AMPLIFICADPRES DE UNA Y DOS ETAPAS

Universidad Nacional Del Callao Escuela Profesional De Ingeniería ElectrónicaFacultad De Ingeniería Eléctrica y Electrónica Ciclo 2014 – B

Laboratorio Nº2

Profesor: Cuzcano Rivas Abilio

Integrantes:

Aime Laura, Martin Junior Asencios Saldivar, Julio Acedo Chicchon, Alfredo

Asignatura:

Laboratorio de Dispositivos Electrónicos

Grupo Horario:

92 G

Título: AMPLIFICADPRES DE UNA Y DOS ETAPAS

2014 – A

Laboratorio De Dispositivos Electrónicos Experiencia N º4

1


AMPLIFICADORES DE UNA Y DOS ETAPAS

I. OBJETIVOS:

Estudiar el transistor bipolarcomo amplificador, observando y analizando en forma practica lo visto en forma teorica.

Estudiar su polarización en un punto de funcionamiento predeteerminado y su funcionamiento a frecuencias bajas y en la banda pasante.

Comprobar experimentalmente la validez de los cálculos e hipótesis realizadas en la etapa de diseño.

II. BASE TÉCNICA DE COMPONENTES:

El transistor bipolar es un dispositivo de tres terminales -emisor, colector y base-, que, atendiendo a su fabricación, puede ser de dos tipos: NPN y PNP. En la figura 1 se encuentran los símbolos de circuito y nomenclatura de sus terminales. La forma de distinguir un transistor de tipo NPN de un PNP es observando la flecha del terminal de emisor. En un NPN esta flecha apunta hacia fuera del transistor; en un PNP la flecha apunta hacia dentro. Además, en funcionamiento normal, dicha flecha indica el sentido de la corriente que circula por el emisor del transistor.

a) Funcionamiento:

El transistor bipolar basa su funcionamiento en el control de la corriente que circula entre el emisor y el colector del mismo, mediante la corriente de base. En esencia un transistor se puede considerar como un diodo en directa (unión emisor-base) por el que circula una corriente elevada, y un diodo en inversa (unión base-colector), por el que, en principio, no debería circular corriente, pero que actúa como una estructura que recoge gran parte de la corriente que circula por emisor-base.

b) Corrientes y Tensiones:

Para el análisis de las distintas corrientes que aparecen en un transistor vamos a considerar un transistor de tipo PNP, que polarizamos tal y como


2

Corrientes


aparece en la figura. Este tipo de polarización será el usado cuando el transistor trabaje en región activa, como se verá en los siguientes apartados. La unión emisor-base queda polarizada como una unión en directa, y la unión colector-base como una unión en inversa.

Entre el emisor y la base aparece una corriente (IEp + IEn) debido a que la unión está en directa


3


El efecto transistor provoca que la mayor parte de la corriente anterior NO circule por la base, sino que siga hacia el emisor (ICp)

Entre el colector y la base circula una corriente mínima por estar polarizada en inversa (ICn más una parte ínfima de ICp)

Por la base realmente circula una pequeña corriente del emisor, más otra de colector, más la corriente de recombinación de base (IEn+ICn+IBr)

A partir de lo anterior podemos obtener algunas ecuaciones básicas como son las siguientes:

IE + IB +IC= 0 (1) Esta ecuación viene impuesta por la propia estructura del circuito, es decir, el transistor es un nodo con tres entradas o salidas, por tanto la suma de las corrientes que entran o salen al mismo ha de ser cero. Cada una de las corrientes del transistor se puede poner en función de sus componentes de la siguiente forma:

IE = IEn + IEp

IC = ICn + ICp

IB = IEn + ICn + IBr

c) Parámetros α y β:

En un transistor bipolar uno de los aspectos más interesantes para su análisis y uso es el conocer las relaciones existentes entre sus tres corrientes (IE, IB e IC). En la ecuación 1 tenemos una primera relación. Otras relaciones se pueden obtener definiendo una serie de parámetros dependientes de la estructura del propio transistor. Definimos los parámetros α y β (de continua) como la relación existente entre la corriente de colector y la de emisor, o la de emisor y la de base, es decir:

α=ICIE

β=ICIB

(2)

Operando podemos relacionar ambos parámetros de la siguiente forma:

β=ICIB

=IC

IE−IC=

IC

IE(1−ICI E

)= α1−α


4


En general el parámetro α será muy próximo a la unidad (la corriente de emisor será similar a la de colector) y el parámetro β tendrá un valor elevado (normalmente > 100).

d) Regiones de Funcionamiento:

Corte Cuando el transistor se encuentra en corte no circula corriente por sus terminales. Concretamente, y a efectos de cálculo, decimos que el transistor se encuentra en corte cuando se cumple la condición: I E = 0 ó IE < 0 (Esta última condición indica que la corriente por el emisor lleva sentido contrario al que llevaría en funcionamiento normal). Para polarizar el transistor en corte basta con no polarizar en directa la unión base-emisor del mismo, es decir, basta con que VBE=0

Activa La región activa es la normal de funcionamiento del transistor. Existen corrientes en todos sus terminales y se cumple que la unión base-emisor se encuentra polarizada en directa y la colector-base en inversa.

En general, y a efectos de cálculo, se considera que se verifica lo siguiente:

V BE=V y IC=β . IBdonde Vγ es la tensión de conducción de la unión base-emisor (en general 0,6 voltios).

Saturación En la región de saturación se verifica que tanto la unión base-emisor como la base-colector se encuentran en directa. Se dejan de cumplir las relaciones de activa, y se verifica sólo lo siguiente:

V BE=V BE satV CE=V CE sat

Donde las tensiones base-emisor y colector-emisor de saturación suelen tener valores determinados (0,8 y 0,2 voltios habitualmente). Es de señalar especialmente que cuando el transistor se encuentra en saturación circula también corriente por sus tres terminales, pero ya no se cumple la relación: IC=β . IB


5


e) Curvas características:

Entendemos por curvas características de un transistor la representación gráfica de las relaciones entre sus corrientes y tensiones. Esta información es muy útil para el diseñador a la hora de elegir uno u otro transistor para un circuito, pues permite tanto observar todas las características del mismo, como realizar el diseño en sí. Las curvas características son representaciones gráficas de 3 variables. En los ejes X e Y se colocan dos de las variables, y se dibuja una curva para cada uno de los valores de la tercera variable. En el siguiente apartado se expondrá un ejemplo. En función de qué tres variables se elijan para representar una curva característica, y si se consideran curvas de entrada o salida, se pueden definir los siguientes tipos de gráficas en los transistores bipolares:

Curvas características en emisor común:

Como ejemplo se describen aquí las curvas características de salida en la configuración de emisor común por ser la más utilizada en la práctica.

Como se comentó en el apartado anterior, las curvas características son la representación de diversas variables (tensiones o corrientes) de un transistor bipolar en coordenadas cartesianas. En el caso concreto de curvas de salida en emisor común, las variables a representar son (véase tabla 1): IC, VCE e IB


6


En la figura vemos las curvas características indicadas. Se representa en el eje Y la corriente de colector (IC), en el eje X la tensión colector-emisor (VCE), y se dibuja una curva para cada uno de los valores de la corriente de base (IB) que se consideren, por ejemplo en la figura se toma el intervalo de 10 a 70 µA.

A partir de estas curvas es posible determinar el punto de trabajo del transistor, es decir, las tensiones y corrientes del mismo, una vez polarizado.

III. PRÁTICA EN EL LABORATORIO:

a) Implemente el siguiente circuito y encuentre el punto de operación:

Para 0,7 V:


7


Para 0,8 V:


8


Para 0.9 V:


9


Para 1 V:


10

.

.

.


Para 2,5 V:


11


Resultados de la implementación del circuito a):


12


b) Implemente el siguiente circuito y encuentre el punto de operación:

Para S/F:


13

VRB (v) VCE (v) IC (mA) IB (uA) VRB (v) VRC (v) VBE (v) B0,7 9,90 0,05 0,20 0,09 0,05 0,62 250,8 9,86 0,11 0,38 0,18 0,11 0,63 28,950,9 9,80 0,16 0,58 0,27 0,16 0,65 27,591 9,78 0,22 0,77 0,36 0,22 0,65 28,57

1,2 9,63 0,34 1,20 0,55 0,34 0,66 28,331,4 9,50 0,46 1,58 0,74 0,46 0,67 29,111,6 9,40 0,60 2,01 0,96 0,59 0,68 29,851,8 9,30 0,70 2,42 1,15 0,70 0,68 28,932 9,16 0,80 2,84 1,35 0,80 0,68 28,17

2,2 9,04 0,92 3,28 1,51 0,93 0,69 28,052,3 8,98 1,01 3,50 1,64 1,00 0,69 28,862,4 8,93 1,05 3,72 1,73 1,05 0,69 28,232,5 8,88 1,11 3,90 1,84 1,12 0,69 28,46


Para 0.7 V:


14


Para 0.8 V:


15


Para 0.9 V:


16


Para 1 V:


17

.

.

.


Para 2.5 V:


18


Resultados de la implementación del circuito b):

VBB (v) VCE (v) IC (mA) IE (mA) IB (uA) VR1 (v) VR2 (v) VRC (v) VRE (v) VX (v) BS/F 10,8 0,36 0,36 1,10 10,8 1,07 0,65 0,42 10,1 32,730,7 11,6 0,07 0,09 0,16 11,1 0,69 0,14 0,10 11,0 43,750,8 11,4 0,14 0,14 0,38 11,0 0,79 0,26 0,27 10,8 36,840,9 11,2 0,21 0,22 0,63 10,9 0,91 0,39 0,26 10,6 33,331 11,0 0,29 0,30 0,89 10,8 1,01 0,55 0,35 10,4 32,58

1,2 10,5 0,45 0,45 1,42 10,6 1,19 0,80 0,45 9,96 31,691,4 10,0 0,60 0,60 2,01 10,4 1,39 1,10 0,72 9,48 29,851,6 9,65 0,77 0,76 2,56 10,2 1,58 1,39 0,93 8,98 30,081,8 9,17 0,93 0,93 3,16 10,0 1,79 1,68 1,11 8,50 29,432 8,70 1,10 1,10 3,77 9,8 2,00 1,96 1,32 8,03 29,18

2,2 8,22 1,25 1,25 4,40 9,6 2,18 2,26 1,50 7,50 28,412,3 7,93 1,34 1,34 4,73 9,5 2,28 2,40 1,61 7,27 28,332,4 7,70 1,42 1,42 5,05 9,4 2,40 2,56 1,71 7,04 28,122,5 7,45 1,50 1,51 5,38 9,3 2,48 2,70 1,80 6,76 27,88

IV. INFORME OBLIGATORIO DETALLANDO AL MÁXIMO TODAS LAS OCURRENCIAS:

a) Explique el comportamiento del Transistor Bipolar en cada caso.

En ambos casos el transistor bipolar 549 NPN esta polarizado pues trabaja dentro de un circuito. Trabaja en zona de corte en los voltajes de 0,7 a 0,8 V; luego trabaja en zona activa en los voltajes 0,9 a 2,5 V, en estos casos no trabaja en zona de saturación pues el IB no llega a 100 y el VCE no llega a 0.

b) Explique la necesidad de usar cada Transistor Bipolar diferente en cada caso.

Porque analizando los valores de la tabla y el comportamiento del transistor bipolar nos damos cuenta que nunca llega a la zona de saturación y lo mejor sería usar un transistor diferente en cada caso.


19


c) Realice las operaciones de cada tabla en forma teórica.

β=ICIB;en teor í a el β es iguala100

V BB=V BE+ IB . RB ;en teoría elV BE es iguala0,7V

V CC=V CE+ IC .RCUsando estas 3 ecuaciones hallaremos los valores teóricos principales de la tabla:

TABLA 1

VBB (v) VCE (v) IC (mA) IB (uA)0,7 10 0 00,8 9.979 0.021 0.210,9 9.957 0.043 0.431 9.936 0.064 0.64

1,2 9.894 0.106 1.061,4 9.851 0.149 1.491,6 9.808 0.192 1.921,8 9.766 0.234 2.342 9.723 0.277 2.77

2,2 9.681 0.319 3.192,3 9.660 0.340 3.402,4 9.638 0.362 3.622,5 9.617 0.383 3.83

d) Margen de error entre el valor teórico y el valor práctico:

E%=V teorico−V practico

V teoricox100%

VBB (v) VCE (v) % IC (mA) % IB (uA) %0,7 1 0 00,8 1.19 47.62 80.950,9 1.57 62.79 34.881 1.87 65.63 9.38

1,2 2.67 67.92 13.21


20


1,4 3.56 69.13 6.041,6 4.16 68.75 4.691,8 4.77 70.09 2.992 5.79 71.12 2.53

2,2 6.62 71.16 2.822,3 7.04 70.29 2.942,4 7.35 70.99 2.762,5 7.66 71.02 1.83

V. CONCLUSIONES:

a) La curva característica de un transistor bipolar usualmente tiene 3 partes: zona de corte, zona activa y zona de saturación.

b) En el circuito 1, solo hay zona de corte y zona activa pero no se llega al punto de la zona de saturación.

c) En ambos circuitos el transistor bipolar se encuentra polarizado, pues el transistor siempre estará polarizado cuando trabaja en un circuito.


21

AMPLIFICADPRES DE UNA Y DOS ETAPAS

Documents

Transcript of AMPLIFICADPRES DE UNA Y DOS ETAPAS