Manualde pr ct i cas de l abor at or i o Di sposi t i vos El ect r ni cos I c/ l ab Departamento de Ingeniera Elctrica y Electrnica Actualizacin del manual paraplan 2002 Ci udad,Sonor a;Di ci embr e de 2010 ITSON Instituto Tecnolgico de Sonora 5 de Febrero 818 Sur. C.P. 85000 Ciudad Obregn, Sonora, Mxico. Manual de laboratorioDispositivos electrnicos I c/lab Este ejemplar es una actualizacin del manual registrado en septiembre de 2006. Autores versin 2006. M.C. Javier Prez Ramrez Dr. Jos Antonio Beristin Jimnez Ing. Jos Juan Sols Granados Las modificaciones e integracin de nuevas prcticas desarrolladas son avaladas por la academia de dispositivos electrnicos. Responsable de la academia: Gonzlez D. C. Griselda. Miembros de la academia: Beristin J. Jos A., Garca G. Silvia L., Garca S. Fernando J. NDICE Prctica1.Utilizacindelequipobsicodemedicinparaellaboratoriodedispositivos electrnicos I .. 1 Prctica 2. Rectificacin y filtrado capacitivo 9Prctica 3. Zener: Regulacin de voltaje ......... 15Prctica 4. Circuitos con diodos . 19Prctica 5. Caractersticas del diodo semiconductor ......... 23Prctica 6. Curvas caractersticas del transistor bipolar en configuracin emisor comn 27Prctica 7. Polarizacin de transistores de unin bipolar .. 32Prctica8.Medidasdebondaddeamplificadorescontransistoresdeuninbipolara frecuencias medias .................................................................................................................. 38Prctica 9. Diseo de amplificador emisor comn ......... 44Prctica 10. Diseo de amplificador colector comn ......... 50Prctica 11. Curvas caractersticas del transistor de efecto de campo (FET) 55Prctica12.Polarizacinycomportamientoenpequeasealdeamplificadorescon transistor de efecto de campo (FET) . 59Prctica 13. Diseo del amplificador fuente comn ... 65 iiiPRLOGOElmanualdelaboratoriodedispositivoselectrnicosItienecomoprincipalobjetivo reforzar los conocimientos en la materia de Dispositivos Electrnicos I, del plan de estudios 2002, del programa de Ingeniera Electrnica. En ste se presentan prcticas demostrativas enlascualeselestudiantevaconociendodemanerafsicalosdispositivosvistosenclase deteoraademsdeirreconociendolosrangosdevoltajeycorrienteenquedichos dispositivos operan.Elmanualqueacontinuacinsepresentaesunaactualizacindelmanualliberadoen septiembrede2006,elcualfueactualizadoconelfindeadecuarsealasnecesidadesde cambio de la materia, as como para integrar tambin prcticas de diseo de amplificadores de una etapa a frecuencias medias con transistores de unin bipolar y transistores de efecto de campo.Latabla1plasmaelcontenidodeestemanualyestipulaenqusemanadelsemestrese deber realizar cada una de las prcticas contenidas en el mismo, as tambin se puede ver que son cuatro las prcticas asignadas al manejo del diodo, cinco al manejo del transistor de unin bipolar (BJT) y tres para el transistor de efecto de campo (FET). Tabla 1. Asignacin de tiempos para prcticas del manual de laboratorio de dispositivos electrnicos I. SemanaPrcticas 1 Prctica 1.Utilizacin del equipo bsico de medicin para el laboratorio de dispositivos electrnicos I 2 Prctica 1.Utilizacin del equipo bsico de medicin para el laboratorio de dispositivos electrnicos I 3 Prctica 2. Rectificacin y filtrado capacitivo 4 Prctica 3. Zener: Regulacin de voltaje 5 Prctica 4. Circuitos con diodos 6 Prctica 5. Caractersticas del diodo semiconductor 7 Prctica 6. Curvas caractersticas del transistor bipolar en configuracin emisor comn 8 Prctica 7. Polarizacin de transistores de unin bipolar 9 Prctica 8. Medidas de bondad con amplificadores de unin bipolar a frecuencias medias 10 Prctica 8. Medidas de bondad con amplificadores de unin bipolar a frecuencias medias 11 Prctica 9. Diseo de amplificador emisor comn 12 Prctica 10. Diseo de amplificador colector comn 13 Prctica 11. Curvas caractersticas del transistor de efecto de campo (FET) 14 Prctica 12. Polarizacin y comportamiento en pequea seal de amplificadores con transistor de efecto de campo (FET) 15 Prctica 13. Diseo del amplificador fuente comn PRCTICA I UTILIZACIN DEL EQUIPO BSICO DE MEDICIN PARA EL LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS I OBJETIVOS:-Medir voltaje y corriente con el multmetro. -Medir amplitud y frecuencia de una seal de voltaje con el osciloscopio. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 2ANTECEDENTES TERICOS MULTMETROElmultmetroesuninstrumentoquepermitemedir,ensuformamselemental,lossiguientes parmetros en un circuito elctrico: Resistencia, Voltaje de AC y de CD, Corriente de AC y de CD.Actualmenteexistenmultmetrosquetienenlacapacidaddehaceralgunasotraspruebas como:medicindetemperatura,medicindefrecuencia,pruebadecontinuidad,pruebade diodos, medicin de beta de transistores bipolares, medicin de capacitancia, medicin de ancho de pulso entre otras.En este caso se realizarn mediciones slo de resistencia, corriente y voltaje. 1. Medicin de ResistenciasPrecaucinPara evitar la posibilidad de causar daos al medidor o al equipo sometido a prueba, desconecte el suministro elctrico del circuito y descargue todos los condensadores de alta tensin antes de medir la resistencia. Laresistenciaesunaoposicinalflujodecorriente.LaunidadderesistenciaeselOhm().El medidormidelaresistenciaalenviarunapequeacorrienteatravsdelcircuito.Losrangosde resistencias del medidor pueden ir desde 500,00 , 5,0000 k, 50,000 k, 500,000 k, 5,000 M y 30,000 M. Para medir la resistencia, configure el medidor tal como se muestra en la figura 1.1. Figura 1.1 Medidor de resistencia. Tenga en cuenta lo siguiente al medir la resistencia: -Dado que la corriente de prueba del medidor fluye a travs de todos los caminosposibles entrelaspuntasdelassondas,elvalormedidodeunaresistenciaenuncircuito frecuentemente es diferente al valor nominal de la resistencia.-Los conductores de prueba pueden agregar un error de 0.1 a 0.2 en las mediciones de resistencia. Para probar los conductores, junte las dos puntas de las sondas entre si y lea la resistenciadelosconductores.Siesnecesario,puedepulsarelbotnRELpararestar automticamente este valor.-La funcin de resistenciapuede producir suficiente tensin para polarizar directamente las uniones de diodos de silicio o de transistores, hacindolas conductoras. Para evitar esto, no utilice el rango de 30 M para las mediciones de resistencia en el circuito.2. Medicin de tensinLa tensin es la diferencia de potencial elctrico entre dos puntos. La polaridad de la tensin de c.a. (corrientealterna)variaconeltiempo,mientrasquelapolaridaddec.d.(corrientecontinua)es constante con el tiempo. 3Al medir tensin, el medidor acta aproximadamente como una impedancia de 10 M (10,000,000 ) en paralelo con el circuito. Este efecto de carga puede causar errores de medicin en circuitos de altaimpedancia.Enlamayoradeloscasos,elerroresdespreciable(0.1%omenos)sila impedancia del circuito es de 10 k (10,000 ) o menos.3. Medicin de tensin c.a.El medidor presenta los valores de tensin c.a. como lecturas rms (raz cuadrada de la media de los cuadrados, valor eficaz). El valor rms es la tensin c.d. equivalente que disipara la misma cantidad de calor en una resistencia que la tensin medida. El medidor realiza lecturas de valor eficaz (rms) real,quesonexactasparaondassinusoidalesyotrasformasdeondas(sincompensacinenc.d.), tales como ondas cuadradas, ondas triangulares,y ondas escalonadas para en el caso de tensin CA con compensacin de c.d., utiliceac+dc =V.4. Medicin de tensin c.d. Configureelmedidorparamedirtensinc.d.talcomosemuestraenlafigura1.2.Todaslas funcionesomodosdelosbotonespulsadoresestndisponiblesparalalecturaestndardetensin c.d. Figura 1.2. Forma de medir tensin en AC y en CD5. Medicin de corrientePrecaucinParaevitarlaposibilidaddedaosalmedidoroalequiposometidoaprueba, verifique los fusibles del medidor antes de medir la corriente. Utilice las terminales, la funcin yelrangoapropiadosparalasmediciones.Nocoloquenuncalassondasatravsde(en paralelo con) cualquier circuito o componente cuando los conductores estn enchufados en las terminales de corriente.Lacorrienteeselflujodeelectronesatravsdeunconductor.Paramedircorriente,debeabrirel circuito sometido a prueba y luego colocar el medidor en serie con el circuito.Para medir la corriente alterna o continua, proceda como sigue:a)Desconecteelsuministroelctricoalcircuito.Descarguetodosloscondensadoresdealta tensin.b)InserteelconductordepruebanegroenlaterminalCOM.Inserteelconductordepruebarojo en la terminal de entrada apropiado para el rango de medicin. Nota: Para evitar fundir el fusible de 440 mA del medidor, utilice la terminal mA/A solamente si est seguro que la corriente es mayor que 400 mA.a)SiestutilizandolaterminalA,situelselectorgiratorioenmA/A.Siestutilizandola terminalmA/AsiteelselectorgiratorioenAparavaloresdecorrientemenoresde5000A (5mA) o en mA/A para valores de corriente superiores a 5000 A.b)Abra el circuito que desea probar. Toque la sonda roja al lado ms positivo de la interrupcin; toquelasondanegraalladomsnegativodelainterrupcin.Lainversindelosconductores producir una lectura negativa, pero no causar daos al medidor. 4c)Conecte el suministro elctrico al circuito y luego lea la pantalla. Elcolocarsondasatravsde(enparalelocon)uncircuitoalimentadoelctricamente,conun conductorenchufadoenlaterminaldecorriente,puedecausardaosalcircuitoqueseest probandoyfundirelfusibledelmedidor.Estopuedesucederporquelaresistenciaatravsdelas terminales de corriente del medidor es muy baja, de modo que el medidor acte como corto circuito. 6. Medicin de corriente alternaPara medir corriente alterna, configure el medidor tal como se muestra en la figura 1.3. Figura 1.3 Medicin de corriente.7. Medicin de corriente continuaPara medir corriente continua, configure el medidor tal como se muestra en la figura 1.4. Figura 1.4Medicin de corriente.8. OSCILOSCOPIOElosciloscopioesbsicamenteundispositivodevisualizacingrficaquemuestraseales elctricasvariableseneltiempo.ElejeverticalY,representaelvoltaje;mientrasqueeleje horizontalX,representaeltiempo.Sisetieneunasealconunnmerondecuadrosdepicoa pico yelconmutadorV/DIVenunaescaladeterminadaelvalordelasealserelresultadode multiplicar la escala del conmutador por el nmero de cuadros.Vpp= n x V/Div Bsicamente se puede hacer lo siguiente con el osciloscopio:Determinar directamente el periodo y el voltaje de una seal.Determinar indirectamente la frecuencia de una seal.Determinar que parte de la seal es c.d. y cual c.a. Localizar averas en un circuito.Medir la fase entre dos seales. 5Determinar qu parte de la seal es ruido y como vara ste en el tiempo. Lososciloscopiostambinpuedenseranalgicosdigitales.Losprimerostrabajandirectamente conlasealaplicada,staunavezamplificadadesvaunhazdeelectronesensentidovertical proporcionalmenteasuvalor.Encontrastelososciloscopiosdigitalesutilizanpreviamenteun conversor analgico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la seal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta informacin en la pantalla.Los mandos ms usuales del osciloscopio son el On/Off, control de intensidad del haz de electrones, elenfoque,centradohorizontalyvertical,amplitudverticalyhorizontal,selectordebasede tiempos y sincronismo exterior o interior.CONTROLESEn la figura 1.5 se presenta un osciloscopio bsico. Figura 1.5. Osciloscopio bsico.Esteesunosciloscopiodedostrazos.Igualmentelamayoradelainformacinexplicadaaqu puede ser aplicada a uno de un trazo. Los controles bsicos son:BRIGHT: Girando esta perilla se ajusta la intensidad de la pantalla.FOCUS: Girando esta perilla se ajusta el foco del trazo sobre la pantalla.GRAT: Ilumina una cuadrcula o grilla que facilita la visualizacin de la seal.TRACE: Selecciona la seal a trazar en la pantalla.TRIGGER: Selecciona la fuente de disparo.TRIGGER LEVEL: Selecciona el punto de la onda utilizado para disparar.TIMEBASE: Selecciona la velocidad con la que el trazo se desplaza en la pantalla. INPUT LEVEL: Ajusta el nivel de la entrada.POS (Position): Establece la posicin del trazo en la pantalla.BRIGHTControla la intensidad lumnica (o brillo) de la pantalla. Esto es muy til ya que los osciloscopios (a diferenciadelascomputadoras)nodisponendeprotectordepantalla.Entonces,sidejauntrazo brillanteenlapantalladurantetiemposmuylargos,puedesucederqueesaimagenquede "quemada" sobre la superficie fluorescente del tubo quedando permanentemente visible, incluso con el instrumento apagado. Si desea (o necesita) dejar el instrumento conectado mucho tiempo con una seal esttica ser necesario bajar el brillo del trazo al mnimo para evitar este inconveniente. Cabe aclarar que la superficie quemada est en el interior del tubo, no pudiendo ser reparado de ninguna forma.FOCUSEstemandopermiteajustarladefinicindeltrazo.Untrazofueradefocosevedifusoypoco definido, mientras que un trazo enfocado correctamente permite una clara y rpida visualizacin.GRATICULEEstecontrol permiteiluminarunaescala(ogrilla)quefacilitalamedicindelasealvisualizada. Usualmente es una pelcula plstica colocada sobre la superficie del tubo la cual est dibujada con 6unamatrizdecubosde1cm2,generalmenteconlneaspunteadas.Comparandolamatrizconla forma de onda, es posible efectuar la medida tanto de tensin como de frecuencia. Si el control se apaga la grilla no ser visible. TRACETambinllamado"CHANNEL"estemandopermiteseleccionareltrazoamostrarenlapantalla. Estas son las opciones ms usuales junto con su explicacin:A: Slo se muestra el trazo de la seal A.B: Slo se muestra el trazo de la seal B.A+B: Se muestran tanto la seal A como la seal B (en dos trazos).ADD: Las dos entradas de seal son sumadas y mostradas en un nico trazo. TRIGGER LEVELUntrazoqueexhibeunaformadeondasinelusodelTRIGGER(odisparador)sedesplazade forma similar que lo hace un sistema de TV cuando su sistema de traba horizontal est desajustado. Eltriggerdetieneeltrazodeunaseal,hastaqueunadeterminadapartedelaformadeonda aparezca. Esto produce que el tubo se borre exactamente en el punto adecuado de la forma de onda paraquestaparezcaestacionariaoquietaenunmismolugar,facilitandosucomprensin.Este control, por consiguiente, permite establecer el punto de la forma de onda donde debe actuar.TRIGGER SELECTORSelecciona el origen de la seal de disparo. La mayora de los instrumentos de dos trazos pueden ser disparados tanto desde el canal A como el B. Algunos ms complejos, disponen de la facilidad de disparardesdeunasealexterna,encuyocasounconector(usualmenterotuladoTRIGGER) permite ingresar dicho impulso.TIMEBASELa velocidad con la que se dibuja un trazo en la pantalla del tubo puede ser ajustada con el control TIMEBASE.steestcalibradoensegundos(s),milisegundos(ms=0.001segundos)o microsegundos (s = 0.000001 segundos). INPUT LEVELAjustaelniveldeentradadecadacanalpermitiendoqueeltrazocompletelatotalidaddela pantalla.EsteesunselectorcalibradoenVoltiosporcentmetro(V/cm).Dadoqueestemandose ajustadeacuerdoalamagnituddelasealdeentrada,unajustesobreelrangoharquelaseal mostradaseaimperceptible,peroajustarlobajolaescalapuededaarloscircuitosdeentradadel instrumento.Detodasformaslosequiposactualesdisponendeproteccincontraestetipode inconvenientes.POSITIONEstablece la posicin vertical del trazo en la pantalla permitiendo facilitar la lectura de la seal. Por ejemplo, puede establecer de cero voltios a la posicin central de la grilla para medir c.a., o al pi de la pantalla para medir c.d. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO:1 Fuente de c.d.1 Osciloscopio1 Multmetro1Generador de funciones1Tableta experimental- Resistencias (1 k (1), 1.5 k (1), 2 k (1))1 Capacitor 10nF 7DESARROLLO EXPERIMENTAL1. MEDICIONES CON EL MULTMETRO1.1 Mediciones con el hmetro.1.1.1 Conecte 3 resistencias en serie de cualquier valor y compruebe que la resistencia total es la suma de las 3 resistencias.1.1.2Ahoraconectelasmismasresistenciasenparaleloycompruebequelaresistencia total es R1R1R11R3 2 1TOTAL+ += 1.2. Mediciones de corriente1.2.1. Alimente 3 resistencias en paralelo con una fuente de voltaje de c.d. y entonces compruebe la ley de corrientes de Kirchhoff.1.2.2 Coloque el generador de funciones en una seal senoidal a una frecuencia de 1 KHz y con voltaje de 1.41 VRMS aydese del multmetro para realizar esta actividad.1.2.3Alimente3resistenciasenparaleloconunafuentedevoltajedec.a.conlas caractersticas del punto 1.2.2 y entonces compruebe la ley de corrientes de Kirchhoff para valores eficaces de corriente.1.2.4ArmeuncircuitoRCenparalelo;midalosvaloresdelaresistenciaydelcapacitor.Usela fuente del punto 1.2.2 y con los valores medidos calcule los valores de corriente en cada elemento. Pongaafuncionarelcircuitoymidadichascorrientes.Comparelosvaloresmedidoscontralos calculados y saque sus conclusiones.1.3. Mediciones de voltaje1.3.1Alimente3resistenciasenserieconunafuentedevoltajedec.d.ycompruebelaleyde voltajes de Kirchhoff.1.3.2Alimente3resistenciasenserieconunafuentedevoltajedec.a.(conlascaractersticasdel inciso 1.2.b)y compruebe la ley de voltajes de Kirchhoff para valores eficaces de voltaje.1.3.3 Arme un circuito RC en serie; mida los valores de la resistencia y del capacitor. Use lafuentedelpunto1.2.2yconlosvaloresmedidoscalculelosvaloresdevoltajeencada elemento.Pongaafuncionarelcircuitoymidadichosvoltajes.Comparelosvalores medidos contra los calculados y saque sus conclusiones. 2. MEDICIONES CON EL OSCILOSCOPIO2.1. Calibracin del osciloscopio (Para esta actividad pida apoyo al instructor).2.2. Haciendo uso del generador de funciones haga que se visualice en el osciloscopio: a) Una seal cuadrada de 5 Vpp a una frecuencia de 10 kHz b) Una seal senoidal de 20 mVpp a 10 Hz yc) una seal triangular de 2 Vpp a 1 MHz. d) Anote sus observaciones2.3. Arme un circuito RC como el que se muestra en la figura 1.8. 8Frecuencia (Hz) Vin (Volts)Vo

(Volts) ngulo (Grados) Ganancia (dB) 100 300 500 700 1K 3K 5K 7K 10K 30K 50K 70K 100K 300K 500K 700K 1M Figura 1.8 Circuito RC 2.4. Con el canal 1 del osciloscopio en la fuente de excitacin y con el canal 2 en el capacitor haga un barrido en frecuencia comenzando desde 100 Hz hasta 1 MHz y anote que le pasa a la magnitud yalafasedelvoltajeenelcapacitor.LlenelatablaIsincambiarlaamplituddelvoltajedel generador. Tabla I. Respuesta en frecuencia del filtro RC 2.5. A partir de los datos obtenidos en la tabla I construya las grficas de Bode de Magnitud y Fase y anote sus observaciones. PRCTICA II RECTIFICACIN Y FILTRADO CAPACITIVO OBJETIVOS:-Comprobar el funcionamiento del rectificador de media onda. -Comprobar el funcionamiento del rectificador de onda completa. -Comprobar el funcionamiento del filtrado capacitivo. PRE- REPORTE: -Realizar la prctica mediante simulacin. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 10ANTECEDENTES TERICOS Larectificacineselprocesodeconvertirunasealalterna(c.a.)enunaqueest restringida en una sola direccin (c.d.).Dependiendo de las caractersticas de la alimentacin en corriente alterna que emplean, la rectificacin se clasifica en: -monofsicos: cuando estn alimentados por una fase de la red elctrica -trifsicos: cuando se alimentan por tres fases. Por otro lado se pueden clasificar como: -media onda: cuando slo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente. -onda completa: cuando ambos semiciclos son aprovechados. El tipo ms bsico de rectificador es el rectificador monofsico de media onda, constituido por un nico diodo entre la fuente de alimentacin alterna y la carga, ver figura 3. Existen distintas configuraciones para rectificadores de onda completa, tal como: el rectificador de ondacompletaconpuenteyelrectificadordeondacompletaconderivacincentral.La figura 4 muestra un rectificador de onda completa con derivacin central. Lafigura2.1muestraelcomportamientodelosrectificadoresdemediaondayonda completa con derivacin central.(a) (b) Figura 2.1Seales en el circuito rectificador (a) media onda (b) onda completa. La tabla I muestra el comportamiento en voltaje y corriente para los rectificadores de media onda y onda completa, considerando el modelo de cada de voltaje constante. Elvalordelvoltajepicoinverso(PIV)eneldiodoesmuyimportanteeneldiseode rectificadores,sedefinealPIVcomolamximacadadevoltajeentrenodoyctodo cuando el diodo se encuentra en estado de no conduccin. El voltaje inverso que soporten los diodos utilizados en el rectificador debe ser mayor a ste, con el fin de que no entre en la regin de avalancha zener. Vm VL - Vm Vm Va - 2Vm Vr Seal en el secundario con respecto a la derivacin central Seal rectificada (onda completa) en la carga Seal pico inversa en el diodo - Vm Va - Vm Vr Vm VL Seal en el secundario del transformador Seal rectificada (media onda) en la carga Seal pico inversa en el diodo 11TablaI.Comportamientoenvoltajeycorrientederectificadordemediaondayonda completa. Media OndaOnda completa VL(rms)Vm/2Vm/2 I L(rms)V L(rms)/RL V L(rms)/RL VL(DC)0.318(Vm-VT)0.636(Vm-VT) IL(DC)VL(DC)/RL VL(DC)/RL Nota: VTes el voltaje umbral del diodo. La salida de un rectificador es una seal de c.d. pulsante, la cual al ser pasada por un filtro tiendeamantenerseenunniveldec.d.constante.Existendiversostiposdefiltro: capacitivo, inductivo, inductivo-capacitivo.Alaformadeondadebidaalprocesodecargaydescargadelcapacitorseconocecomo voltaje de rizo, el cual depende del valor de la constante de tiempo (RC). INFORMACIN IMPORTANTE Siempre que se desee observar en el osciloscopio una seal no referenciada a tierra fsica se deber flotar el osciloscopio. Flotar un osciloscopio significa que dicho instrumento no se haconectadoalatierracomndelsistema,paraellosedebereliminarconunadaptador tres a dos, la conexin a la tercer terminal del tomacorrientes.Sideseaobservardossealessimultneamenteasegresequeelpuntodereferenciade ambasterminalesdepruebadelosciloscopioestconectadoalmismopunto,ademsde haber flotado el osciloscopio. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO: 1 Transformador 110 a 24 Vrms, 0.5 A. 1 Osciloscopio1 Multmetro 1 Tableta experimental 2 diodos 1N4007 - Resistencias (520O (1), 680O (1), 1 kO (1), 1.5 kO (1)) - Capacitores a 25 Volts (470 F (1), 1000 F (1)) DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA 1.1 Alimentar el transformador con el voltaje de lnea de acuerdo a la figura 2.2. Utilizando el multmetro medir la tensin alterna del primario y del secundario de los puntos sealados en la tabla II. Anote sus resultados y calcule la relacin de transformacin. NOTA: Asegrese utilizar la escala adecuada de voltaje en la medicin de tensin. 12 Figura 2.2 Circuito de alimentacin del transformador Tabla II. Voltajes rms en el transformador sin carga Vi (voltaje rms en el primario) Va (voltaje rms en una parte del secundario) Vb (voltaje rms en una parte del secundario) Vab (voltaje rms en secundario) Relacin de transformacin

1.2 Ver en el osciloscopio las seales Va, Vb y Vab en el secundario del transformador de la figura 2.2 y anotar los valores pico de voltaje en la tabla III. NOTA: No tocar la lnea de 120 Vac durante la medicin. Tabla III. Voltajes pico en el secundario del transformador sin carga Va (voltaje pico entre el punto A y tierra) Vb (voltaje pico entre el punto B y tierra) Vab (voltaje pico en secundario entre los puntos A-B) 1.3 Arme el circuito de la figura 2.3 en la tableta experimental. 1.4VeaenelosciloscopiolassealesVayVL,grafiqueestasseales.Existeuna diferenciaenformayamplitudenlassealesdevoltajesVayVL?,Aqusedebeesta diferencia? NOTA: No tocar la lnea de 120 Vac durante la medicin. 1.5CalculeelvoltajeycorrientedeCDenlacargaapartirdelosvalorespicosantes medidos.MidaconelmultmetrolacorrienteyvoltajedeCDenlacarga,comparelos valores arrojados por las mediciones con los datos calculados. 1.6Veaenelosciloscopiolasealdevoltajeeneldiododelafigura2.3.Asegreseque soloseestutilizandounapuntadepruebadelosciloscopio.Aqusedebelaformade esta seal? 120 VAC 1 KVaVL+-+- Figura 2.3 Circuito rectificador de media onda 132. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA 2.1 Arme el circuito de la figura 2.4 en la tableta experimental. 2.2VeaenelosciloscopiolasealdevoltajeenVL,grafiqueestaseal.Qudiferencia hay entre las seales VL de la figura 2.3 y de la figura 2.4?, Cundo conduce el diodo D1 y cundo conduce el diodo D2, con respecto a Va, Vb, y Vi? 2.3 Vea en el osciloscopio las seales de voltaje en los diodos de la figura 2.4. Asegrese que solo se est utilizando una punta de prueba del osciloscopio. A qu se debe la forma de estas seales? 120 VAC1 KVaVLD1D2+--+Vb+-Vi+- Figura 2.4 Circuito rectificador de onda completa 2.4 Agregue un capacitor de 470 F en paralelo a la carga, tal como se muestra en la figura 2.5, mida el voltaje rizo pico a pico Vrpp y la corriente de la carga IL. 2.5. Vare la resistencia de carga R de acuerdo a lo especificado en la tabla IV. Mida para cada caso el voltaje de rizo pico a pico Vrpp y la corriente de carga IL. 2.6EvaleelvalortericodeVrppdeacuerdoconlasiguienteecuacin fCRVVprpp = , donde:7 . 0 2 * 12 = Vp yf=120Hz(rectificadordeondacompleta)ycomparesus resultados. 2.7. Repita los pasos 1.10 y 1.11 sustituyendo el capacitor de 470 F por uno de 1000 F. Anote sus resultados en la tabla IV. 2.8.Hagaunanlisiscuantitativoycualitativodelasdiferenciasentrelosresultados tericos y prcticos y trate de justificarlas cientficamente. Comente al respecto. Figura 2.5.Fuente de CD no regulada 14 Tabla IV. Voltaje de rizado y corriente de carga de la fuente sin regulacin 1 k1.5 k820 560 C R Valor Terico Valor Medido Valor Terico Valor Medido Valor Terico Valor Medido Valor Terico Valor Medido Vrpp 470uF IL Vrpp IL 1000uF VL PRCTICA III ZENER: REGULACIN DE VOLTAJE OBJETIVOS:Obtener la curva caracterstica del diodo Zener. Utilizar el diodo zener como regulador de voltaje. PRE- REPORTE: Simulacin de los circuitos contenidos en la prctica. Realizar tablas I y II mediante datos simulados. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 16ANTECEDENTES TERICOSEl diodo zener es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas,tambinesllamadodiododeavalanchaoderuptura,sonlaparteesencialpara lograr la regulacin de tensin. La figura 3.1 muestra el smbolo de este elemento. Figura 3.1Smbolo del diodo zener. La figura 3.2 muestra la curva caracterstica del diodo zener, en donde observar en la parte derechasucomportamientoenpolarizacindirectayenlaparteizquierdasu comportamientoenpolarizacininversa.Sontreslascaractersticasquediferencianalos diversos diodos zener entre si: a) Tensin de polarizacin inversa, conocida como tensin zener (Vz), que es la tensin a la que el zener va a mantenerse constante. b)Corrientemnimadefuncionamiento(Iz(mn)),eslacorrientemnimarequeridapara asegurar que la tensin zener se mantenga constante. c)Potenciamximadedisipacin,puestoquelatensinesconstante,nosindicael mximo valor de la corriente (Iz(mx)), que puede soportar el Zener. Figura 3.2Curva caracterstica del diodo zener. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO: 1Fuente de c.d.1 Transformador 110 a 24 Vrms, 0.5 A. 1 Multmetro 1 Tableta experimental 1Termmetro digital 1 Secadora 2 Diodos 1N4001 171 Diodo Zener 1N4732A (4.7 volts, 1 Watt) 1 Diodo Zener 1N4742A (12 Volts, 1Watt) - Resistencias a 1W (68O (1), 150O (1), 220O (1), 330O (1), 470O (1), 560O (1), 1KO (1)) - Capacitores a 25 Volts (1000F (1)) DESARROLLO EXPERIMENTAL 1.Implementeelcircuitodelafigura3.3utilizandoeldiodo1N4732Ayevalela caractersticaIDZvsVDZutilizandocomoreferencialosdatospropuestosenlatablaI. Grafiquesusresultadosycompareelcomportamientodeldiodozenerconeldeldiodo rectificador.Sonsemejantesenpolarizacindirecta?Enqudifierenenpolarizacin inversa? a) b) Figura 3.3Circuito para obtener la curva caracterstica del diodo zener. a) Polarizacin inversa. b) Polarizacin directa. NOTA:Parapolarizarinversamenteeldiododeberconectarlaterminalpositivadelafuentede c.d. variable a la resistencia y la terminal negativa al nodo del diodo, como muestra la figura 3.3a), estoleayudaratomarlaslecturasdevoltajeparacorrientenegativasdelatablaI.Paramedirla corrientecoloqueenserieelmultmetroentrelaresistenciayeldiodo,poniendolapuntapositiva hacia la resistencia y la negativa hacia el diodo. Parapolarizardirectamenteeldiododeberconectarlaterminalnegativadelasufuentedec.d. variablealaresistenciaylapositivaalnododeldiodo,comomuestralafigura3.3b).La polarizacin directa la utilizar para medir los voltajes y corrientes positivos en el diodo. Tabla I. Datos para construir la curva caracterstica del diodo Zener VDZ(V) 0.30.4 IDZ (mA) -15-10-5-4-3-2-1 -0.5-0.200.51251015 2.Ajuste la corriente en polarizacin inversa del diodo Zener a -10 mA y mida el voltaje correspondiente VDZ.Caliente el diodo Zener con una secadora de cabello y observe cmo vara la corriente cuando se mantiene constante VDZ. Comente al respecto. 3.Armeelcircuitodelafigura3.4enlatabletaexperimental(utiliceeldiodozenerde 12V, 1W). Mida el voltaje de salida VL y la corriente en el diodo zener para cada uno de los valores propuestos de RL en la tabla II. 184.Verifiquequeelcircuitoregule,estoes,queelvoltajedesalidapermanezca aproximadamente constante. Calcule para cada caso la corriente en la carga y la corriente a travs de RS cmo es el valor de esta corriente? 5. Evalelaresistenciadinmicadeldiodozenerenlazonaderegulacin,ascomoel porcentaje de regulacin para variaciones de la carga para las corrientes mnima y mxima de dicha carga. Es un buen regulador? Cul es la corriente mxima de carga para la cual el circuito regula? 120 : 24 VRMSRS=68 WCs=1000uFRL+_VLILIZ IRs Figura 3.4Fuente de CD regulada con diodo zener Tabla II. Voltajede carga y corriente zener de la fuenteregulada RL150 220 330 470 560 VL IZ IL= VL/ RL IRs= IZ + IL PRCTICA IV CIRCUITOS CON DIODOS OBJETIVOS: -Armaryprobarcircuitoscondiodos,comolosson:circuitocortador,circuito fijador y circuito doblador de voltaje. PRE-REPORTE: -Mediantesimulacinobtenerelvoltajedesalidaparaloscircuitosfijador, cortador y multiplicador contenidos en la prctica. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 20ANTECEDENTES TERICOS En ocasiones de acuerdo a la aplicacin es necesario acondicionar la seal, para que sta no exceda de un nivel de voltaje determinado, para que tenga o elimine un determinado Offset oparaincrementarelniveldevoltaje.Elrecortadortambinconocidocomolimitador,es un circuito que bsicamente es la extensin de un rectificador de media onda, en el cual una partelasealdesalidaestlimitadaaunvoltaje.Existendostiposderecortadores,en paralelooenserie.Elrecortadorenparaleloeldiodoestconectadoatravsdelas terminales de salida, mientras que en el recortador en serie el diodo forma un circuito serie con las terminales de salida. El circuito fijador desplaza las formas de onda de salida a un nivel de c.d. diferente, por lo quetambinseleconocecomocircuitodecorrimientodenivel,seclasificanen:de corrimientofijoydecorrimientovariable.Loscircuitosdecorrimientofijodesplazanla seal un nivel Vm con respecto al nivel cero, para los de corrimiento variable se introduce una batera para desplazar el voltaje de salida una magnitud VmV1 con respecto al nivel cero.Unmultiplicadordevoltajeutilizauncircuitofijadorseguidodeundetectordevoltajes pico para elevar el voltaje de entrada en un factor dos, tres, cuatro o ms.

INFORMACIN IMPORTANTE Siempre que se desee observar en el osciloscopio una seal no referenciada a tierra fsica se deber flotar el osciloscopio. Flotar un osciloscopio significa que dicho instrumento no se haconectadoalatierracomndelsistema,paraellosedebereliminarconunadaptador tres a dos, la conexin a la tercer terminal del tomacorrientes.Sideseaobservardossealessimultneamenteasegresequeelpuntodereferenciade ambas terminales de prueba del osciloscopio estn conectadas al mismo punto, adems de haber flotado el osciloscopio. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO: 1 Osciloscopio1 Multmetro 1 Generador de funciones 1 Tableta experimental 2 Diodos 1N4001 - Resistencias (47 O (2), 1kO (1), 10 kO (2), 47 kO (1), 100 kO (1)) - Capacitores (1 F (1), 10 F (1), 100 F(2) ) DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. CIRCUITO CORTADOR 1.1 Arme el circuito de la figura 4.1 en la tableta experimental. 1.2 Asegrese de que el osciloscopio est en c.d. para fijar el nivel de cero volts. 211.3 Conecte un generador con una seal de forma de onda senoidal, frecuencia de 1 kHz y amplitudes primero de 0.2 Vp-p, despus 0.5 Vp-p y 10 Vp-p. Dibuje estas formas de onda y comparecontralasquedeberansalirtericamente.Anotelasobservacionesquecrea necesarias. 1.4 Repita el paso anterior usando R2=1 k y R2=100 kcomente sobre las observaciones hechas. 1.5Conelvoltajede10Vaplicadoenelpasoanterior,aumentelafrecuenciahasta100 kHz y grafique la forma de onda. Comente los resultados. Figura 4.1Circuito cortador 2. CIRCUITO FIJADOR 2.1 Arme el circuito de la figura 4.2 en la tableta experimental. 2.2 Conecte un generador de forma de onda senoidal con periodo T= 1 milisegundo y C= 1 F (electroltico) y R= 100 k. Grafique la forma de onda del voltaje en la salida (a travs del diodo). Vare la amplitud de Vs. Anote sus observaciones. 2.3 Asegrese que el osciloscopio est en c.d. para fijar el nivel de cero volts. 2.4 Repita el paso 2.2 invirtiendo el diodo. Anote sus observaciones. 2.5 Explicarpor qu se le llama circuito fijador. Figura 4.2Circuito fijador 3. MULTIPLICADOR DE VOLTAJE 3.1 Construya el circuito de la figura 4.3. Flote el osciloscopio 3.2 Mida y anote el voltaje en la carga RL verificando la duplicacin de voltaje. 3.3 Grafique la forma de onda del voltaje en RL y mida su rizado. 3.4 Mida y grafique el voltaje de los condensadores C1 y C2. Mida el rizado respectivo. 3.5 Mida la corriente efectiva (rms) a travs de los diodos. 22+_Vo=2VmVsC1C2D1D2Vs=VmSen(wt)++__100F100FRL=47KRS=47RS=47 Figura 4.3 Circuito multiplicador PRCTICA V CARACTERSTICAS DEL DIODO SEMICONDUCTOR OBJETIVOS:-Obtener prcticamente las curvas caractersticas del diodo rectificador. PRE- REPORTE: -Simulacin de los circuitos contenidos en la prctica. -Realizar tablas I y II mediante datos simulados. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 24ANTECEDENTES TERICOS Eldiodoesundispositivosemiconductorquepermiteelpasodelacorrienteelctricaen unasoladireccin,estconstituidomediantelaunindedosmaterialessemiconductores (tipopytipon).Lafigura5.1muestraelsmbolodeldiododondelaterminalpositiva recibe el nombre de nodo y la terminal negativa de nodo. Figura 5.1Smbolo del diodo rectificador Idealmente se dice que el diodo se comporta como un interruptor, en donde para un voltaje menor de cierto potencial se modela como un circuito abierto y para un voltaje mayor a ste se modela como un corto circuito. El diodo real tiene un comportamiento mostrado en la figura 5.2, de donde se observa que constadedosregionesllamadaspolarizacindirectaeinversa.Laregindepolarizacin directaparaunpequeoincrementodevoltaje,elincrementodecorrienteesgrande; mientras que en la regin de polarizacin inversa para un aumento de pequeo de voltaje el incremento de la corriente inversa es pequeo. Figura 5.2Curva caracterstica del diodo La relacin de la corriente y el voltaje en el diodo se establece mediante la ecuacin) 1 (0 =TDnVVDe I i , Donde:n factor de idealidad exponencial VT voltaje trmico

Un diodo puede ser sometido a tensiones en polarizacin directa de seales de c.d. o c.a., la relacindelvoltajeentrelacorrientedeldiododeterminarnlaresistenciaqueste presente.Cuandolacorrienteyvoltajeintroducidossonnivelesdecorrientealternala resistenciasueledenominarseresistenciadinmicaypuedeobtenerseatravsdel recprocode DDdvdi,estoes DTdinVr ~ .Silaexpresin DDdvdiesevaluadaenelpuntode operacin se obtiene la resistencia esttica o de c.d. 25MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO: 1 Fuente de c.d. 2 Multmetros 1 Osciloscopio 1Generador de funciones 1Tableta experimental1 Termmetro digital 1 Secadora - Resistencias a W (1 kO (1), 4.7 kO (1), 10 kO (1)) 1 Diodo 1N4001 1 Capacitor 10 F DESARROLLO EXPERIMENTAL 1.Utiliceelcircuitodelafigura5.3paraevaluarlacaractersticaIDcontraVDdeldiodo 1N4001oequivalente,utilizandocomoreferencialosvalorespropuestosenlatablaI(es probablequerequieracambiarelvalordeRparatenermayorexactitudenpolarizacin directaparacorrientesentre0y1mA).Utiliceelcircuitodelafigura5.3b)paraobtenerlas primeras cuatro mediciones de corriente. ID+ VD-R=1 k a) ID+ VD-R=1 k b) Figura 5.3 Circuito para obtener las curvas caractersticas del diodo semiconductor. a)Polarizacin directa. b)Polarizacin inversa Tabla I. Datos para construir la curva caracterstica del diodo VD(V) -20-15-10-500.30.40.5ID (mA) 1 2 5101520 2.-GrafiquelosvaloresdeIDcontraVD,ampliandolaescalaentre0.4y0.8Voltspara polarizacindirecta,yentre0y10mAparapolarizacininversa.Cmoeslacurvaen polarizacindirecta?,Separecealadeunafuncinexponencial?Cmoeslacurvaen polarizacin inversa y de qu valor son las corrientes? 263.-Grafiquelacurvaln(ID)contraVDenpolarizacindirectanicamente.Separecela curva a una recta? Si lo anterior se cumple, interpole la mejor recta y, por similitud de las ecuaciones ln(ID)= ln(Io) + VD/(nVT)aproximacindelaecuacindeldiodoenpolarizacin directa Y =Yo+ mXecuacin de una recta evalelosparmetrosIoynVT.Utiliceelvalordelatemperaturaambiente(mdala)y obtenga el valor de VT de la ecuacin VT= KT/q donde K = 1.38x10-23 J/Kconstante de Boltzman T= 273+ T( en grados centgrados) Q = 1.6x10-19 C carga del electrn Evale, de sus resultados, el factor n del diodo de Si. Es congruente con lo especificado en sus textos? Comente al respecto. 4.Ajustelacorrienteeneldiodopolarizacindirectaa10mAymidaelvoltaje correspondienteVD.Calienteeldiodoutilizandounasecadoradecabelloyobservecmo vara la corriente cuando mantiene el voltaje constante. Comente al respecto. 5.- Utilice el circuito de la figura 5.4 para evaluar la resistencia dinmica del diodo.Para esto:a) Ajuste la corriente de polarizacin del diodo a 2 mA, utilice para esto la fuente de cd variable incluida en la figura 5.4.b) Ajuste la fuente de seal a una frecuencia de 1000 Hz y una amplitud suficiente para observar en el diodo una senoide de 20 mVp-p.c) Mida el voltaje pico-pico de seal alimentada al circuito.d) Evale la resistencia dinmica rd utilizando las ecuaciones de los divisores de voltaje correspondientes.e) Evale la resistencia dinmica a partir de la ecuacin del diodo, ya partir de la grfica exponencial obtenida experimentalmente.Compare los resultados obtenidos. Es congruente el modelo terico deldiodo?, comente.f) Repita para ID = 4 mA.

Figura 5.4Circuito para obtener la resistencia dinmica del diodo.F= 1 kHzR=4.7 kOR=10 kO10 F PRCTICA VI CURVAS CARACTERSTICAS DEL TRANSISTOR BIPOLAR EN CONFIGURACIN EMISOR COMN OBJETIVOS:- Obtener la curva caracterstica del colector del transistor bipolar, en su configuracin emisor comn. -Obtenerlacurvacaractersticadebasedeltransistorbipolar,ensuconfiguracin emisor comn. PRE-REPORTE: -Investigar funcionamiento de BJT. -Llevar hojas de especificaciones del BJT utilizado en la prctica. -Realizar toda la prctica mediante simulacin. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 28ANTECEDENTES TERICOS La notacin y smbolos utilizados para la configuracin emisor comn con transistores PNP y NPN se muestran en la figura 6.1. Figura 6.1a) Transistor NPN, b) Transistor PNP. Enlafigura6.2seobservalacaractersticadecolector(salida),dondeserelacionanla corriente de colector, el voltaje colector-emisor y la corriente de base. Figura 6.2Caracterstica de colector Las tres regiones bsicas de inters: activa, de saturacin y de corte se observan en la figura 6.2.NotelamagnitudenmicroamperiosdeIBencomparacindelosmiliamperiosdeIC. En la regin activa, la unin de colector-emisor est polarizada inversamente, mientras que launinbase-emisorestpolarizadadirectamente.Estareginsepuedeemplearpara amplificacin de corriente, voltaje o potencia.LaregindecorteseencuentrapordebajodelacurvaparaIB=0,dondeseobservauna corriente de colector ICE0. 29Laregindesaturacinseencuentraalaizquierdadelvoltajecolector-emisorde saturacin, donde se observan pequeas variaciones en el voltaje VCE para grandes cambios en la corriente de colector IC. En la figura 6.3 se observa la caracterstica de base (entrada) donde se muestra la corriente de base IB contra el voltaje base-emisor (VBE) para un rango de valores de voltaje colector-emisor. Como se observa en la figura, las variaciones en la salida VCE, tienen poco efecto en la entrada (VBE IB). Figura 6.3Caracterstica de base Algunas caractersticas que podemos encontrar en las hojas de datos que proporcionan los fabricantes de transistores, las cuales tienen el objetivo de proporcionar informacin acerca delascondicionesenlasquehadeoperareldispositivoascomotambinsus caractersticas fsicas. EntrelasespecificacionesparaelNPN2N2222msnecesariaspararealizarestaprctica son las siguientes: (ver figura 6.4) 1.- Aplicaciones: Amplificador lineal y como interruptor. 2.-Empaque (TO-18) y simbologa 3.- Ganancia de corriente directa : mnima 75 en Ic=10mA y VCE=10V. Figura 6.4 Descripcin del encapsulado del 2N2222 MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO: 1Fuente de c.d. 2 Multmetros 1 Tableta experimental 1 Transistor 2N2222 30-Resistencias a 1/4W (100 k (1), 560 (1)) DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. CARACTERSTICAS DE SALIDA. 1.1 Arme el circuito de la figura 6.5. Figura 6.5Circuito para obtener la caracterstica de salida. 1.2 Ajuste la fuente de voltaje VBB para obtener los valores de IB que se muestran en la tabla 1. Para cada valor de IB, vare la fuente de voltaje VCC y mida la corriente de colector (IC) y el voltaje colector-emisor (VCE) y antelos en la tabla I. Tabla I. Caracterstica de la terminal de colector. IB1=0IB2=10 AIB3=20 AIB4=30 AIB5=40 AIB6=50 AIB6=60 A VCC(V) ICVCEICVCEICVCEICVCEICVCEICVCEICVCE 0 0.2 0.5 0.7 1 2 5 8 12 15 2. CARACTERSTICAS DE BASE 2.1 Utilizando el circuito de la figura 6.5; siempre con VBB inicialmente en cero ajuste la fuente de voltaje VCC para obtener los valores de VCE que se muestra en la tabla II. 312.2 Para cada valor de VCE, vare la fuente VBB con los valores que se observan en la tabla II y mida la corriente de base (IB) y el voltaje base emisor (VBE) y antelos en la tabla. Tabla II. Caractersticas de la terminal de base. VCE= 1VVCE= 8VVCE= 15VVBB(V) IBVBEIBVBEIBVBE 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 3.0 5.0 ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS 1.- Graficar la caracterstica de colector (IC VCE), para cada una de las corrientes de base (IB), con los datos obtenidos en la tabla I. 2.- Identifique en la grfica, las regiones: activa, de corte y de saturacin del transistor. 3.-Enlareginactiva,quocurreconlacorrientedecolector(IC),alvariarelvoltaje colector emisor (VCE)?. 4.- Cul es el valor de la corriente de colector (IC), cuando la corriente de base es cero (IB = 0)?. 5.- Cunto vale el voltaje colector-emisor de saturacin (VCEsat)?. 6.-Comparelacaractersticadecolectorobtenidaexperimentalmente,conlaesperada tericamente. Comente. 7.-Graficarlacaractersticadebase(IB VBE),paracadaunodelosvoltajescolector emisor (VCE), con los datos obtenidos en la tabla II. 8.-Comparelacaractersticadebaseobtenidaexperimentalmenteconlaesperada tericamente. Comente. 9.-TomealgunosvaloresdeICconsurespectivaIBdondeelVCE>0.5VycalculelahFE para llenar la tabla III. Tabla III. Valores de IC e IB para obtener la hFE. IC IB hFE 10.- Grafique hFE IB con la tabla del paso 9. PRCTICA VII POLARIZACIN DE TRANSISTORES DE UNIN BIPOLAR OBJETIVOS: -Observarlosdiferentescircuitosdepolarizacindetransistoresdeuninbipolar (BJT). -Obtenerla recta de carga de salida. PRE REPORTE: - Realizar la simulacin de los tres circuitos de polarizaciny obtenerlas tablas correspondientes. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 33ANTECEDENTES TERICOS Debido a la gran cantidad de aplicaciones y diferentes maneras de utilizar los transistores, sera imposible aprender cada una de las reas de aplicacin. En lugar de ello, se estudia la operacindecircuitosmsfundamentalesyunavezconesteconocimiento,sepuedan analizar circuitos ms complejos. Para utilizar los transistores de unin bipolar (BJT) para amplificacindevoltajeocorrienteocomoelementosdecontrol(on-off),esnecesario primeropolarizareldispositivo.Elobjetodelapolarizacineslograrunacondicinde corriente y voltaje denominada punto de operacin (punto quiescente o punto Q). Eneldiseodecircuitoscontransistores,seescogeunpuntodeoperacinoreposo(Q), para que el transistor funcione en un margen determinado y para asegurar que se cumpla la linealidad (y a veces una excursin lineal mxima) y no sobrepase la potencia mxima. En la figura 7.1 se muestra el circuito de polarizacin y en la figura 7.2 la caracterstica de colectordesalida,paralaconfiguracinemisorcomn.Comoseobservaenla caracterstica,elpuntoderepososeencuentraenlaregindemayorlinealidad,conuna buena excursin simtrica. RCRBREVBBVCEIBICIE+-+- VBEVCC Figura 7.1 Circuito de polarizacin emisor comn. IC(mA)VCE(volts)QVCCVCEQICQRC+REVCC Figura 7.2Caractersticas de colector. 34MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO 1Fuente de c.d. 2Multmetros 1Tableta experimental 2Transistores 2N2222 1Dcada de resistencias-Resistencias a W (1k (1), 100 (1), 8.2k (1), 100k (1)) DESARROLLO EXPERIMENTAL CIRCUITOS DE POLARIZACIN 1. Implemente el circuito de la figura 7.3. Figura 7.3Circuito de polarizacin emisor comn. 2. Vare el voltaje de VBB para obtener cada valor de IB mostrado en la tabla I, midiendo y anotando la corriente IC y el voltaje VCE para cada IB, segn la tabla. 3. Cambie el transistor por otro del mismo tipo, yrepita el paso anterior. Tabla I. Mediciones para el circuito de polarizacin de la figura 7.3. Q1Q2 VBBIB(A)ICVCEhFEVBBICVCEhFE 0 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 354.Implemente el circuito de la figura 7.4. Figura 7.4Circuito de polarizacin con resistor de emisor. 5.DeacuerdoalosvaloresdeRBquesemuestraenlatablaII,midalosvaloresde corrientedebase(IB),decolector(IC)yelvoltajecolector-emisor(VCE),yantelosenla misma tabla. Vcc= 12 V, RC = 1KO, RE= 100O. Tabla II. Mediciones para el circuito de polarizacin de la figura 7.4. RB (KO)IBICVCEhFE 47 100 220 270 390 470 560 680 820 1000 1800 6. Implemente el circuito de la figura 7.5. Figura 7.5Circuito de polarizacin por medio de un divisor de voltaje. 367.De acuerdo a los valores que se muestra en la tabla III, mida los valores de corriente de base(IB),decolector(IC),devoltajecolector-emisor(VCE),ydevoltajeenR1(VBB)yantelos en la misma tabla. Vcc= 12 V, RC = 1KO, RE= 100O, R2= 8.2 kO. Tabla III. Mediciones para el circuito de polarizacin de la figura 5. R1 (O)VBBIBICVCEhFE 470 560 680 820 1000 1200 1500 1800 2200 2700 ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS 1.Se tuvieron variaciones al cambiar de transistor? 2.EnculcircuitolasvariacionesdeIBQ,ICQ yVCEQfueronmenoresalcambiarel parmetro indicado en su respectiva tabla? 3.Enloscircuitosdepolarizacinrealizados,Fueronlosresultadosexperimentaleslos esperados? Comente. 4.Grafique IC contra VCE, as como hFE contra IC para los tres casos. 5. De acuerdo a los datos anotados en las tablas, cules son los valores ptimos para cada circuito? NOTA: Anote un punto de operacin para cada tabla. SUGERENCIAS Para el desarrollo de esta prctica, se puede emplear una dcada de resistencias, si se opta por usar sta,esrecomendablequeseverifiquequeladcadaestfuncionandocorrectamente,paraello habr que seleccionar algn valor de resistencia, luego habr que verificar con el multmetro que el valorseleccionadoenladcadaseamuysemejantealqueseestmidiendo.Pararealizaresta pruebahabrquetenerladcadaaisladadelcircuito,yaquesisehacecuandoladcadaeste conectada con el circuito, es muy probable que se midan valores de resistencias diferentes a los que se seleccionen. Esrecomendablequenosemidanresistenciascuandouncircuitoestalimentadoyquese desconectenlosmultmetrosqueestnrealizandoestafuncinyaquelaslecturastomadassern errneas, y se pueden ver afectadas otras mediciones que se estn tomando en el mismo circuito. Se debe recordar que a travs del llenado de las tres tablas se est obteniendo la recta de carga de salida de cada circuito de polarizacin, donde al variar el parmetro indicado en cada una de ellas se estar pasando por las tres regiones de operacin del transistor. Paraconocerla|(hFE)decadatransistor,sepodrhacermedianteelsiguientecircuitode polarizacin de la figura 7.6 donde la RB = 470 k. El cual se deber llevar a todas las prcticas que sea necesario. 37+-VCC= 12V+RC=1kVCEIBIEICRBRE=100 VBE+-- Figura 7.6 Circuito de polarizacin para obtener la hFE. PRCTICA VIII MEDIDAS DE BONDAD DE AMPLIFICADORES CON TRANSISTORES DE UNIN BIPOLAR A FRECUENCIAS MEDIAS OBJETIVOS: -Comprobar el funcionamiento de las configuraciones emisor comn, base comn y colector comn. -Determinar parmetros hbridos. PRE REPORTE: -Obtener medidas de bondad de las tres configuraciones mediante simulacin. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 39ANTECEDENTES TERICOS Cuando un transistor opera en la regin de activacin se comporta como un circuito lineal porlocualesconvenientehacerunmodeloconuncircuitolinealelcualnosfacilitael anlisis y diseo de los amplificadores. El modelo ms utilizado es el de la configuracin emisor comn mostrado en la figura 8.1. +Vbe-hrevcehieib+-hoe+Vce-hfeib+Vbe-hieib+Vce-hfeiba)b) Figura 8.1 a) Modelo lineal completo del BJT para la configuracin emisor comnb) Modelo simplificado. El circuito equivalente de parmetros hbridos es muy til por numerosas razones: asla los circuitosdeentradaysalida,siendoconsideradasuinteraccinporlasdosfuentes controladas;lasdospartesdelcircuitotienenunaformatal,queesfcildistinguirlos circuitos de alimentacin y carga. Losparmetrosengeneralsondiferentesparacadaconfiguracinypuedendistinguirse aadiendounaletradeidentificacincomosegundondice,porejemplohoeesla admitancia de salida para la configuracin emisor comn. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO 1Fuente de c.d.1Osciloscopio con 2 puntas de prueba 1Generador de funciones 1Multmetro digital 1Tableta Experimental 2Transistores 2N2222A -Condensadores a 25 volts (2.2 f (1), 4.7 f (1), 330 f (1))- Resistencias a 0.5 W: 3.9 k (3), 3.3 k (1), 10 k (1), 27 k (1), 47 k (2), 470 k (1)) DESARROLLO EXPERIMENTAL EVALUACINDELOSPARMETROSAPEQUEASEALDEL AMPLIFICADOR EN CONFIGURACIN EMISOR COMN1.-Identifiquelasterminalesemisor(E),base(B)ycolector(C)delostransistoresy verifique,utilizandoelmultmetroenlaposicindepruebadediodos,queoperen correctamente(pidaayudaalinstructorencasonecesario).Midaeidentifique 40cuidadosamente cada una de las resistencias a utilizar y verifique que su valor este dentro de la tolerancia especificada. Realice lo mismo con los condensadores especificados. 2.-Implementeelcircuitodelafigura8.2,midaelvoltajeylacorrientedepolarizacin (ICQ, VCEQ), los cuales debern corresponder a (2.02 mA, 4.2V), anote la corriente medida enlatablaIycorroboresusresultadostericamente.Considereuntransistor2N2222A, VCC=20V,RC=RL=Re=3.9k,R1=37k=(10k+27k),R2=47k,Ce=330f, Ci=Cs=2.2 f.

Figura 8.2. Amplificador en configuracin emisor comn 4.- Aplique seal al circuito para tener en la salida una seal de 1 Vpp sin distorsin medida en el osciloscopio y mida la seal en la base del transistor vi (coloque una resistencia Rx de 470 k en serie con el generador para provocar un divisor de voltaje con la impedancia de entrada del amplificador, como muestra la figura 8.3). Figura 8.3 Circuito para reducir la seal en la base del transistor Una vez visualizada la seal de 1Vpp en la carga, anote en la tabla I la ganancia en voltaje lograda, para ello utilice la ecuacin: pp i ioVv vvppV 1= = ATablaI.Comportamientodelagananciaenvoltajedelamplificadoremisorcomncon capacitor de desvo R1RLICQVZiZoi 37 k3.9 k 37 k 27 k3.9 k 10 k3.9 k 415.-Quitelaresistenciadecargadelcircuitoyrealicenuevamenteelpaso4,calculela ganancia y antela en la tabla I.6. Coloque nuevamente la resistencia de carga, haga R1 de 27 k y realice nuevamente el paso4.AnoteenlatablaI,lacorrientedecolectordepolarizacin(c.d)ygananciaen voltaje. Vuelva a hacer lo anterior con R1 de 10k. 7.- Vuelva a colocar la resistencia R1 de 37 k y ajuste el nivel de vo a 1 Vpp. Haga RL=0 (cortocircutela con un cable) y mida de nuevo vi cuando la fuente de seal est conectada alcircuito.Desconecteahoralafuentedesealymidavf.Calculedespejandodelas ecuaciones del divisor de tensin, el valor de la impedancia de entrada de la configuracin (Zi). X f iiR R ZZ+ + -=fivv8.- Cortocircuite el condensador Ci a tierra e inserte una resistencia de 3.9 k en serie con el generador para alimentar al circuito por la salida, tal como muestra la figura 8.4. Aplique sealalcircuitodemaneraquevc=2Vpp.Desconectelafuenteymidavf.Calculela impedancia de salida de la configuracin. 3900 R ZZf oo+ +-=fCvv Figura 8.4 Circuito para determinar la impedancia de salida para la configuracin emisor comn 9.- Deduzca el valor de la ganancia de corriente del circuito para cada caso de la tabla I, de la expresinLiRZV iA = A EVALUACINDELOSPARMETROSAPEQUEASEALDELAMPLIFICADOR EN CONFIGURACIN BASE COMN. 10.-Implementeelamplificadorenconfiguracinbasecomnmostradaenlafigura8.5. Considereuntransistor2N2222A,VCC=20V,RC=RL=Re=3.9k,R1=37k=(10k+27 k), R2=47 k. 42 Figura 8.5 Amplificador en configuracin base comn NOTA: La resistencia Rf de 3,300 se utiliza al evaluarla ganancia de voltaje v e impedancia de entrada, para proteger a la fuente de seal (esto es por el valor tan reducido de la impedancia de entrada de la configuracin base comn). 11.-Observequeelpuntodeoperacinsiguesiendoelmismoqueparalaconfiguracin emisorcomn.Obtengalasmedidasdebondad(v ,Zi ,Zo ,yi)siguiendoel procedimientorealizadoparalaconfiguracinemisorcomn,haciendoloscambios pertinentes para la terminal de entrada. Anote sus resultados en la tabla II. TablaII.Comportamientodelagananciaenvoltajedelamplificadorbasecomncon capacitor de desvo R1RLICQVZiZoi 37 k3.9 k 37 k 27 k3.9 k Las ecuaciones utilizadas sern:eoVvv= Ai fiZ 3300 RZ+ +=fevv; una vez medido ve y vfdespeje Zi. o foZ 3900 RZ+ +-=fcVV ;despejeZoalevaluarvc =6Vyvf .Notequeparaelclculodela impedanciadesalidanicamenteseestcolocandounaresistenciade3.9kentreel generadoryelcapacitorCs,recuerdequeparaobtenerlaimpedanciadesalida,deber quitar la resistencia se 3300 y colocar hacia tierra el capacitor Ce.LiRZV iA = A 43EVALUACINDELOSPARMETROSAPEQUEASEALDEL AMPLIFICADOR EN CONFIGURACIN COLECTOR COMN.12.-Implementeelamplificadorenconfiguracincolectorcomnmostradoenlafigura 8.7.Considereuntransistor2N2222A,VCC=20V,RC=RL=Re=3.9k,R1=37k=(10 k+27 k), R2=47 k. R1 ReCiR2 Rc330 FVccRL2.2 F2.2 F 10 kCoRfGenerador de funcionesvf+Vo-+-vi Figura 8.7 Amplificador en configuracin colector comn 13.-Observequeelpuntodeoperacinsiguesiendoelmismoqueparalaconfiguracin emisorcomn.Obtengalasmedidasdebondad(v ,Zi ,Zo ,yi)siguiendoel procedimientorealizadoparalaconfiguracinemisorcomn,recuerdehacerloscambios pertinentes para la terminal de salida. Anote sus resultados en la tabla III. TablaIII.Comportamientodelagananciaenvoltajedelamplificadorcolectorcomncon capacitor de desvo R1RLICQVZiZoi 37 k3.9 k 37 k 10 k3.9 k Las ecuaciones correspondientes a la configuracin colector comn son: ) R (R h h) R (R hL e fe ieL e fe+= AV )) R (R h (h R ZL e fe ie BB i+ =) )) R (10000 (R (h R Zf BB ib e o+ + =NOTA: Observe que al evaluar la impedancia de entrada e incluso la ganancia de voltaje. Se inserta enserieconelgeneradordesealesunaresistenciade10kparapoderevaluarZiutilizandoel principiodedivisoresdetensin.CuandoseevalalaimpedanciadesalidaRosedebeponeren serie con el generador una resistencia de 680 para evitar que sta se dae debido al valor tan bajo que se encontrar. PRCTICA IX DISEO DE AMPLIFICADOR EMISOR COMN OBJETIVOS: -Establecer mtodos para el diseo del amplificador emisor comn. PRE REPORTE: -Realizar el diseo del amplificador contenido en la prctica. -Obtencin de las medidas de bondad del amplificador mediante simulacin. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 45ANTECEDENTES TERICOS Cuandoseanalizaunamplificadorcontransistoresseconocenlosvaloresdelos componentes,talquedeacuerdoalaconfiguracinanalizadaesposibledeterminarel comportamientoapequeasealdelamplificador.Encontrapartecuandosediseaun amplificador se parte de un comportamiento a pequea seal deseado y con base en ello se obtienen los valores de los componentes requeridos para lograr dicho comportamiento.Losrequerimientosdediseoestablecenelcomportamientodeseado,elcualpuede describirseapartirdeunagananciaenvoltajeocorrienteespecfica,potenciadesalida deseada, o bien una determinada impedancia de entrada o salida; el parmetro especificado depender de la aplicacin que se le dar al amplificador a disear. Es comn que dentro de los requerimientos de diseo se conozca el valor de la resistencia de carga. Unavezdeterminadolosrequerimientosquedebercumplirelamplificadoradisearse procede a determinar la configuracin de diseo y el tipo de transistor a utilizar. En cuanto a la configuracin de diseo, cabe mencionar que la configuracinemisor comn amplifica voltaje y corriente, la base comn slo amplifica voltaje y el colector comn slo amplifica corriente.AstambinrecordemosqueconeltransistorBJTesposiblelograrmayores ganancias,yporotroladoelFETtieneunamuyaltaimpedanciadeentradayunmayor ancho de banda. Noexisteunmtodonicodediseo,porloquedeacuerdoaconfiguracinadisearylosrequerimientossepuedeestablecerunprocedimientopropio,siempreycuandose cumplaconlasecuacionesqueestablecenelcomportamientoapequeaygranseal.As tambin podemos ver que dentro del proceso de diseo de amplificadores de baja potencia, secalculanprimerolosvaloresdeloselementosresistivosparaquesecumplaun comportamientoapequeasealyfinalmentesecalculanloselementoscapacitivosde existir para que el amplificador cumpla con un determinando ancho de banda.Elprocesodediseodescritoenlapresenteprcticaserefiereaunamplificadoremisor comn con capacitor de desvo y polarizado mediante divisor de voltaje con una sola fuente dec.d.,presentandonicamenteunprocedimientoparacumplirconuncomportamientoa pequea seal y considerando que se trabaja al amplificador dentro de su ancho de banda. Estetipodeamplificadoremisorcomnesaplicadocuandoserequiereunagananciaen voltaje del orden de los cientos, en caso de requerir una ganancia en voltaje en orden de las decenas o unidades se sugiere agregar una resistencia en emisor que no este desviada. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO1 Fuente de c.d.1 Osciloscopio1 Generador de seales1 Multmetro1 Tableta experimental1 Transistor 2N2222A-Capacitores a 25 volts (10 F (2), 330 F (1)) 46-Resistencias de de watt segn diseo II. DESARROLLO EXPERIMENTAL1.Disee un amplificador emisor comn con capacitor de desvo, como el de la figura 9.1, para una carga de 4.7 k y ganancia en voltaje de 200. Figura 9.1 Amplificador emisor comn con capacitor de desvo PROCEDIMIENTO DE DISEO a)Para mxima transferencia de potencia haga RC=RL b)Unavezconocidalagananciarequeridaylacarga,atravsdelaecuacinque definelagananciaenvoltajedelaconfiguracinemisorcomnconcapacitorde desvo, calcule la ICQ requerida para que el amplificador se comporte de acuerdo a las caractersticas de diseo descritas. Considere n = 1 y VT = 26 mV. ( )L C m VR R g = A ; TCQmnVIg =c)Considerando la amplitud de la seal de salida pico calcule el VCEQ, busque en las hojas de especificaciones el VCEsat para la ICQ de diseo. CEsat P CEQV V V + =; ca CQ pR I V - - = 9 . 0d)Proponga Vcc= 1.8 * ICQ * RC , ajustndolo al siguiente valor entero. e)Determine RE mediante la siguiente ecuacin: E CCCcd caCCCQR RVR RVI+=+=5 . 1 L C caR R R =y C E cdR R R + =f)Ajuste RE al siguiente valor comercial (menor que RE calculada en caso de requerirse). Con esta RErecalcule CE C E CQ CCV R R I V + + = ) ( 47g)Determine RBB asegurndose que el sistema sea estable, busque en las hojas de especificaciones la del transistor utilizado. ER 0.1 Rmin BB = ;tip| | 7 . 0min =h)A travs de la ecuacin de la malla de entrada encuentre VBB ) (|BBE CQ BE BBRR I V V + + =i)Determine R1 y ajstela al valor comercial mayor ms cercano, que pueda implementar con no ms de 2 resistencias. ||.|

\|=CCBBBBVVRR11 j)Finalmente determine R2 ||.|

\|||.|

\|= 11 2BBCCVVR R2.Verifique experimentalmente que elpunto de operacin ICQ, VCEQ corresponda al valor de diseo. 3.Apliquesealalcircuitoparatenerenlasalidaunasealde1Vppsindistorsin medidaenelosciloscopioymidalasealpicoapicoenlabasedeltransistorvi (es posible que requiera colocar una resistencia en serie con el generador para provocar un divisordevoltajeconlaimpedanciadeentradadelamplificador,comomuestrala figura 9.2.DetermineRXconbaseeneldivisordevoltajeformadopor(RX+Rf)ylaimpedanciade entrada del amplificador; adems del nivel de seal requerido en la base. VfRfRXCiGenerador de funciones Conectar a la base del transistor Figura 9.2 Circuito para reducir la seal en la base del transistor Una vez visualizada la seal de 1 Vpp en la carga, calcule la ganancia de voltaje del circuito de la ecuacin: ppi ioVv vvppV 1= = A4.Haga RL=0 (cortocircutela con un cable) y mida de nuevo vi cuando la fuente de seal estaconectadaalcircuito.Desconecteahoralafuentedesealymidavf.Calculeel valor de la impedancia de entrada del amplificador Zi, despejando de las ecuaciones del divisor de tensin: 48X f iiR R ZZ+ +=fivvConociendo el valor de la impedancia de entrada del amplificador encuentre hie. ie BB ih R Z =5.CortocircuiteelcondensadorCiatierraeinserteunaresistenciaenserieconRfde4.7 k,comomuestralafigura7.3.Apliquesealalcircuitodemaneraquevc=2Vpp. Desconecte la fuente y mida vf.

Figura 7.3 Circuito para determinar la impedancia de salida para la configuracin emisor comn 6. Calcule la impedancia de salida del amplificador mediante 4.7k R ZZf oo+ +=fcvvCalcule la admitancia de salida del transistor hoe despejando de la ecuacin ) (1/h R Zoe c o =7. De la expresin de ganancia de voltaje del circuito ieoeL C feh)h1R (R h = = AioVvv yconlosresultadosexperimentalesobtenidosdev,hieyhoe,evalelagananciade corriente a pequea seal hfe del transistor para este circuito. Compare su resultado con el valor especificado por el fabricante. 8. De la expresin BQITVhieq= ; donde TV = 25.8 mV, deduzca el valor de del transistor.9. De la expresinLiRZV iA = ADeduzca el valor de la ganancia de corriente del circuito. 49SUGERENCIAS Para todos los diseos que se haga es recomendable se simulen antes de realizarlos prcticamente; el paquete computacional ms adecuado para hacerlo es el Pspice para Windows. Paraverificarqueeldiseofuncionadecuadamente,losvaloresdecorrientesyvoltajede polarizacinlogrados simulada y prcticamente (IC y VCE) debern ser muy parecidos a los que se obtengandeformaterica.Astambinelcomportamientoprcticoapequeasealdeberestar acorde a las especificaciones de diseo. PRCTICA X DISEO DE AMPLIFICADOR COLECTOR COMN OBJETIVOS: -Establecer mtodos para el diseo del amplificador colector comn. PRE REPORTE: -Elaborar diseo y comprobar su funcionamiento mediante simulacin. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 51ANTECEDENTES TERICOS Engeneralelprocesodediseodeunamplificadorimplicaelobtenerlosvalores adecuadosdeloselementosparaqueestetengauncomportamientoapequeaseal determinadosegnlaaplicacin.Usualmenteunamplificadorcolectorcomnotambin llamadoseguidoremisor,esaplicadoparaacoplarimpedancias,loquesignificaquesu ganancia en voltaje deseada tender a ser unitaria. Con el requerimiento a pequea seal de V unitaria y el conocimiento de la resistencia de carga, a travs del procedimiento de diseo descrito en esta prctica, se puede obtener los valoresdeloselementosresistivosqueconstituirnelamplificadorcolectorcomn.Es importantesealarqueeldiseoaquexpuestoconsideraquelasealdeentradaestar dentro del ancho de banda, por lo que no se dimensionan los elementos capacitivos. La seleccin del transistor BJT a utilizar depender de la ganancia en corriente deseada y/o potencia a disipar. I. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO 1Fuente de c.d. 1 Osciloscopio1 Generador de seales1 Multmetro1 Tableta experimental1 Transistor 2N2222A-Capacitores a 50 volts (2-10F) -Resistencias de de watt segn diseo DESARROLLO EXPERIMENTAL1.Diseeunamplificadorcolectorcomn,comoeldelafigura10.1,paraunacargade 4.7 k, tal que se tenga una salida de 10 Vpp, y sea estable a cambios de . Figura 10.1 Amplificador colector comn 52PROCEDIMIENTO DE DISEO a)ObtenerlaICQrequeridaparaqueelamplificadorsecomportedeacuerdoalas caractersticas de diseo descritas. Para mxima transferencia de potencia haga Re=RL, para la obtencin de ICQ utilice la ecuacin que determina la mxima amplitud pico-pico para la configuracin ca CQ oppR I V - - = 8 . 1 ; L e caR R R =NOTA:elamplificadorcolectorcomnusualmenteesutilizadocomoacopladorde impedancias,detalformasedeseaquelagananciaenvoltajeseaaproximadamentela unidad, para ello verifique que la ICQ obtenida haga que la hie sea por lo menos diez veces menor que (+1)(ReRL) b)CalcularVCEQconsiderandoqueelvoltajepicoeslamitaddelvoltajepico-picode salida deseada. Busque en las hojas de especificaciones el VCEsat para la ICQ de diseo. CEsat P CEQV V V + = ;Vp=Vpp/2 c)Calcule VCC mediante el anlisis de cd en la malla de salida CEQ e CQ CCV R I V + = ) (d)ParaqueelsistemaseaestableacambiosdecalculeRBBdeacuerdoalasiguiente ecuacin e BBR R | 1 . 0 =e)A travs de la ecuacin de la malla de entrada encuentre VBB ) (|BBe CQ BE BBRR I V V + + =f)Determine R1 y ajstela al valor comercial mayor ms cercano, que pueda implementar con no ms de 2 resistencias. ||.|

\|=CCBBBBVVRR11 g)Finalmente determine R2 ||.|

\|||.|

\|= 11 2BBCCVVR Rh)Calcule la impedancia de entrada, ganancia en voltaje y corriente obtenida para el amplificador colector comn diseado. | | ) R 1)(R ( h R ZL e ie BB i+ + =( )( )L e ieL eR R hR R += Av 53LiRRv i A = A2.Verifiqueexperimentalmente que elpunto de operacin ICQ, VCEQ corresponda al valor de diseo. 3.Apliquesealalcircuitoparatenerenlasalidaunasealde1Vppsindistorsin medida en el osciloscopio y mida la seal pico a pico en la base del transistor Vi. Una vez visualizada la seal de 1 Vpp en la carga, calcule la ganancia de voltaje del circuito de la ecuacin: ppippioVvVvv1= = A4.Haga RL=0 (cortocircutela con un cable), y agregue una resistencia RX en serie a Rf de la magnitud de Zi terica calculada en el inciso h (aproxmela a un valor comercial), ver figura10.2.Midadenuevovicuandolafuentedesealestaconectadaalcircuito. Desconecteahoralafuentedesealymidavf.Calculeelvalordelaimpedanciade entrada del amplificador Zi, despejando de las ecuaciones del divisor de tensin: X f iiR R ZZ+ +=fbvvConociendo el valor de la impedancia de entrada del amplificador (expresada en el inciso h) encuentre hie. Figura 10.2 Circuito para reducir la seal en la base del transistor 5.CortocircuiteelcondensadorCiatierraeinserteunaresistenciaenserieconRfde1 k,comomuestralafigura10.3.Apliquesealalcircuitodemaneraquevc=2Vpp. Desconecte la fuente y mida vf.Calcule la impedancia de salida del amplificador mediante k R ZZ VVf oo fc1 + +=6.Con los resultados experimentales obtenidos de v, Zi deduzca la ganancia de corriente lograda para el circuito diseado.LiRZ- A = AV i 54 Figura 10.3Circuito para determinar la impedancia de salida para la configuracin colector comn PRCTICA XI CURVAS CARACTERSTICAS DEL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (FET) OBJETIVOS:-Obtener la caracterstica de salida del transistor de efecto de campo (JFET). -Obtener la curva de ID VGS del transistor de efecto de campo (JFET). PRE- REPORTE: -Investigar funcionamiento del FET. -Llevar hojas de especificaciones del FET utilizado en la prctica. -Realizar toda la prctica mediante simulacin. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 56ANTECEDENTES TERICOS El FET es un dispositivo de tres terminales que contiene una unin bsica p-n y que puede construirsecomounFETdeunin(JFET)ounsemiconductormetal-xidoFET (MOSFET).Loscircuitosintegradosengrandeymuygrandeescalaseconstruyen principalmente utilizando transistores MOSFET. La estructura fsica y el smbolo del JFET se muestran en la figura 11.1. Figura 11.1 Estructura fsica y smbolo de un JFET:a) Canal n,b) Canal p Enlafigura11.2seobservanlascurvascaractersticasdeltransistorJFET,lascualesson ungrficodelacorrientededrenador(ID),comounafuncindelvoltajecompuerta-surtidor (VGS); ver figura 11.2b; as como las curvas caractersticas de salida (VDS-ID) para diferentes valores de VGS; ver figura 11.2a. Figura 11.2 Curvas caractersticas del JFET: a) De transferencia ; b) De salida Dos puntos importantes a observar en la caracterstica de transferencia son los valores IDSS y VP, el primero se da para VGS = 0 y es la mxima corriente (ID) que puede circular por el JFET, y el segundo cuando VGS = VP es el voltaje necesario para cerrar el canal o sea que ID= 0.La ecuacin del comportamiento del JFET es: 2) 1 (pGSDSS DVVI I = , siendo IDSS y VP valores constantes dados por el fabricante. 57MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO 1Fuente de c.d. 2Multmetros 1Tabla experimental 1Resistencia a W de 2.2 k1Transistor JFET 2N5458 DESARROLLO EXPERIMENTAL OBTENCIN DE LAS CURVAS CARACTERSTICAS PARA EL JFET. 1.Arme el circuito de la figura 11.3. Figura 11.3 JFET de canal-n 2.Conforme los valores de la tabla I, vare el valor de la fuente VDD y mida los valores de ID y VDS, para cada valor de VGS. Tabla II. Mediciones para obtener las curvas caractersticas del JFET. VGS=0VGS=-0.5VGS=-1VGS=-1.5VGS=-2VGS=-3VGS=-5 VDD(V) IDVDSIDVDSIDVDSIDVDSIDVDSIDVDSIDVDS 0 0.5 1 2 3 5 7 9 12 15 18 20 58ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS: 1. Con los datos obtenidos en la tabla I, grafique la caracterstica de salida para el JFET de canal n como se muestra en la figura 11.2b. 2. Identifique la regin de triodo, de corte y de saturacin en la caracterstica de salida. 3.ParaunvalorVDSconstante,tomedelagrficalosvaloresdeVGSeIDygrafiquela caracterstica VGS ID como en la figura 11.2a. 4. De esta segunda grfica, obtenga los valores IDSS y VP. 5. Investigue qu parmetros proporciona el fabricante de los transistores JFET. SUGERENCIAS: Paraelllenadodelatabla1,recuerdequesedebedeajustarelVGSavoltajesnegativos.Estose puedelogrardediferentesmaneras,unadeellasesseleccionarelmodoseriedelafuentedec.d., donde quedar una tierra comn (esta se puede tomar de la terminal positiva o negativa que quedan adjuntasentrelasfuentesvariablesAyB),unvoltajepositivo(laterminalrojasobrante)yun voltajenegativo(laterminalnegrasobrante),paraestemododeoperacinsetendrelmismo voltajeenambasterminalesperoconsignocontrario,lamagnituddelvoltajesecontrolaraconla fuente A y la fuente B habr que ponerse en cero para evitar errores (puede marcarse un corto, si la fuente B esta en un valor mayor que A). OtraformadelograrunvoltajenegativoconlafuentedeC.D.,esuniendolasterminales adyacentes(positivaynegativa)entrelasfuentesvariablesAyB,yseleccionandoelmodo independiente en la fuente. De esta unin se obtendr la tierra comn, en la terminal positiva sobrante habr un voltaje positivo (VDD) y en la terminal negativa restante quedara un voltaje negativo (VGG), que ser el que se tendr quevariarparaajustarelVGSalvalornegativocorrespondiente.Lacualidaddeestemodode operacinesquelamagnituddelosvoltajesesindependienteyseajustanconlaperrilla correspondiente. Recuerde que con los datos de la tabla 1, se recuperar la curva de transferencia (Figura 11.2a) y las curvas caractersticas de salida (Figura 11.2b) del JFET. PRCTICA XII POLARIZACIN Y PEQUEA SEAL DE AMPLIFICADORES CON TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (FET) OBJETIVOS:-Observar los diferentes circuitos de polarizacin de transistores de efecto de -campo (FET). -Obtener la recta de carga de salida. -Relacionarelpuntodepolarizacinconlarespuestaapequeasealdel amplificador. -Visualizarelcomportamientodelasconfiguracionesfuentecomnydrenaje comn. PRE- REPORTE: -Llevar hojas de especificaciones de los dispositivos utilizados. -Realizar la prctica mediante simulacin para presentar resultados de polarizacin y comportamiento a pequea seal. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 60ANTECEDENTES TERICOS Aligualquelostransistoresdeuninbipolar(BJT)lostransistoresdeefectodecampo (FET)debencontarconpolarizacinenc.d.,lacualpermitedeterminarlareginde operacin del dispositivo de acuerdo a la aplicacin requerida. EnlapolarizacindeFETssepuedenemplearalgunosmtodosqueseutilizanenlos BJTs, sin embargo no todas resultan adecuadas ya que el funcionamiento bsico de ambos transistores son diferentes: ElBJTesundispositivocontroladoporcorriente;esdecir,lacorrientedesalida (IC) est en funcin de la corriente de entrada (IB) y la relacin entre ellas es lineal y depende de la hfe. El FET es un dispositivo controlado por voltaje; la corriente de salida (ID) depende del voltaje de entrada (VGS) y la relacin entre estos parmetros no es lineal. Tambin en el FET la recta de carga determina el punto de operacin del transistor tal como se observa en la figura 12.1, en donde se considera la regin de corte (ID =0) y el nivel de saturacin (ID =IDSS/2). Figura 12.1 Curva de transferencia y recta de carga de c.d. Tanto en el BJT como en el FET, el punto de polarizacin, especficamente la corriente de salida, fija la transconductancia (gm) del dispositivo, lo que determinar el comportamiento apequeasealsegnlaconfiguracinutilizada.Latransconductanciaesunamedidadel cambio en la corriente de drenaje para un cambio en la tensin compuerta-fuente, esta vara de acuerdo al punto de polarizacin y se puede obtener a travs de: )VV(1V2IgPGSpDSSm= MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO: 1Fuente de c.d.1Osciloscopio con 2 puntas de prueba 1Generador de funciones 2Multmetros 611Tableta experimental 1Transistores 2N5458 1Dcada de resistencias - Resistencias a W (2.2 k (1), 4.7 k (3), 470 k (1), 1M (1), 1.5M (1), 2.2 M (1)) - Condensadoresa 25V (1F (1), 4.7f (2)) DESARROLLO EXPERIMENTAL: 1.Identifiquelasterminalesfuente(S),drenaje(D)ycompuerta(G)deltransistory verifique,utilizandoelmultmetroenlaposicindepruebadediodos,queopere correctamente (pida ayuda al instructor en caso necesario). 2.Implemente el circuito de la figura 12.2. utilizando RD=2.2 k, VDD=15V y VGG para lograr los valores de VGG mostrados en la tabla I. Figura 12.2 Circuito de polarizacin mediante polarizacin fija 3.Mida y anote la corriente ID y el voltaje VDS correspondiente a cada VGS. Tabla I. Mediciones para el circuito de la figura 12.2 VGSIDVDSRDS 0 -0.5 -0.8 -1.0 -1.2 -1.5 -1.8 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0 -4.5 -5.0 624.Implementeelcircuitopolarizadomediantedivisordevoltajedelafigura12.3., coloqueRD=RS=4.7k,R2=470k,VDD=25V,R1=dcadaderesistencias.Observeenla tabla II los valores que debe tomar R1. RDVDD+-VDIDGDSRS R1R2VG+-+-VS Figura 12.3 Circuito de polarizacin mediante divisor de voltaje 5.DeacuerdoalosvaloresdeR1quesemuestranenlatablaII,midalosvaloresde voltaje VGS, VDS y la corriente de salida ID. Calcule la resistencia esttica del transistor RDS. DDSDSIVR =Tabla II. Mediciones para el circuito polarizado mediante divisor de voltaje R1(k)VGSIDVDSRDS 4.7 6.8 8.2 10 56 82 100 390 560 820 1000 1500 2200 6.Complemente el circuito anterior para trabajarlo a pequea seal de acuerdo a la figura 12.4, la seal vi deber ser una seal senoidal proporcionada por el generador de funciones aunafrecuenciade1kHzyamplitudde200mV.AdemsRL=4.7k,Ci=Co=1F, CD=4.7F. 63 Figura 12.4 Amplificador fuente comn con capacitor de desvo. 7.ObtengalagananciaenvoltajeparavaloresdeR1 de4.7k,100ky2200k, antelosenlatablaIII.Prcticamentelagananciaenvoltajeeslarelacindelvoltajede salida vo y el voltaje de entrada vf. 8.QusucedeconlagananciaenvoltajedelamplificadoralvariarR1?,Notecomo cuando VGS disminuye, la transconductancia aumenta y por lo tanto la ganancia en voltaje del amplificador aumenta. Compare la ganancia terica con la obtenida prcticamente, y a partir de ello calcule rd. ) R R (r gL D d m = AV 9.PorquparaR1de2200kenvezdeamplificarelcircuitoatena?,relacionesu respuesta con la impedancia de salida del transistor (rd). 10.Enelcircuitodelafigura12.4,coloqueenR1 laresistenciade4.7kyquitela resistencia de carga. Obtenga el valor de la ganancia de voltaje, concluya qu sucede. TablaIII.Comportamientodelagananciaenvoltajedelamplificadorfuentecomncon capacitor de desvo R1VGSgmVrd 4.7 k 100 k 2200 k 11.Implementeelamplificadordrenajecomndelafigura12.5.UtilizandoRD=RS=4.7 k, R2=470 k, VDD=25V. Ajuste el generador de seales para proveer una seal senoidal de amplitud igual a 1 Vp a 1 KHz. Vare R1 de acuerdo a la tabla IV. 12.Obtenga la ganancia en voltaje de esta configuracin para las diferentes R1 y antelas en la tabla IV. 13.Concluya con respecto a su comportamiento. ) ( 1) (L S mL S mR R gR R gv+= A 64RDVDD+-voGDSRS R1R2RLCoCiRfGenerador de funcionesvf+-CDvGS Figura 12.5 Amplificador drenaje comn con capacitor de desvo. TablaIV.Comportamientodelagananciaenvoltajedelamplificadordrenajecomncon capacitor de desvo R1V 4.7 k 100 k 2200 k ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS 1. Consulte los manuales para obtener el valor de IDSS y VP que proporciona el fabricante de acuerdo al FET utilizado en la prctica. 2. Grafique la curva de transferencia para cada circuito de polarizacin. 3. De acuerdo a las grficas obtenidas en el punto anterior trace la recta para cada circuito de polarizacin. 4.InvestigueelmodeloequivalentedeCDparaelFETcuandosecomportacomouna fuente de corriente y cuando se comporta como una resistencia. 5.Realiceelanlisistericoparaobtenerlasmedidasdebondaddelasconfiguraciones fuente comn y drenaje comn contenidas en la prctica. SUGERENCIAS ParaajustaralosvaloresdeR1quesepidenenlatablaIIsepuedeemplearunadcadade resistencias, pero los ltimos cuatros valores de R1 que se requieren la tabla no se podrn lograr con la dcada, por lo que habr que usar resistencias con los valores especificados. Con los datos que se obtengan el las tablas I y II, se recuperar la curva de transferencia del JFET (Figura 12.1). PRCTICA XIII DISEO DEL AMPLIFICADOR FUENTE COMN OBJETIVOS:-Disear amplificadores fuente comn -Comprobar medidas de bondad de amplificadores fuente comn PRE- REPORTE: -Realizar diseo del amplificador contenido en la prctica. -Obtener mediante simulacin las medidas de bondad del amplificador diseado. ID Pre_reporte Trabajo en equipo Revisin Evaluacin 66ANTECEDENTES TERICOS Dadalascaractersticasfsicasdelosamplificadoresdeefectodecamposeconoceque estostiposdetransistoresposeenunamuyaltaimpedanciadeentrada(109),porloquela corriente de entrada en la terminal de compuerta es nula, por lo tanto se pueden hacer dos afirmaciones: 1)Lasealdesalida(corrienteendrenaje)dependedelamagnituddevoltajeenla entrada 2)La corriente en la terminal de drenaje y fuente son de la misma magnitud. Elparmetroquerelacionalacorrientedesalidaconelvoltajeenlaentradaesconocidocomo transconductancia, la cual se puede calcular a travs de la ecuacin 12.2 ) 1 (2pGSpDSScte VDSGSDmVVVIVIg - =AA=> (12.1) En las hojas de especificaciones del fabricante podemos obtener el valor de la corriente de drenaje a fuente de saturacin (IDSS) y el voltaje de oclusin (Vp), se encuentran como IDSS y VGSoffrespectivamente.Deigualformaelfabricanteproporcionalaimpedanciadesalida (rd), la cual se encuentra en el rango de 100 k a 20 k, comnmente aparecen como yos. El modelo a pequea seal a frecuencias medias para un transistor de JFET es descrito a partir de la transconductancia e impedancia de salida del transistor, como se muestra figura 13.1. Figura 13.1 Modelo a pequea seal del JFET a frecuencias medias. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO1 Fuente de c.d.1 Osciloscopio1 Generador de funciones1 Multmetro1 Tableta experimental1 Transistor 2N5458-Capacitores a 25 volts (1F (2), 4.7F (1)) -Resistencias de de watt segn diseo 67 DESARROLLO EXPERIMENTAL1.Disee un amplificador fuente comn, como el de la figura 13.1, para una carga de 10 k y que se tenga una seal de salida de 10 Vpp, utilice el transistor 2JN5458. Figura 13.1 Amplificador fuente comn con capacitor de desvo. PROCEDIMIENTO DE DISEO a)ObtengalaIDQrequeridaparalograrlaexcursindesalidapicodeseada(vop),con este valor seleccione el transistor a utilizar buscando que la IDSS tpica sea al menos 4vecesmayorquelaIDQrequerida.Paramximatransferenciadepotencia considere RD igual a RL. ca DQR I - =opv ; L D caR R R = Para la prctica nicamente verifique que la IDQ quede dentro del rango especificado. b)Para dar asegurar el cumplimiento de la excursin se dar un margen del 20% a la corriente de drenaje de polarizacin utilizada para los clculos del diseo. DQ DQI * 1.2 I =c)Calcule la corriente de drenaje pico mxima y mnima. )RV( I IcaopDQ Dmin = )RV( I IcaopDQ Dmax+ = d)CalcularelVGSquesetendraenlosnivelesdecorrientemnimoymximo. Utilizar el voltaje de estrechamiento y corriente de drenaje a fuente de saturacin en los niveles de sus curvas mnimas y mximas segn corresponda. minminmin min1 (IDSSIV VDp GS = ) maxmaxmax max1 (IDSSIV VDp GS = ) e)CalcularelvalordeRSutilizandolospuntosmximosymnimos.Ajustealvalor comercial ms cercano que pueda implementar con no ms de dos resistencias. 68min maxmin maxDQ DQGS GSSI IV VR=f)Obtener VDSQ utilizando el voltaje mximo de estrechamiento Vp. opv + + =GSmaxPmax DSQV V V ; g)Obtener VDD mediante el anlisis de cd en la malla de salida. DSQ S D DQ DDV R R I V + + = ) (h)A travs de la ecuacin de la malla de entrada calcular VGG para cumplir el punto de polarizacin requerido. max max GS S DQ GGV R I V + = ;i)Conlaimpedanciadeentradadeseada,considrelade100k,determineR1y ajstela al valor comercial mayor ms cercano, que pueda implementar con no ms de 2 resistencias.||.|

\|=DDGGGGVVRR11 j)Finalmente determine R2 ||.|

\|||.|

\|= 11 2GGDDVVR Rk)Calcule el rango en el cual se debe encontrar la ganancia en voltaje del amplificador fuente comn diseado. ) (LD mR R g v = A ; )VV(1V2IgpGSpDSSm = 2.Ajuste el generador de seales a 1 kHz y amplitud suficiente para que vo= 1Vpp. Mida la sealvf(picoapico)utilizandoelosciloscopioycalculelagananciadevoltaje experimental.ppf fov vvvppV 1= = A3.Una vez ajustado a 1 Vpp la seal de voltaje en la terminal de drenaje (vo), desconecte la carga y vuelva a medir el voltaje pico a pico en la terminal de drenaje (vsl). Calcule la impedancia de salida Ro del amplificador utilizando el principio de divisor de tensin y el equivalente de thvenin en la salida del circuito, como se muestra en la figura 13.2. Figura 13.2 Circuito para calcular impedancia de salida. 69) R (RR *V 1O LLpp+= =ppslovv4.Utilizando el circuito de la figura 13.3 con interruptor cerrado para vo = 1 Vpp, mida vf (observequesehaaadidounaresistenciade100kenserieconlafuentedeseal) para medir vi. Enseguida abra el interruptor y mida vf. Utilice de nuevo el equivalente de thvenin y divisores de tensin para evaluar la impedancia de entrada del circuito. Figura 13.3 Circuito para evaluar la impedancia de entrada. R R k 100 R * R R R *i fii fi+ +=+=f fiv vv ObservequeRieselparalelodelaimpedanciadeentradadelaconfiguracinfuente comn con la impedancia de entrada del osciloscopio, y Rx es el paralelo de la impedancia de entrada del transistor con RGG.osc x iR R R = ;i GG xR R R =5.Calcule la ganancia en corriente de la configuracin. LiRRv i A = A