pract 4 revisada y completa
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
UNIVERSIDAD DE FALCÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESPECIALIDAD: INGENIERÍA ELECTRÓNICA
MENCIÓN: TELEMATICA
CÁTEDRA: LAB ELECTRÓNICA I
DOCENTE: ING ARLAID EDUARTE
INFORME N° 4
AMPLIFICADOR EMISOR COMUN.
Integrantes:
Loreto, Bethania
19.648.098
Matheus, Andres
20.254.251
Punto fijo, 15 Febrero 2012
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INDICE
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………… 3
MARCO TEÓRICO…………………………………………………………………….. 4
OBJETIVOS, MATERIALES , EQUIPOS UTILIZADOS Y TABLA DE VALORES
NOMINALES Vs REALES ………………………………………..……………….…... 8
EXPERIENCIAS REALIZADAS .…………....………………………………………. 9
ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………………………………....12
MEJORE SUS CONOCIMIENTOS…………...………………………………………. 15
SUGERENCIAS O RECOMENDACIONES……...……………………………….…. 20
CONCLUSIONES………………………………………....…………………………….. 21
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………………. 22
ANEXOS…………………………………………………………………….……………………. 23
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INTRODUCCIÓN
La polarización de un transistor es la responsable de establecer las corrientes y
tensiones que fijan su punto de trabajo en la región lineal (bipolares) o saturación (FET),
regiones en donde los transistores presentan características más o menos lineales. Al aplicar
una señal alterna a la entrada, el punto de trabajo se desplaza y amplifica esa señal. El
análisis del comportamiento del transistor en amplificación se simplifica enormemente
cuando su utiliza el llamado modelo de pequeña señal obtenido a partir del análisis del
transistor a pequeñas variaciones de tensiones y corrientes en sus terminales. Bajo
adecuadas condiciones, el transistor puede ser modelado a través de un circuito lineal que
incluye equivalentes Thévenin, Norton y principios de teoría de circuitos lineales. El
modelo de pequeña señal del transistor es a veces llamado modelo incremental de señal.
Para que una señal sea amplificada tiene que ser una señal de corriente alterna. La señal alterna es
la señal a amplificar y la continua sirve para establecer el punto de operación
del amplificador. Este punto de operación permitirá que la señal amplificada no sea
distorsionada.
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MARCO TEÓRICO
Modos de polarizar un transistor bipolar.
* Polarización fija o de base.
* Polarización por retroalimentación al emisor
* Polarización por retroalimentación al colector
* Polarización por división de tensión.
La polarización por división de tensión es ampliamente utilizada en circuitos lineales, por
este motivo algunas veces se les conoce como polarización universal. Las resistencias R1 y
R2 forman un divisor de tensión del voltaje VCC la función de esta red es facilitar la
polarización necesaria para que la unión base-emisor este en la región apropiada. Este tipo
de polarización es mejor que las anteriores ya mencionadas, proporciona estabilidad del
punto de operación con respectos de cambios en β.
En la terminal de la base existen dos mallas por lo que se empleara el teorema de Thévenin
para simplificar a una sola malla. Como se ve en la siguiente figura:
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Donde y
Aplicando LVK en la malla de base
(
)
Como
A temperatura de ambiente Ic depende únicamente de β. Si queremos que Ic sea casi
independiente de β es necesario que
Para que
Al aplicar la 2ª Ley de Kirchhoff a la malla formada por la tensión de alimentación,
resistencia de colector, colector y emisor, se obtiene la relación entre la corriente de
colector y la tensión colector – emisor, dependiendo de la resistencia de carga (Rc). Refleja
todos los puntos posibles de funcionamiento que pueden darse cumpliendo la ecuación de
malla del colector. Para definir la recta de carga, se hallan los dos puntos de intersección de
la recta con los ejes.
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El diseño de un amplificador está sujeto a tres variables fundamentales; el transistor, la
ganancia β y la temperatura.
Importancia de la ubicación del punto “Q” de un amplificador.
Radica en el hecho de que al situar el punto “Q” de manera que la señal sea simétrica
con respecto al mismo, se tendrá máxima excursión de la señal de entrada y se aprovechara
al máximo la misma para obtener una alta ganancia. Si colocamos el amplificador en el
punto “Q” se obtendría también las óptimas condiciones de trabajo para el transistor ya que
trabajaría en la zona activa.
Factores que producen distorsión de la salida de un amplificador, la señal aplicada en la
base produce una corriente en el emisor. Esta corriente alterna de emisor tiene la mismafrecuencia que la tensión alterna de base. Además la forma de onda se mantiene casi igual
con la pequeña diferencia que en el emisor se presenta una pequeña distorsión, ya que no es
una réplica perfecta de la señal de base, hay un pequeño alargamiento en el ciclo positivo y
a su vez una compresión en el ciclo negativo, a este efecto se le llama distorsión.
Si hacemos un análisis para señal del amplificador PDT obtenemos lo siguiente al eliminar
la fuente de poder DC y cortocircuitar los condensadores.
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Se realiza el circuito híbrido π del circuito anterior.
Se halla la impedancia de base, entrada y salida.
Se halla la ganancia del amplificador PDT.
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OBJETIVOS:
1. Evaluar la operación dinámica de un amplificador emisor común.
2. Determinar la ganancia de Tensión de un amplificador emisor común.
3. Evaluar la operación en reposo del transistor.4. Determinar la impedancia de entrada y salida del amplificador PDT.
5. Determinar la ganancia de corriente (β) del amplificador PDT.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS:
- 1 Fuente de poder DC variable.
- Generador de Funciones.
- Osciloscopio.
- Transistor 2N3904.
- Resistores (R1= 200KΩ, R2= 19.5KΩ, Rc= 5.6KΩ, Re= 0.375KΩ, RL= 4.7KΩ;
½ W).
- Capacitores: 2 de 10µF / 25,50 o 100V, 100µF / 100V
- V.O.M digital.
TABLA DE VALORES NOMINALES Vs REALES:
DESCRIPCIÓNVALOR
NOMINAL
VALOR
REAL
R1 200KΩ 198,8KΩ
R2 19.5K 19.61KΩ
RC 5625Ω 5,61KΩ
RE 375Ω 393Ω
RL 4.7KΩ 4.61KΩ
TRANSITOR2N3904
β =151 β =163
C1 10µF/50V 9,62µF/50V
C2 10µF/50V 9,44µF/50V
C3 10µF/100V 8,47µF/100V
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EXPERIENCIAS REALIZADAS
Parte I: Operación Dinámica del Amplificador.
1. Se ensambló el circuito de la figura Nº1
2. Se suministro al circuito con el generador de funciones una señal sinusoidal de
1KHz por la entrada “Vi” del circuito, tomando en cuenta que la señal de salida se
presento sin distorsión y se observo la polaridad correcta de los capacitores,
transistor, medidores y fuente de energía.
3. Se empleo el osciloscopio para medir y registrar los voltajes pico-pico indicados en
la tabla I del formato.
4. Se utilizaron los dos canales del osciloscopio, y se observaron las señales de los
voltajes de entrada y salida del amplificador y se dibujaron las mismas en el formato
de práctica. Se midió también el desfasaje presente en las mismas.
5. Se desconecto del circuito el capacitor C1 y se registraron los valores indicados en
la tabla I.
Vi
19.5KΩ
Q1=2N3904
200 KΩ
5625 Ω
4,7 KΩ
375 Ω
NPN
Re
RL
RC
+
+
R2
R1
V
+
-
300 mVpp
+ 12 Vdc
+ Vo10 µFC2
10 µFC1
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6. Se conecto el capacitor C1 y se desconecto el capacitor C2, se registraron los
voltajes en la tabla.
7. Se conecto C2 y también se conectó el capacitor C3=10µF en paralelo a la
resistencia del emisor del circuito y se registraron los valores de voltaje en la tabla.
CONDICIÓN Vip-p Vop-p Vbase(Vb) Vcolector(Vc)Av=Vop-p/Vin
p-p
NORMAL 0,28V 1,67V 1V -7,46V 5,96
C1. DESC. 0V 0V 3mV 12V 0
C2. DESC. 0,28V 0V 1V 7,47V 0
C3
CONECT.76mV 3,52V 0,98V 7,59V 46
TABLA I
Parte II: Operación en reposo del transistor.
1. Se desconecto del circuito el generador de funciones, dejando el circuitopolarizado solo con tensión DC.
2. Se midió con respecto a tierra, los voltajes de emisor (VE), de base (VB) y de
colector (VC) y se registraron en la tabla II. En cada caso se realizaron los
cálculos teóricos respectivos (ver pre laboratorio).
NORMAL
CALCULADO MEDIDO
VE 0,36V 309mV
VC 7,86V 7,64V
VB 1,06V 0,98V
TABLA II
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3. Se apagó la fuente de alimentación y se retiro del circuito la resistencia del
emisor. Luego se encendió la fuente y se registraron los voltajes
especificados en la tabla III, se tomo precaución de apagar la fuente al
momento de retirar los componentes indicados.
4. Se conecto la resistencia del emisor y se desconecto la resistencia del
colector y se midieron los voltajes indicados en la tabla.
5. Se conecto la resistencia del colector y se desconecto del circuito el terminal
de la base del transistor y se registraron los voltajes en la tabla III.
NORMALEMISOR
DESCONECTADO
COLECTOR
DESCONECTADO
BASE
DESCONECTAD
Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medi
VE 0,36V 309mV ---- ---- 0 165mV 0,7V 0,7V
VC 7,86V 7,64V 0,36V 310mV ---- ---- 0,7V 0,98
VB 1,06V 0,98V 0V 0V 12V 12,06V ---- ----
TABLA III
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ANÁLISIS DE RESULTADOS
Con el objeto de ahorrar espacio en este informe, se referirá a resultados obtenidos
en el pre-informe al momento de referirse al análisis en DC del transistor. En otro
caso se hará referencia a la sección de anexos para el análisis de Av.
En vista de las diferencias obtenidas, tanto en el análisis teórico como en la
simulación de proteus, con el valor de Av obtenido en la práctica al momento de
insertar el condensador de desacoplo, se hará referencia a la práctica solo para
mencionar la posible causa de dicha diferencia, pero la comparación se hará en base
al análisis teórico y a la simulación de proteus.
Los 2 valores observados de la β se corresponden a 2 transmisores diferentes. Esto
se debe a que hubo un problema durante la práctica en el que el transistor quedo
inutilizado y debió reemplazarse. Gracias a esto, los valores obtenidos de β varían
en un 7% aproximadamente, sin contar con los elementos internos del transistor.
Por esta razón, se esperó que hubieran posibilidades de errores en un 7% o más,
pero dentro de un rango no mayor al 15%.
Debido a la falta de un instrumento capaz de suministrar un valor perfecto en la
práctica, debió colocarse un potenciómetro en la entrada de la fuente senoidal para
reducir la entrada lo suficiente para evitar la distorsión. En vista de esto, los valoresevaluados en pequeña señal serán solamente los correspondientes a la Av, tomando
como referencia la señal de entrada en cada experimento.
1. Al hacer la comparación entre los valores obtenidos en el pre-informe y
en la práctica del transistor en reposo, puede observarse valores muy
similares entre ellos, siendo el valor de mayor diferencia el observado en
Vc con la base desconectada. Esto se debe a que el transistor posee
diferencia de potencial entre el colector y la base diferente a las
supuestas teóricamente (0,7 V) lo cual nos da un error máximo de 40%
en este caso. Dado que se trabajan con unidades menores a 1 V, las
pequeñas variaciones pueden afectar en gran manera los resultados,
pudiendo originar el 40% de error mencionado. Al comparar las otras
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mediciones y valores teóricos, se puede afirmar que la práctica se
corresponde con la teoría.
2. Al comparar los valores prácticos en pequeña señal sin el condensador de
desacoplo conectado, se puede ver que los valores correspondientes al
simulador proteus, a los calculados en los anexos y a los obtenidos en la
práctica tienen diferencias no mayores a un 3%. Estos valores se
encuentran dentro del margen de error aceptable de 5%, con lo que se
concluye que, en este experimento los valores son iguales.
3. Al desconectar los condensadores de acoplo, se puede observar que,
como era esperado, la salida se anularía, pues en un caso la entrada no
forma parte del circuito, y en otro la salida no forma parte del circuito.
De esta forma la Av = 0, y se comporta de la misma forma que laesperada en la teoría.
4. Al conectar el condensador de acoplo, se puede observar una diferencia
de aproximadamente 30% con los valores obtenidos en proteus y los
calculados. Pueden existir algunas razones que pueden formar parte de
esto:
a. Las características internas del transistor, no tomadas en cuenta al
momento del análisis teórico, las cuales pueden disminuir la Av.b. Las impedancias de los capacitores, las cuales pueden disminuir
también la ganancia de voltaje.
c. Algún mal contacto o corto circuito, puesto que al momento de
hacer la práctica, se pudo observar que los elementos eran muy
delgados y capaces de hacer un mal contacto.
d. Las resistencias internas de los elementos de medición.
Por estas razones, se decidió hacer la comparación de este
experimento con los valores de proteus. Mientras se hacían los cálculos
teóricos, se hizo necesario tomar en cuenta la impedancia del
condensador de desacoplo, pues era de aproximadamente el 50% de la
r’e, lo cual afectaba en gran escala el valor obtenido. Gracias a esto, se
pudo observar que el valor obtenido de Av en proteus como el calculado,
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eran diferentes en tan solo 0,04 V (0,7% de error) lo cual demuestra que
el procedimiento utilizado es muy cercano o aceptable a lo que sucede en
la práctica.
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MEJORE SUS CONOCIMIENTOS
1. El funcionamiento del amplificador PDT.
Un amplificador con polarización por divisor de tensión PDT. Para calcular las tensionesy corrientes continuas se abren los condensadores. Luego obtenemos el circuito en DC
simplificado para realizar los cálculos en reposo. El divisor de Tensión lo hacemos para
regular la tensión en continua que queremos que circule sobre la base este valor actúa
directamente sobre el valor de la corriente en la base y a su vez en el colector.
Cuando efectuamos el análisis para señal entonces hacemos un cortocircuito en los
condensadores de acoplo, lo que da como resultado el acoplo de la señal de entrada a la
base. Esta corriente alterna en la base producto de la señal de entrada, amplifica una tensiónalterna en el colector. Esto trae a consecuencia una ganancia de voltaje con respecto a la
entrada del circuito.
2. Importancia y uso de este amplificador
Es muy importante ya que es muy práctico para distintas funciones de uso, como por
ejemplo como hablamos de un transistor que amplifica señales muy pequeñas.
3. Haga un análisis para las características estáticas del circuito amplificador
PDT. Determinar la recta de carga y calcular el punto de reposo Q, especificar
las distintas zonas de funcionamiento.
Análisis en DC del amplificador PDT:
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Malla de entrada
Malla de salida
Sea = 0A en la ecuación de entonces obtenemos lo siguiente; (condición
de corte del transistor BJT) y sea Vce = 0A entonces obtenemos lo siguiente;
(condición de saturación del BJT). Luego el punto Q de trabajo es el siguiente ( que
son los valores obtenidos del análisis en continua del amplificador.
Por ejemplo si Vcc = 10V; Rc = 3.6; Re = 1; Ic = 1.1mA; Vce =4.94V. Estos dos
últimos valores corresponden al punto Q de trabajo.
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4. Definir tipo de configuración y clase del amplificador.
Amplificador Emisor común. La clase de este amplificador podemos identificarla por la
comparación del desfase de la señal de entrada y la de salida, se pudo concluir en el
desarrollo de las experiencia que tienen un desfase de 180°, lo cual nos dice que es un
amplificador clase A.
5. Calcular la ganancia de corriente β en corriente directa DC.
6. Calcular la ganancia de tensión (Av) del transistor.
Apoyándonos en el circuito híbrido π generado anteriormente. De allí podemos obtener
lo siguiente.
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7. Calcular la impedancia de entrada (Zin) y salida (Zo) del transistor
Según el circuito usado en la práctica obtenemos lo siguiente:
8. Realizar el circuito equivalente híbrido π del amplificador PDT que se
muestra, pero agregue la resistencia de carga RL.
Impedancia de base, entrada y salida.
Ganancia del amplificador PDT.
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9. Explique la función de los condensadores de acoplo (C1 y C2) y desacoplo (C3)
del circuito de la práctica.
Los condensadores C1 y C2 son llamados condensadores de acoplo ya que se encargan
de integrar la señal alterna a la entrada y a la salida del circuito amplificador PDT, son desuma importancia ya que se encargan de suprimir de la salida la componente continua de la
señal. En cuanto al condensador C3 es llamado de desacoplo por la función que ejerce, su
misión es cortocircuitar la resistencia del emisor. Esta resistencia en análisis DC se encarga
de proteger el BJT de cualquier cambio en la corriente de colector, pero en análisis AC esta
resistencia es cortocircuitada por e condensador de desacoplo y aumenta en una gran
medida la ganancia del circuito como se puede observar en la formula de ganancia antes
mencionada.
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SUGERENCIAS O RECOMENDACIONES.
Si no se encuentra en capacidad de entender el funcionamiento del amplificador se
recomienda consultar texto bibliográfico o al profesor.
De ser posible, identifique los materiales a utilizar antes de comenzar la práctica, puestoque la búsqueda de estos puede llevar un tiempo considerable de ella.
Chequear el estado de todos los componentes, medirlos para así tener un buen
desarrollo de la práctica y entender las variaciones de los resultados ya que una
variación entre valor real y valor nominal alteraría dichos resultados.
para no dañar ningún componente del laboratorio o a una persona.
Se debe tener en cuenta las especificaciones del fabricante del transistor y tomar en
cuentas las limitaciones especificadas por el mismo para así no dañar el transistor,
ya que un sobrepaso de sus características eléctricas dejaría de funcionar.
Tomar en cuenta las polaridades de los capacitores al momentos de conectarlos y su
que su capacidad de almacenamiento de voltaje sea la adecuada para el mismo.
Ordenar el sitio de trabajo y desconectar todos los equipos utilizados.
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CONCLUSIONES
Después de la ejecución de la práctica se observó el efecto que tiene el amplificadoremisor común en una señal de entrada, se notó el aumento de la ganancia al colocarse un
condensador de desacoplo en paralelo a la resistencia de emisor. Los capacitores de
acoplamiento ayudan a disminuir la distorsión del mismo al momento de funcionar, el
capacitor de desacoplo esta insertado en el circuito para lograr una ganancia de tensión
mucho mayor, al evitar que la resistencia del emisor “detenga” el paso de corriente alterna.
También se evaluó el amplificador de emisor común polarizado solamente con tensión DC.
En vista a esto, se llegan a las siguientes conclusiones:
El estado en reposo de un transistor tiene su mayor aplicación en el cálculo del
punto de operación y la correcta polarización del transistor.
El transistor 2N3904 se puede utilizar como un amplificador de pequeña señal,
puesto que para señales más grandes los condensadores tienen un efecto más
notable y se requiere un transistor diseñado para este propósito.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar
Boylestad Nashelsky – Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos – Octava Edición
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ANEXOS
Circuito montado en proteus equivalente a la práctica n°1, amplificador en pequeña señal:
Cálculos para el circuito anterior: (Sin condensador de desacoplo C2)
Vb = 12 V x 19,61k / ( 198,8k + 19,61k)
Vb = 1,077 V
VE = 1,077 V – 0,7V
VE = 0,377 V
IE = 0,377 V / 393
IE
= 0,96 mA
Si IE es aproximadamente igual a Ic
Ic = 0,96 mA
Si Ic = 0
Vce = 12 V
Si Vce = 0
C1
10u
C210u
C3
10uQ12N3904
R1198.8k
R219.61k
R35.61k
R44.61k
R5393
R3(2)
A
B
C
D
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Ic = 12V / 5,61k
Ic = 2,14 mA
Entonces, ICQ = 1,2 mA y es aproximadamente igual a IEQ ; VCEQ = 6,3 V
Haciendo los cálculos respectivos al modelo hibrido presentado en el marco teórico:r’e = 26 mV / 1,2 mA = 21,67
Zo = Rc || RL
Zo = 2530,54
Av = Zo / (393 + 21,67)
Av = 2530,54 / (393 + 21,67)
Av = 6,10
Lo anterior sin conectar el condensador de desacoplo C2; para el condensador de desacoplo
conectado se tomara el mismo procedimiento anterior, pero en lugar de RE = 393, se considerarala impedancia del condensador:
Zc = 1 / 2πfC
Zc = 1 / (2π x 1e3 x 10e-6)
Zc = 15,92
Av = Zo / (15,92 + 21,67)
Av = 67,32
Las figuras presentadas en la página siguiente representan a: (Figura 1) Forma de señal concondensador de desacoplo y Av = 67,14 (Vp-pin = 70 mV, Vp-pout = 4,7V); (Figura 2) Forma
de señal sin condensador de desacoplo y Av = 6,14 ( Vp-pin = 70 mV, Vp-pout = 430mV)
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Figura 1
Figura 2