UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICAUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICA

PREVIO Nro. 1 LABORATORIOS 4 Y 5 DE LA GUACURSO: Laboratorio de anlisis y diseo de circuitos electrnicosML 831

DOCENTE:Capcha Buiza Pedro

ALUMNOS:

LIMA PER2015

LABORATORIO Nro. 4DISEO Y ANALISIS DE UN AMPLIFICADOR MONO-ETAPA: CONEXIN EN CASCADA Y AMPLIFICADOR DARLINGTON

OBJETIVOS Disear y analizar el funcionamiento de un circuito amplificador mono-etapa, haciendo uso de un transistor bipolar, teniendo en cuenta la corriente, la ganancia de tensin e impedancia de entrada y de salida.

Implementar y analizar el funcionamiento de un circuito amplificador cascada, teniendo en cuenta la ganancia de tensin, la onda de entrada y la onda de salida.

Implementar y analizar el funcionamiento de un circuito amplificador Darlington, teniendo en cuenta la ganancia de tensin, la onda de entrada y la onda de salida.FUNDAMENTO TERICO

1. TRANSISTOR BIPOLAREltransistor de unin bipolares undispositivo electrnico de estado slidoconsistente en dos uniones PNmuy cercanas entre s, que permite controlar el paso de la corriente a travs de sus terminales. La denominacin de bipolar se debe a que la conduccin tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran nmero de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedanciade entrada bastante baja.El transistor bipolar est compuesto por 3 terminales, llamadas base, colector y emisor. Estos dispositivos son controlados por corriente. Existen 3 tipos de configuraciones de transistores bipolares con caractersticas particulares cada una de estas configuraciones. Mencionaremos las 3 configuraciones de un transistor bipolar:1- Emisor Comn.2- Base Comn.3- Colector Comn.

1.1. ESTADOS DE FUNCIONAMIENTO:Figura 1. Estados de funcionamiento del transistor bipolar1.1.1 SATURACIN. El transistor permite el paso de corriente desde el colector al emisor. De todas formas esta corriente no puede ser demasiado elevada, ya que la propia corriente calienta al transistor por efecto Joule y si se calienta excesivamente, puede estropearse de forma permanente.Para un transistor de silicio que se encuentra en saturacin la tensin entre la base y el emisor es de 0,7 V y entre la base y el colector de unos 0,5 V, de donde se deduce que la tensin entre el colector y el emisor ser de unos 0,2 V.1.1.2. CORTE. En este estado el transistor no permite el paso de corriente entre el colector y el emisor, se comporta como si fuera un interruptor abierto.Para un transistor de silicio que se encuentra en corte las corrientes de emisor y de colector son nulas y las tensiones entre la base y el emisor y entre la base y el colector son ambas menores de 0,7 V.1.1.3. AMPLIFICACIN. Cuando un transistor se encuentra en este estado de funcionamiento, permite amplificar la potencia de una seal.Por lo tanto si lo que se pretende es que el transistor se comporte como un interruptor controlado electrnicamente, lo nico que hay que conseguir es que pase de los estados de saturacin a corte y viceversa. Eso s hay que tener en cuenta las limitaciones de corriente, para no deteriorarle. En electrnica digital, los transistores suelen estar funcionando en saturacin o en corte.2. AMPLIFICADOR MONOETAPA CON TRANSISTORES BIPOLARESEn esta figura vemos un amplificador mono-etapa de emisor comn para seales dbiles, este est excitado mediante un generador de tensin. Primero procederemos a realizar el estudio esttico para obtener el punto Q de polarizacin.

Figura 2. Amplificador monoetapa con transistores bipolares

1.2. ANLISIS ESTTICOComo vamos a realizar el estudio en continua se cortocircuito el generador (se anula la excitacin) y como la frecuencia es cero, entonces los capacitores se comportan como un circuito abierto, eso quiere decir que la reactancia capacitiva tiende a infinito.

Entonces el circuito nos queda de la siguiente manera:

Figura 3. Anlisis esttico del amplificador monoetapa

Observando este circuito podemos obtener el punto Q de polarizacin debemos obtener la corriente de colector y la tensin colector emisor. En primer lugar analizamos la malla de entrada del transistor, aplicando el teorema de Thevenin podemos obtener los puntos de polarizacin. Podemos plantear al circuito de otra manera aplicando el teorema de Thevenin.

Utilizando la Segunda Ley de Kirchoff:Como:

Figura 4. Teorema de Thevenin aplicado al anlisis esttico del amplificador mono-etapa Si el (ganancia esttica del transistor) es muy grande podemos llegar a despreciar ese trmino y la ecuacin de entrada nos queda de la siguiente manera.

Mediante esta ecuacin sacamos las siguientes conclusiones, en primer lugar la corriente del colector depende del valor de la resistencia del emisor (tambin podemos verla como un generador de corriente). En caso que Re sea grande la corriente del colector sera una pequea y demostraremos ms adelante que disminuye la ganancia de tensin del transistor. Ahora analizaremos la malla de salida del transistor.

Figura 5. Anlisis de malla de salida del transistor del amplificador mono-etapa

1.3. ANLISIS DINMICOSe aplica una alimentacin alterna al transistor, las reactancias capacitivas se comportan como un cortocircuito ( tendera a cero), anulndose las fuentes de alimentacin de corriente continua. Veremos el circuito equivalente a continuacin.

Figura 6. Anlisis dinmico del amplificador monoetapa

Desarrollaremos un poco ms en detalle al transistor:

Figura 7. Transistor detallado

Dnde:: Resistencia de entrada del transistor. : Resistencia de entrada de la etapa amplificadora.: Resistencia de entrada del sistema.Por otro lado es igual al paralelo de la resistencia con la o

Lo cual sera prcticamente igual a , debido que , entonces:

: Resistencia de salida del transistor.: El es la conductancia de salida del transistor.: Resistencia de salida del amplificador. La es el paralelo entre la resistencia de salida con , la llamada resistencia dinmica es el paralelo entre . Como es muchsima ms grande que la resistencia, entonces podemos adoptar que es prcticamente .: Resistencia de salida del sistema.Ahora colocamos en la salida del transistor una resistencia de carga, el circuito equivalente sera similar al anterior, con esto analizaremos las caractersticas de esta mono-etapa del transistor.

En primer lugar calcularemos la ganancia de corriente del amplificador.

Figura 8. Clculo de la ganancia de corriente del amplificador

ganancia de corriente del amplificador:

ganancia de corriente del sistema:

Figura 9. Clculo de la ganancia de corriente del sistema

Calculamos la ganancia de tensin:La es el paralelo entre la resistencia del colector () y la resistencia de carga ()

Por ltimo, calcularemos la ganancia de tensin del sistema:

Figura 10. Clculo de la ganancia de tensin del sistema3. AMPLIFICADOR MULTIETAPAS

Cuando nos referimos a un amplificador, estamos hablando de un circuito capaz de procesar las seales de acuerdo a la naturaleza de la aplicacin. El amplificador sabr extraer informacin de toda seal, de tal manera, que permita mantener o mejorar las caractersticas del sensor o transductor utilizado la nuestra aplicacin. Por ejemplo: Si la aplicacin est inmersa en algn tipo de ruido, el amplificador no deber amplificar el ruido, es ms, debe atenuarlo de toda la seal y/o del medio imperante.

La tarea se deber realizar sin distorsionar la seal, sin perder informacin, ni inteligencia. Un criterio universal al plantearse el diseo de un amplificador, consiste en, seleccionar la primera etapa de este como un pre amplificador, es decir, como un amplificador que permita preparar adecuadamente la fuente de seal para ser posteriormente procesada y amplificada. Una segunda etapa, consistir netamente en obtener amplificacin de o las variables involucradas. En muchos casos, y con el fin de evitar niveles de saturacin, se reserva ms de una etapa para esta tarea. Por regla general, la etapa final ser exclusivamente una etapa de potencia. Esta etapa, es en realidad la que permite la materializacin de nuestra aplicacin en un ambiente completamente ajeno a las pequeas seal.

4. CONEXIN EN CASCADAUna conexin popular de etapas de amplificador es la conexin en cascada. Bsicamente en cascada es una conexin en serie con la salida de una etapa aplicada como entrada a la segunda etapa. La conexin en cascada proporciona una multiplicacin de la ganancia de cada etapa para una mayor ganancia general.La ganancia general del amplificador en cascada es el producto de las ganancias y de las etapas.En la siguiente figura se muestra un amplificador en cascada con acoplamiento Rc usando BJT.La ganancia de voltaje de cada etapa es:

La impedancia de entrada del amplificador es la de la etapa 1:

Y la impedancia de salida del amplificador es la de la etapa 2:

Figura 11. Diagrama de Conexin en Cascada

5. CONEXIN EN DARLINGTON

El transistor Darlington es un dispositivo semiconductor que combina dos transistores bipolares en un tndem (a veces llamado par Darlington) en un nico dispositivo.

Esta configuracin sirve para que el dispositivo sea capaz de proporcionar una gran ganancia de corriente y, al poder estar todo integrado, requiere menos espacio que dos transistores normales en la misma configuracin. La ganancia total del Darlington es el producto de la ganancia de los transistores individuales. Un dispositivo tpico tiene una ganancia en corriente de 1000 o superior. Tambin tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un nico transistor, de ah que pueda convertirse fcilmente en inestable. La tensin base-emisor tambin es mayor, siendo la suma de ambas tensiones base-emisor, y para transistores de silicio es superior a 1.2V. La beta de un transistor o par Darlington se halla multiplicando las de los transistores individuales.

Figura 12. Diagrama de Conexin en Darlington

la intensidad del colector se halla multiplicando la intensidad de la base por la beta total.

Si1y2 son suficientemente grandes, se da que:

Un inconveniente es la duplicacin aproximada de la base-emisor de tensin. Ya que hay dos uniones entre la base y emisor de los transistores Darlington, el voltaje base-emisor equivalente es la suma de ambas tensiones base-emisor:

MATERIALES Transistores 2N2222 Transistores BC142 Transistor 2N3904 Resistencias Capacitores Un generador de funciones Protoboard Multmetro Osciloscopio Cables telefnicos Fuentes de alimentacin 0 a 30v.CIRCUITOS DEL LABORATORIO1. ANLISIS DE UN AMPLIFICADOR MONOETAPA BASADO EN UN TRANSISTOR BIPOLAR

Figura 24. Circuito del amplificador mono-etapa basado en transistor bipolar

2. CONEXIN EN CASCADA

Figura 25. Circuito con Conexin en Cascada 3. CONFIGURACIN DARLINGTON COMO SEGUIDOR EMISIVO

Figura 26. Circuito con Configuracin Darlington como seguidor emisivo

4. CONEXIN CASCODE

Figura 27. Circuito con Cascode ConnectionLABORATORIO Nro. 5PARAMETROS Y AUTOPOLARIZACIN DEL FET (EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO)

1. Explicar cmo se obtiene el punto Q de trabajo de la figura 1

2.

Como se obtiene la curva de transferencia Io vs Vgs indicando los puntos de operacin y las rectas de polarizacin Obtenidas de por induccin de la curva aproximar los datos de FEJFET como son Idss y Vp.

3. Como se Traza la curva de transferencia Id Vs Vgs indicando los puntos de operacin obtenidos Indicar la zona del transistor JFET y la recta de carga en cada caso.

4. Para el Circuito. de la figura 2 se pide los valores de Id=? y Vds = ?Datos: Idss=12 mA, Vp=-4V. (Estos datos son para el circuito 1)Desarrollo del circuito numero 2:

MATERIALES :Figura 13. Transistor 2N2222

Figura 14. Transistor BC142

Figura 15. Transistor 2N3904

Figura 16. Resistencias elctricas de 2.8 ohms

Figura 17. Capacitor electroltico

Figura 18. Generador de funciones

Figura 19. Protoboard

Figura 20. Multmetro

Figura 21. Osciloscopio

Figura 22. Cables telefnicos

Figura 23. Fuente de alimentacin

SIMULACIONES :1. SIMULACIN DE LOS CIRCUITOS DEL LABORATORIO 4 EN PROTEUS

Fig.1 Amplificador mono-etapa

Fig. 2 Conexin en cascada

Fig. 3 Conexin Darlington

Fig. 4 Conexin cascodo

2. SIMULACIN DE LOS CIRCUITOS DEL LABORATORIO 5

Fig. 5 Circuito transistor MOSFET

Fig. 6 Circuito transistor FET

BIBLIOGRAFA[1] P. Capcha, Gua de Laboratorio de Anlisis y Diseo de Circuitos Electrnicos, Universidad Nacional de Ingeniera, 2015[2] R. Boylestad, Electrnica: Teora de Circuitos, Prentice Hall, Octava Edicin, 2008.[3] A. S. Sedra, K. Smith, Circuitos Microelectrnicos, Oxford University Press, Cuarta Edicin, 1998.