informe 3 legal

5/17/2018 Informe 3 Legal - slidepdf.com

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Universidad del Bio-BioFacultad de IngenieríaDpto. de Ing. Eléctrica y Electrónica.

Informe 3 ‘Circuitos con Transistoresbipolares’

Integrantes: Pablo Anriquez Jara

Erick Pérez

Profesor: Cristian Molina



Resumen:

En esta experiencia en su primera parte, se pide armar un circuito con un

transistor 2N2222, con el fin de Polarizar el transistor y llevarlo a la condición de

saturación. Posteriormente, se le inserta un switch al circuito y se utiliza paraverificar los estados de corte y saturación. Finalmente, con el generador de

funciones, se le aplica a la base del transistor una señal cuadrada y nuevamente

se verifican los estados de corte y saturación.

En parte dos, se arma un circuito de polarización bajo la topología de un divisor

de tensión en el circuito de la base, Posteriormente se miden los puntos ‘Q’ y se

comprueba que este optimizado el cto.

En la parte tres, en la base del transistor se le aplican una señal de entrada del

rango de los mV, se aumenta hasta alcanzar una máxima señal de salida sin

distorsión, se mide la señal de entrada y salida y se calcula AV

En la parte cuatro, se le agrega al emisor una resistencia sin by-pass, se

aumenta hasta alcanzar una máxima señal de salida sin distorsión, se mide la

señal de entrada y salida y se calcula AV



Objetivos:

• Diseñar y ensayar circuitos de polarización para operar en conmutación yen zona activa.

• Diseñar y ensayar circuitos amplificadores en régimen de señalespequeñas, medir sus parámetros de operación en frecuencias medias.

Base Teórica:

Para esta experiencia solo se necesita tener bien claro las leyes Kirchhoff, la ley

de ohm y tener claro cómo funciona el circuito



Conocimientos Previos:

1. ESPECIFICAR LOS PRINCIPALES PARÀMETROS TÉCNICOS DE LOS

TRANSISTORES SERIE: 2N2222

Características: High current (max 800 mA)

Low Voltage (max 40V)

Vce= 30v.

Aplicación: - Lineales de amplificación y conmutación.

-El 2N2222, también identificado como PN2222, es un transistorbipolar NPN de baja potencia de uso general.

Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puedeamplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólopuede tratar potencias bajas (no mayores de medio vatio). Puede trabajar afrecuencias medianamente altas.

Por todas esas razones, es un transistor de uso general, frecuentementeutilizados en aplicaciones de radio por los constructores aficionados de radios. Esuno de los transistores oficiales utilizados en el BITX. Su versatilidad ha

permitido incluso al club de radioaficionados Norcal lanzar en 1999 un desafío deconstruir un transceptor de radio utilizando únicamente hasta 22 ejemplares deeste transistor - y ningún circuito integrado.

-El 2N2222 es fabricado en diferentes formatos, los más comunesson los TO-92, TO-18, SOT-23, y SOT-223.

PIN 1: Emisor

PIN 2: Base

PIN 3: Colector

http://es.wikipedia.org/wiki/BITX

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Norcal&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Transceptor

http://es.wikipedia.org/wiki/BITX

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Norcal&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Transceptor



2. DISEÑE CIRCUITOS QUE OPEREN EN LOS ESTADOS DE CORTE Y SATURACIÓN, COMO ESTADO INICIAL. IMPLEMENTE 2 FORMAS DECONMUTAR ESTOS CIRCUITOS.

Con el switch abierto toda la corriente que circula por R2, también lo hace

a través de la base del transistor. En caso contrario cuando el switch está

cerrado, toda la corriente pasa directo a tierra, siendo la corriente de base igual

a cero. Al no haber corriente de colector en teoría, por lo tanto la tensión de Vceserá igual a Vcc.

Con el switch abierto, la corriente de colector es máxima y el Vce es

mínimo pero no cero.



Un segundo método para conmutar de estado de saturación al estado de

corte, es agregar una señal TTL en la base del transistor para que cuando la

señal de entrada sea “1” lógico, la señal se mantenga en saturación y cuando la

entrada sea ”0” lógico la señal de salida haya cambiado al estado de corte.



En este circuito veremos la señal de entrada, que es la señal que veremos en la

base del transistor, y la señal de salida que es la tensión Vce.

3. DISEÑE UN CIRCUITO DE POLARIZACIÓN QUE OPERE EN LA ZONAMEDIA DE LAS CARACTERÍSTICAS V/A DE COLECTOR. ESPECIFIQUELOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD DEL PUNTO DEPOLARIZACIÓN DEL CIRCUITO PROPUESTO.

Re no puede ser muy grande (generalmente menor que 1K Ω). La gananciade tensión y de corriente del amplificador, se reduce considerablemente. Puede

bajar hasta un 10%.

Re no puede ser muy grande (generalmente menor que 1K Ω). La

ganancia de tensión y de corriente del amplificador, se reduce

considerablemente. Puede bajar hasta un 10%. Las resistencias de base

r1 y r2 ya que de estas depende IB la cual es la corriente de entrada al



transistor y determina la corriente de salida como IC= B *IB, La

resistencia RC y Re determinan la corriente máxima del circuito la cual

está dada porRe

MAX

Vcc Ic

Rc=

+

El Voltaje VCEq es otro parámetro a considerar en la estabilidad del

circuito, el cual es el voltaje entre colector y emisor el cual determinan elmáximo voltaje en la base que podría aplicarse sin distorsión.

4. DISEÑE UN CIRCUITO AMPLIFICADOR DISPUESTO EN E.C. QUECUMPLA CON LAS SIGUIENTES CONDICIONES:-Vcc= 12V, Zin> 1.5K Ω, Ro= 2.2K Ω, Av> 50.

Circuito equivalente en alterna:



225 10hie

Icqβ −

× ×= :

Av: * *Vo ib Vo ib

Vi ib ib Vi=

A la salida tenemos:Vo

ib= -hfe x (Rc//Rl); Ze= (hfe+1)Re

Me doy el Rc por el criterio de máxima transferencia de potencia (Rc=Rl),

como Ro=2,2K Ω, puedo asumir Rc=2,2K Ω

A la entrada tenemos:ib

Vi=

1

hie Ze+→ Av=

( / / )hfe Rc RL

hie Ze

×−

+

-50=3

160 1.1

25 10160 161 Re

CQ

K

I

−

− × Ω

×× + ×

(1)

Usando criterio de máxima excursión: CQ I = Vcc Rcc Rac+

CQ I =Re Re ( / / )

Vcc

Rc Rc RL+ + +=

12

2.2 2 Re (2.2 / /2.2 ) K K K + + (2)

Ahora si despejamos Re de (1) y de (2)



-50=3

160 1.1

25 10160 161 Re

12

2.2 2 Re (2.2 / /2.2 )

K

K K K

−

− × Ω

×× + ×

+ +

Re= 14.97 Ω

Reemplazando Re, en la ecuación de CQ I Tenemos:

123, 6

2.2 2*(14,97) (2.2 / /2.2 )CQ CQ I I mA

K K K = ⇒ =

+ +

Reemplazando CQ I , en la ecuación de hie Tenemos:

hie=325 10

160

3.6mA

−×

× = 1.1K Ω

Despejando Rb, de la ecuación siguiente Tenemos:

Zi= Rb//hie+Ze

1.5kΩ=Rb//1.1K + (160+1)x 14.97

Rb=2.62K Ω

Vbb=

1

1 R 2

R Vcc

R

×

+ X

2

2

R

R =Rb x 2

Vcc

R R2=→

Rb Vcc

Vbb

×

(3)

-Vbb + Ibq x Rb + Vbeq + Re x Icq= 0

Despejando Vbb= 812mV

De (3) obtengo R2=2, 62 *12

2 39,46812

Rb Vcc K R K

Vbb mV

× Ω= ⇒ = Ω

R1 x Vbb + R2 x Vbb = R1 x Vcc

R1=

2 39, 46 *812

1 3,919 812

R Vbb K mV

R K Vcc Vbb mV

× Ω

= ⇒ = Ω− −

∴ El diseño de nuestro circuito quedaría con:

Rc= 2,2K Ω; Rl= 2,2K Ω; RE= 14,97Ω; R1= 3,91K Ω; R2=39,46K Ω



Experiencia, Resultados y análisis:

Punto 1: CIRCUITO DE POLARIZACIÓN EN SATURACIÓN.

1.1.- Arme en la placa de ensayo el circuito que permita polarizar en estado de saturación empleando un transistor 2N2222.



1.2.- Mida los parámetros que permitan verificar la condición desaturación.

Para verificar si el circuito propuesto se encuentra en saturación haremos

los siguientes cálculos.

Considerando que:

Ic = Ib*β, Vbe= 0.7V, β=160

99

1

CC

CQC

V V I mA

R K = = =

Ω

( * ) 9 (1 *9 ) 0CEQ CC C CQV V R I K mA V = − = − Ω =



1.3.- Aplique los procedimientos adecuados para conmutar el circuito.

-insertando un switch al circuito.

Con el switch ‘cerrado’ la corriente de la base será de 0 A y por lo

tanto el transistor estará en ‘corte’ y todo el voltaje de la fuente caerá en

la juntura de CEQV



Con el switch ‘abierto’ la corriente de la base, entrara a la base del

transistor polarizando la juntura BEQV permitiendo la corriente de colector que

está determinada por:9

91

CC MAX

V IC mA

RC K = = =

Ω, el Voltaje de la juntura CEQV

tiende a cero Volts.

-aplicando una señal de onda cuadrada tipo TTL.Se reemplazó el swich del dibujo por una señal cuadrada generada por el

generador de funciones. Este último fue ajustado a una frecuencia de aprox 5

Khz y un valor peak de 3 V con un valor medio de 1.5 V. La figura muestra locomo siguió el circuito:



En el dibujo se muestra la conexión del osciloscopio. Este mostró la siguiente

señal de entrada y salida:

*Nota: Se aplicó un corrimiento en el osciloscopio para que las señales se pudieran apreciar mejor

*Nota: Las señales están a diferente escala.

De esta forma se puede concluir que la señal de entrada en la base es de 0

hasta 0,7 V aproximadamente, mientras que el voltaje entre el colector y el

emisor es de de 5 a 0 V. También, se aprecia claramente el desfase de 180°

entre las señales de entrada y de salida.

Punto 2.- CIRCUITO DE POLARIZACIÓN EN REGIÓN ACTIVA.

2.1.- Arme en la placa de ensayo un circuito de polarización bajo

la topología de divisor de tensión en el circuito de base, según el

diseño preliminar.



Ocupando el criterio de estabilidad de B, se encuentra Rb, de la siguiente forma:

0,1( 1) 0,1(160 1) * 400 6, 44 RB RE RB RB K β = + ⇒ = + ⇒ = Ω

* * 0 BB CQ BEQ CQ

RBV I V RE I

β − + + + =

3

2 11

1 2 1 1

12 2

( )

6,440,7 3,89 10 ( 400)

160

2,41

* 9* * * 6,44 * 1 24

2,41

* 24 * 2, 418,7

9 2,41

BB BEQ CQ

BB

BB

CC CC CC BB

BB

BB

CC BB

RBV V I RE

K V x

V V

R V V V RV RB R RB K R K

R R R R V

R V K R R K

V V

β

−

= + +

= + +

=

= = ⇒ = = ⇒ = Ω+

Ω= = ⇒ = Ω

− −

Se determina que R1=24K Ω y R2=8,7K Ω

2.2.- Mida los parámetros del punto de trabajo estático (punto Q)

Cto BE:



* * 0

2, 41 0, 73,89

6,4400

160

BB CQ BEQ CQ

BB BEQ

CQ CQ

RBV I V RE I

V V V V I I mA

RB K RE

β

β

− + + + =

− −= = ⇒ =

Ω+ + Ω

Cto CE:

3

* * 0

( ) 9 3,89 10 (1 400)

3,55

CC CQ CEQ CQ

CEQ CC CQ

CEQ

V RC I V RE I

V V I RC RE x K

V V

−

− + + + =

= − + = − Ω +

=

A pesar de que no nos dio el valor exacto, el resultado que marco el multitester

está muy aproximado al valor esperado

2.3.- Verifique la posición del punto Q, de tal manera que se

ubique en la zona media de las características, levemente

desviado hacia la saturación.



Análisis en ac:

Re 0,5

1( )

ReCQ CEQ

q K

iC I Vce V q

= Ω

− = −−

3

0

3,554| 3,89 10

Re 0,510,99

CE

CEQ

MAX V MAX CQ

MAX

V V iC iC I x

q K iC mA

−

=⇒ = + = +

Ω

=

0| * Re 3,89 * 0, 5 3, 55

5,49

MAX iC MAX CQ CEQ

MAX

vCE vCE I q V mA K

vCE V

=⇒ = + = Ω +

=

Punto 3: ENSAYO DE UN AMPLIFICADOR EN EMISORCOMÚN.



3.1- Empleando el circuito de polarización del punto anterior,

implemente un amplificador en E.C. que cumpla las condiciones

de diseño especificadas en el estudio preliminar

Puntos Q: Icq= 3.89mA, Vceq= 2.368v

3 3

3

25 10 25 10* 160*

3,89 10

1

CQ

x xhie

I x

hie K

β − −

−= =

= Ω

* *Vl ib Vl ib AvVi ib ib Vi

= =

( / / )

1

VL Rc Rl hfe

ib

ib

Vi hie

= −

=

( / / ) * 1 / /1*160

1

80

Rc Rl hfe K K Av

hie K

Av

−= =

= −

3.2- Aplique una señal sinusoidal a la entrada del amplificador

con una frecuencia de kHz, varíe el nivel de voltaje, en el rango



de los milivolts, hasta lograr una señal de salida máxima sin

distorsión de amplitud

Para determinar la máxima señal de entrada sin distorsión o recorte a la salida,

lo que se izó fue aumentar paulatinamente la señal de entrada hasta apreciar

una distorsión a la salida y en ese momento se procede a medir la entrada, locual se mostrara a continuación:

Fig A

FigB

Como se aprecia en los controles del osciloscopio, justo antes de que se recorte

la onda se midio la señal de entrada la cual se determinó de la siguiente manera:

( ) ( / )1, 2 * 0, 2 240divisiones p p Volts DivVi V mV

−= =

∴ La máxima señal a la entrada del transistor es 240mV

3.3- Mida los niveles de señal de

entrada y salida con el fin de

determinar AV



Fig A

Fig B

Fig C

En la figura A, se aprecia las conexiones, en la figura B, se muestran, la señal deentrada y la señal de salida, la señal de entrada está a una escala de 50mV P-Pen el Volts/div del osciloscopio y la señal de salida se encuentra a una escala de2Volt/Div p-p, como se aprecia en la fig C. Por lo tanto como sabemos el Vol/div ypodemos contar la cantidad de divisiones, podemos calcular el voltaje de ambasseñales y calcular experimentalmente la ganancia de tención, lo cual está dado:

( ) ( / )

( ) ( / )

. . :

2, 4 *50 65

. . :

2, 6 * 2 5, 2

. . :

5,280

65

divisiones p p Volts div p p

divisiones p p Volts div p p

p p

p p

Señal de Entrada

Vi mV mV

Señal de Salida

Vo V V

Ganancia de Tención

V Vl Av Av

Vi mV

− −

− −

−

−

= =

= =

= − = − ⇒ = −

*el signo menos de Av, se debe a que la señal de salida está desfasada de la señal de entrada, lo cual se

aprecia en la Fig B



Punto 4: ENSAYO DE UN AMPLIFICADOR EN EMISOR COMÚNMODIFICADO

4.1 Arme en la placa de ensayos el circuito en E.C.

modificado, insertando un resistor sin by-pass en la red

de emisor. Esta modificación introduce unarealimentación negativa al circuito anterior, modificando

sus parámetros dinámicos.



4.2 Compruebe la posición del punto Q, previo al trabajo

dinámico.

1* 2 24 *8, 76,381 2 24 8, 7

9 * 8, 72,39

24 8, 7

R R K K RB RB K R R K K

V K VBB VBB V

K K

Ω Ω

= = ⇒ = Ω+ Ω + Ω

Ω= ⇒ =

Ω + Ω

Por lo tanto:

Rb= 6.38K Ω

Vbb= 2.39v

En c.c

3

. :

* * 0

2,39 0,72,41

6,38660

160

. :

* * 0

( ) 9 2,41 10 (1 660 )

5

CQ BEQ CQ

BEQ

CQ CQ

CQ CEQ CQ

CEQ CQ

CEQ

CtoCB

RBVBB I V RE I

VBB V I I mA

RB K RE

CtoCE

VCC RC I V RE I

V VCC I RC RE x K

V V

β

β

−

− + + + =

− −= = ⇒ =

Ω+ +

− + + + =

= − + = − Ω + Ω

=

Puntos Q: Icq=2.41mA, Vceq= 5v



3.3- Aplique una señal sinusoidal a la entrada del amplificador

con una frecuencia de kHz, varíe el nivel de voltaje, en el rango

de los milivolts, hasta lograr una señal de salida máxima sin

distorsión de amplitud

Fig 1

Fig2

En la fig 1 se muestra la señal de entrada abajo y arriba la señal de salida, en la

fig 2 se muestra los controles del osciloscopio, la señal de entrada está a una

escala de 1 Volts/div P-P. La señal de salita también está a una escala de 1

Vots/div P-P

( ) / ( )1, 6 *1diviciones Volts div p pVi Vi−

= ⇒



3.4- Mida los niveles de señal de entrada y salida con el fin de

determinar AV

260Ω2

25 10hie Icqβ

−

× ×= =1.66kΩ

Av=Vl

ibx

ib

Vi

Vl

ib=hfe(Rc//RL)= 80x 3

10

Ze=(hfe+1)x260=41860Ω

ib

Vi

=1

hie Ze+

= 22.98x 610−

Av= -80x 310 x22.98x 610− = -1.83



Fig AFig B

En la figura A, se muestra la señal de entrada y la señal de salida, la señal deentrada está a una escala de 0, 1V P-P en el Volts/div del osciloscopio y la señalde salida se encuentra a una escala de 0,1Volt/Div p-p, como se aprecia en la figA. Por lo tanto como sabemos el Vol/div y podemos contar la cantidad dedivisiones, podemos calcular el voltaje de ambas señales y calcularexperimentalmente la ganancia de tención, lo cual está dado:

( . . ) ( / )

( . . ) ( / )

2, 2 * 0,1 220

1, 2 * 0,1 120

2201,83

120

divisiones del osciloscopio Volts div p p

divisiones del osciloscopio Volts div p p

Vl Vi mV

Vi Vl mV

Vl mV Av Av

Vi mV

−

−

= ⇒ =

= ⇒ =

= − = − ⇒ = −

*el signo menos de Av, se debe a que la señal de salida está desfasada de la

señal de entrada, lo cual se aprecia en la Fig B



Conclusiones:

• Se puede apreciar claramente en principio que eltransistor puede funcionar perfectamente como swich,donde básicamente tiene solo 2 estados: corte y saturación.Este principio utilizado en los sistemas digitales y en lasfamosas fuentes swich, donde 1 o 2 transistores sonutilizados para entregar o cortar el paso de corriente a untransformador dando origen a fuentes de poder muyeficientes. Cuando el transistor conduce su voltaje Vce esmuy bajo (próximo a 0), disipando muy poca potencia.

Cuando corta, la corriente que circula por él es nula y nodisipa energía. En teoría, como estos 2 estados son losúnicos que tiene, no disiparía energía en forma de calor. Enla práctica vemos que no es así, pues el tiempo que demoraen cambiar de estado de corte al de saturación y elpequeño pero no despreciable Vce que aumenta cuandoconduce grandes corrientes lo obligan a disiparla. Aun así,esta potencia disipada es muy pequeña.

• Las señales obtenidas con el osciloscopio demostrabanla teoría. La gran amplificación de la señal tuvo un desfase

de 180º de la salida respecto de la entrada.

• El análisis teórico de estos circuitos llama a separar elanálisis estático del dinámico. Esto quedó demostrado yaque aunque las rectas de operación obtenidas (nograficadas) eran distintas, el punto de operación estáticofue el mismo que el punto de operación dinámico.

• Este amplificador tuvo una gran ganancia cuando se lecoloca un condensador en el emisor (un bypass). Fuecomplejo el cálculo para inyectar una corriente losuficientemente pequeña tal que la salida no sufrieradistorsiones. La ganancia que se obtuvo con esteamplificador fue superior a los 100, lo cual demuestra quelos amplificadores no podrían existir si no fuera por lostransistores (o almenos sus antiguos equivalentes, que sonlas válvulas al vacio, tríodos, pentodos, etc.).



• Es extremadamente grande la diferencia de gananciaque se tiene al agregarle una resistencia a la salida delemisor del transistor. Cuando se le conecta unarealimentación, la ganancia baja mucho (En la experiencia,de más de 200 hasta apenas 19). A su vez, hay que destacar

lo mucho que se incrementó la impedancia de entrada (De1.5 K hasta 20 K ), lo cual es de suma importancia deΩ Ω acuerdo al circuito que se esté utilizando.

Bibliografía:

Boylestad, ‘electronica: Teoría de circuitos’

Malvino, ‘Principios de Electronica’

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