son: Práctica 3– Grupo 02 – 03 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02. Vpolarización 14V Icolector Avemisor omún 130mA 80 Tabla 1: valores Iniciales El circuito a analizar inicialmente en Emisor común es: Gráfica 3. Circuito en colector común. Su análisis en DC es igual que en emisor común, su variación se produce cuando se hace el análisis en AC: (17) Gráfica 2. Circuito en emisor común. (18) Realizando los cálculos teóricos de los valores en DC se obtiene: Despejando la ecuación 18 e igualando a la 17 tenemos: (1) (2) ( (3) ) ( El punto Q estará definido entonces por [ 7V, 130mQ ]. Con el método directo tenemos entonces: (4) ( (5) ( ) ) ) (19) (6) (7) (20) (8) (9) B. Simulación (10) El análisis es igual en las configuraciones Emisor común y Colector común. Al momento de realizar la simulación de los circuitos anteriores se encontró lo siguiente: 1. Emisor común: Su análisis en AC es: (11) (12) (13) (14) (15) | | (16) El circuito siguiente a analizar en Colector común es: Gráfica 4. Simulación emisor común Práctica 3– Grupo 02 – 03 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02. 2. Colector común: 1. Emisor común: Gráfica 5. Simulación Colector común. 3. Conexión en cascada Emisor - Colector común: Gráfica 8. Montaje Emisor común. Aumentando la frecuencia tenemos: A 1 KHz: la salida tiene una escala doble. Gráfica 6. Circuito cascada emisor – colector común. Gráfica 9. Emisor común a 1KHz. A 5 KHz: la salida tiene una escala doble. Gráfica 7. Simulación cascada emisor – colector común. C. Montaje. Al momento de realizar el montaje se debe tener en cuenta que el generador de onda nos permite variar la frecuencia y la amplitud del voltaje para alimentar la entrada, pero el osciloscopio no permite visualizar voltajes elevados de forma correcta además el dispositivo se satura fácil, por lo que el generador de onda se manipula para una entrada de 0.100V. III. RESULTADOS EXPERIMENTALES Es necesario tener en cuenta que al momento del montaje con los valores de las resistencias teoricos no brindaba una buena señal, por eso fue necesario cambiarlos, por sugerencia de Mario Giraldo se buscó una Requivalente de 1,4k para el divisor de tensión obteniendo los valores de: Gráfica 10. Emisor común a 5KHz. A 10 KHz: la salida tiene una escala doble. Práctica 3– Grupo 02 – 03 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02. Gráfica 11. Emisor común a 10KHz. Gráfica 14. Colector común. A 160 KHz: la salida tiene una escala doble, de 120KHz a 160KHz se estabiliza la salida amplificada. El colector común se comporta como un seguidor. IV. COMPARACIÓN DE RESULTADOS Y ANÁLISIS DE ERROR Para el Emisor común: Gráfica 12. Emisor común a 160KHz. El comportamiento tanto de la simulación como del montaje fueron resultados similares, se realizó el diseño para una amplificación de 80 pero tanto experimentalmente como en la simulación la amplificación fue de 8. En cuanto al funcionamiento del circuito se efectuó la manipulación de las frecuencias para ver su comportamiento tanto en la zona activa como en la zona de saturación. Para el circuito en cascada podemos observar que en la simulación se nos incrementa en 2V el voltaje de salida, pero esto se debe a que la polarización del transistor y a su conexión en divisor de tensión entrega este voltaje. Pero se puede observar que la ganancia de salida es cercana a 8. A 3,8 MHz: la salida se disminuye nuevamente. Si hacemos un análisis de Fourier de los circuitos antes descritos encontramos: Gráfica 15. Fourier para Emisor común. Gráfica 13. Emisor común a 3,8MHz. 2. Colector común: Gráfica 16. Fourier para Colector común. Práctica 3– Grupo 02 – 03 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02. Gráfica 12. Emisor común a 160KHz. Gráfica 13. Emisor común a 3,8MHz. Gráfica 14. Colector común. Gráfica 15. Fourier para Emisor común. Gráfica 16. Fourier para Colector común. Gráfica 17. Fourier para Emisor - Colector común. B. Tablas Tabla 1: valores Iniciales. Gráfica 15. Fourier para Emisor - Colector común. V. CONCLUSIONES Podemos concluír que en esta práctica profundizamos el conocimiento de la amplificación, determinando el punto de operación y las impedancias de entrada y salida, con lo cual observamos evidentemente que no es posible obtener una amplificación sin una adecuada polarización DC. Se puede decir que al trabajar el transistor BJT en región activa aproximadamente como un dispositivo lineal permite separar el análisis en AC y DC con lo cual la manipulación del circuito y de las ecuaciones se llegan a resultados más favorables para el diseño. Concluimos también que en la configuración emisor común se obtienen elevadas ganancias de tensión y corriente, haciéndolo el circuito ideal para amplificación de pequeñas señales. Se encuentra que cuando se realiza el diseño del circuito es conveniente que el punto Q esté situado en el centro de la recta de carga y que la ganancia no sea excesivamente alta para dar estabilidad al circuito y evitar distorsiones respectivamente. Se puede observar que un circuito conectado en la opción de colector común se comporta como un seguidor, no presenta amplificación a su salida. Se concluye que se pueden presentar errores en las mediciones debido a que los valores teóricos de los elementos pueden no coincidir con los reales (se hace necesario aproximarlos a un valor superior o inferior). C. Ecuaciones. (1) Ecuación de VCEQ. (2) Ecuación de β. (3) Ecuación de IEQ. (4) Ecuación de VE. (5) Ecuación de RE. (6) Ecuación de VRC. (7) Ecuación de RC. (8) Ecuación de VB. (9) Ecuación de R1. (10) Ecuación de R2. (11) Ecuación de RΠ. (12) Ecuación de gm. (13) Ecuación de ro. (14) Ecuación de Zi. (15) Ecuación de Zo. (16) Ecuación de RL. (17) Ecuación de IB. (18) Ecuación de circuito AC. (19) Ecuación de re. (20) Ecuación de Ganancia de colector común. REFERENCIAS [1] [2] [3] [4] Gráficos, Tablas y Ecuaciones A. Gráficas. Gráfica 1. Curvas para hallar el punto Q y el β del 2N2222. Gráfica 2. Circuito en emisor común. Gráfica 3. Circuito en colector común. Gráfica 4. Simulación Emisor común. Gráfica 5. Simulación Colector común. Gráfica 6. Circuito cascada emisor – colector común. Gráfica 7. Simulación cascada emisor – colector común. Gráfica 8. Montaje Emisor común. Gráfica 9. Emisor común a 1KHz. Gráfica 10. Emisor común a 5KHz. Gráfica 11. Emisor común a 10KHz. Motorola. 2N2222 Datasheet, Transistor. URL: http://alltransistors.com/es/transistor.php?transistor=1773 El transistor Bipolar. URL: http://jarriako.es/Temas_ec/Eca_08a.htm El transistor bipolar com amplificador. URL http://www.iuma.ulpgc.es/~roberto/asignaturas/EI/transparencias/EI_no ciones_basicas_transistores.pdf Fundamentos de electronica analógica URL http://books.google.com.co/books?id=JEcgicCG8n8C&pg=PA87&lpg= PA87&dq=simulacion+emisor+comun+como+amplificador&source=bl &ots=QvJTtyVjBv&sig=GU43RI4-BIYVwGN4HyX-oTzyTv8&hl=es419&sa=X&ei=f4hTUsOBMoXQ8wT9yIGYCg&ved=0CEIQ6AEwBA #v=onepage&q=simulacion%20emisor%20comun%20como%20amplifi cador&f=false Edy Catalina Sánchez López: 43272061, grupo 2, Ingeniería de control.