Práctica 3– Grupo 02 – 03 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02.

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.

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.

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.

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:

Informe de la Práctica 3: El Transistor BJT

Como Amplificador - Pequeña Señal

Práctica 3– Grupo 02 – 03 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02.

Vpolarización Icolector Avemisor omún

14V 130mA 80

Tabla 1: valores Iniciales

El circuito a analizar inicialmente en Emisor común es:

Gráfica 2. Circuito en emisor común.

Realizando los cálculos teóricos de los valores en DC se

obtiene:

(1)

(2)

(3)

El punto Q estará definido entonces por [ 7V, 130mQ ].

Con el método directo tenemos entonces:

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

El análisis es igual en las configuraciones Emisor común y

Colector común.

Su análisis en AC es:

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

| | (16)

El circuito siguiente a analizar en Colector 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)

(18)

Despejando la ecuación 18 e igualando a la 17 tenemos:

(

) (

)

(

)

(

)

(19)

(20)

B. Simulación

Al momento de realizar la simulación de los circuitos

anteriores se encontró lo siguiente:

1. Emisor común:

Gráfica 4. Simulación emisor común

Práctica 3– Grupo 02 – 03 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02.

2. Colector común:

Gráfica 5. Simulación Colector común.

3. Conexión en cascada Emisor - Colector común:

Gráfica 6. Circuito cascada emisor – colector común.

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:

1. Emisor común:

Gráfica 8. Montaje Emisor común.

Aumentando la frecuencia tenemos:

A 1 KHz: la salida tiene una escala doble.

Gráfica 9. Emisor común a 1KHz.

A 5 KHz: la salida tiene una escala doble.

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.

A 160 KHz: la salida tiene una escala doble, de 120KHz a

160KHz se estabiliza la salida amplificada.

Gráfica 12. Emisor común a 160KHz.

A 3,8 MHz: la salida se disminuye nuevamente.

Gráfica 13. Emisor común a 3,8MHz.

2. Colector común:

Gráfica 14. Colector común.

El colector común se comporta como un seguidor.

IV. COMPARACIÓN DE RESULTADOS Y ANÁLISIS DE ERROR

Para el Emisor común:

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.

Si hacemos un análisis de Fourier de los circuitos antes

descritos encontramos:

Gráfica 15. Fourier para Emisor común.

Gráfica 16. Fourier para Colector común.

Práctica 3– Grupo 02 – 03 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02.

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).

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.

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.

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] Motorola. 2N2222 Datasheet, Transistor.

URL: http://alltransistors.com/es/transistor.php?transistor=1773 [2] El transistor Bipolar.

URL: http://jarriako.es/Temas_ec/Eca_08a.htm

[3] El transistor bipolar com amplificador. URL http://www.iuma.ulpgc.es/~roberto/asignaturas/EI/transparencias/EI_no

ciones_basicas_transistores.pdf [4] 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=es-

419&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.