configuraciones del transistor 2
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LABORATORIO DE ELECTRONICA II
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Resumen— En este laboratorio se diseña y realiza un
amplificador en emisor común y colector común, para tomar
las medidas de ganancia de voltaje, ancho de banda, y así
analizarlos y compararlos.
Índice de Términos—Ganancia, Punto de trabajo, Recta de
carga.
I. INTRODUCCIÓN
L análisis de un amplificador tiene como fin determinar
su modelos en parámetros híbridos, para lo cual es
necesario determinar sus impedancias de entrada y de
salida y sus ganancias de voltaje y corriente. Para esto, se
parte del circuito equivalente en ac y luego se sustituye el
transistor por su equivalente en alguno de los modelos en
parámetros H o en modelo rπ.
II. PROCEDIMIENTO
Configuración en emisor común y polarización por divisor
de voltaje
Se pide diseñar un amplificador clase A con configuración de
emisor común (ver Figura 1_(a)), con un transistor 2N3904, de
tal forma que opere con un punto de trabajo Q = 0.6 en DC y
una resistencia de carga RL = 8 KΩ, obteniendo
experimentalmente los valores de la ganancias de voltaje y
corriente, impedancias de entrada y de carga, y ancho de
banda, para luego compararlos con valores obtenidos
teóricamente.
Configuración en colector común y polarización por divisor
de voltaje
Se pide diseñar un amplificador clase A con configuración de
colector común (ver Figura 1_ (b)), con un transistor 2N3904,
de tal forma que opere con un punto de trabajo Q = 0.6 en DC
y una resistencia de carga RL = 8 KΩ, obteniendo
experimentalmente los valores de la ganancias de voltaje y
corriente, impedancias de entrada y de carga, y ancho de
banda, para luego compararlos con valores obtenidos
teóricamente.
Universidad Tecnológica de Colombia.
Escuela de Ingeniería Electrónica. Seccional Sogamoso.
Además se va a implementar y analizar un circuito
configurado en emisor común para determinar los parámetros
solicitados anteriormente.
Figura 1_(a) amplificador clase A configurado en emisor común.
Figura 1_ (b) amplificador clase A configurado en colector común.
III. MATERIALES
Multímetro
Protoboard
Resistencias
Transistor 2N3904
Fuente DC
Osciloscopio
Generador de Señales
Capacitores de 10uF Y 100uF
IV. ANÁLISIS Y RESULTADOS
Para la configuración emisor común y polarización por divisor
de voltaje se desea diseñar un amplificador clase A como el de
la figura 1 _(a) para un . Para este diseño se
tuvieron en cuenta los siguientes parámetros:
Configuraciones del Transistor BJT
(Junio 01 de 2011)
Andrés Leonardo Araque, Oscar Felipe Pérez, Luis Alfonso Patarroyo
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Se escogió un transistor bipolar de referencia con
, el punto de trabajo, la resistencia de carga y el
valor de la fuente de alimentación , teniendo así los
siguientes valores , , .
Con estos valores obtenemos el , para calcular
, podemos tomar el parámetro de diseño: en
nuestro caso se toma . A partir de esto se
establecen los valores de los demás elementos:
Realizando el análisis del circuito mostrado en la figura 2
Figura 2: circuito para análisis en configurado en emisor común
, donde se toma . De la figura anterior se
obtiene que , aplicando otro parámetro de
diseño se tiene:
, donde hace referencia a la
resistencia base, la cual es la resistencia de Thevinin vista
desde , hallando de este modo , de igual
manera se calcula el voltaje de Thevinin en visto desde , el
cual se denomina y este se obtiene de la siguiente
manera.
[
] , partiendo de ahí se puede calcular
el valor de las siguientes resistencias.
y
, teniendo como resultado los
siguientes valores: , y
Se realiza ahora el análisis del circuito mostrado en la
figura 3.
Figura 3: circuito para análisis en configurado en emisor común
Para este análisis se determinan los parámetros híbridos que
rigen el funcionamiento del transistor, estos fueron hallados
mediante simulación.
, , , .
, donde , utilizando el método de
los parámetros aproximados, se debe cumplir que: y , en vista que esto se cumple se asume
que:
Por último se calcula el de la siguiente manera:
. Donde por
lo cual: .
Implementando el circuito de la figura 4, se obtienen los
siguientes valores: que es un valor
relativamente cercano. Con el simulador se obtuvo la figura 5.
Figura 4. Diseño del amplificador configurado en emisor común con Q = 0.6
Figura 5: volteje en el colector, en la base y en la carga
Señal azul voltaje en el colector
Señal amarrilla voltaje en la carga
Señal roja voltaje en la base
Time
0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 350us 400us
-10V
0V
10V
20V
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Para la configuración colector común y polarización por
divisor de voltaje se desea diseñar un amplificador clase A
como el de la figura 1 _ (b) para un . Para este
diseño se tuvieron en cuenta los siguientes parámetros:
Se toman un transistor bipolar de referencia con
, el punto de trabajo, la resistencia de carga y el
valor de la fuente de alimentación , teniendo así los
siguientes valores , , .
Con estos valores obtenemos el , para calcular
, podemos tomar el parámetro de diseño: en
nuestro caso se toma . A partir de esto se
establecen los valores de los demás elementos:
Realizando el análisis del circuito mostrado en la figura 6
Figura 6: circuito para análisis en configurado en colector común
De la figura anterior se tiene: , aplicando otro
parámetro de diseño:
, donde hace referencia a la
resistencia base, la cual es la resistencia de Thevinin vista
desde , de este modo , de igual manera se halla
el voltaje de thevinin en visto desde , el cual se denomina
y este está dado por:
[
] , partiendo de ahí se puede
encontrar las siguientes resistencias.
y
, teniendo como resultado los
siguientes valores: , , se toma este
valor debido a que es fácil de formar con resistencias en
paralelo de y
Realizando el análisis del circuito mostrado en la figura 7,
se tiene:
Figura 7: circuito para análisis en configurado en colector común
Para este análisis se determinan los parámetros híbridos que
rigen el funcionamiento del transistor, estos son hallados
mediante la hoja de especificaciones.
, , , .
Pasando estos parámetros a configuración de colector común
tenemos que:
( )
.
, donde , utilizando el método de
los parámetros simplificados se puede asumir que: y
obteniendo así que y .
| |
Por último se calcula el de la siguiente manera:
. Donde por lo
cual tenemos que .
Implementando el circuito de la figura 8, se tiene:
y se ve que es un valor cercano al calculado teóricamente.
Figura 8. Diseño del amplificador configurado en colector común con Q = 0.5
Ahora, se simula e implementa el circuito de la figura 9.
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Figura 9: circuito configurado en emisor común
Se realizar el análisis a partir del circuito de la figura 10.
Figura 10: circuito para análisis en configurado en emisor común
Se tiene un transistor bipolar de referencia con
, la resistencia de carga y el valor de la fuente de
alimentación , teniendo así los siguientes valores, , .
, donde hace referencia a la resistencia
base, la cual es la resistencia de Thevinin vista desde ,
igualmente se halla el voltaje de Thevinin en visto desde ,
el cual se denomina , donde . Luego se
obtiene la Como se obtiene
.
Con estos valores se halla el , aplicando otro
parámetro se tiene . De ese modo:
. Donde
Con lo cual . De lo cual se puede concluir que
está cercano al punto de trabajo .
A continuación se presentan las tablas con los respectivos
valores teóricos y experimentales para los dos primeros
amplificadores.
Tabla 01.Datos amplificador configurado en Emisor Común
Tabla 02.Datos amplificador configurado en Colector Común
V. CONCLUSIONES
El amplificador en configuración de colector común
posee alta impedancia de entrada y baja impedancia
de salida, además de una alta ganancia de corriente,
que lo hace útil como acoplador de impedancias.
La configuración en Emisor Común es la más
adecuada para producir una ganancia requerida en un
amplificador.
VI. PREGUNTAS
¿Cuándo se presenta distorsión no lineal en un amplificador?
Existe distorsión no lineal cuando en un circuito intervienen
diferentes variables externas causadas por variaciones de
temperatura en el ambiente o en el dispositivo, frecuencias no
deseadas a causa de los armónicos en la red.
¿Por qué se anula la fuente de voltaje DC, para hacer el
análisis en AC?
Generalmente los puntos de operación en AC como en DC son
diferentes, ya que su análisis sería muy tedioso tomando
ambas consideraciones por lo que se opta por hallar una
equivalencia y un comportamiento similar.
¿Qué diferencias se encontraron entre el circuito de la figura 1
y la figura 3?
ParámetroValor
ExperimentalValor Teórico Error (%)
vin (mV) 20,000 20,000 0,000
vout (mV) 357,000 376,000 5,053
Av -17,850 -18,800 5,053
Ai 120,000 125,000 4,000
Zin (KΩ) 1,270 1,393 8,830
ZL (Ω) 620,000 628,000 1,274
Ancho de Banda (KHz) 230,000 250,000 8,000
Amplificador Clase A en Emisor Común
ParámetroValor
Experimental
Valor
TeóricoError (%)
vin (mV) 46,800 46,800 0,000
vout (mV) 44,460 46,613 4,618
Av 0,950 0,996 4,618
Ai 149,000 156,000 4,487
Zin (KΩ) 27,500 26,550 3,578
ZL (Ω) 1,500 1,476 1,626
Ancho de Banda (KHz) 235,000 250,000 6
Amplificador Clase A en Colector Común
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La figura 1 muestra una fuente en DC configurado en emisor
común haciendo trabajar al transistor en la región lineal
mientras la figura 3 posee la misma configuración pero su
fuente en DC tiene en común la referencia en AC exigiendo al
transistor una mayor estabilidad
¿En el amplificador en configuración colector común, cual es
el desfase entre el voltaje de entrada y salida?
E l desfase entre el voltaje de entrada y de salida es mínimo ya
que una sola referencia implica que el circuito este
estabilizado a una frecuencia igual.
¿En el amplificador de configuración emisor común, cual es
el desfase entre el voltaje de entrada y salida?
El desfase entre el voltaje de entrada y de salida varia ya que
relaciona la corriente de salida con el voltaje de salida (Vce)
para varios niveles de corriente de entrada (IB).
REFERENCIAS
[1] ELECTRÓNICA ANÁLOGA. Volumen 2. Humberto Gutiérrez. [2] TEORIA DE CIRCUITOS. Robert L. Boylestad.
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ANEXOS
Imagen 1: Señales de entrada y salida en el amplificador configurado en emisor común (Ver Figura 4)
Imagen 2: Señales de entrada y de salida para el amplificador configurado en colector común (Ver Figura 8)
Imagen 3: Señales de entrada y de salida para el amplificador configurado en emisor común (Ver Figura 9):
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