Informe Final 7 Amplificador con Transistor Bipolar en Emisor Com´ un un
1.- Haga una tabla tabla comparando los valores valores te´ oricos con los valores experimentales. oricos Tensi´ on on DC en el colector (V C C ), emisor (V E E ) y base (V B )
Te´ oricos oricos
V C
V E
V B
6,5 V
1V
1,75 V
Experimentales 6,29 V 0,98 V 1,65 V Con V in in = 10mV pico y con frecuencia f = 1kH z ∗
Voltaje de salida V L V L con carga R L
V E sin carga R L
Te´ oricos oricos
2,275 V
3,45 V
Experimentales
2,20 V
3,42 V
Variando la frecuencia seg´ un se indicaba en la guia de laboratorio : un V in (V pico )
20mV 20m 20mV
f (H z )
10 0
500
20mV
20mV
20mV
20mV
1k
2k
5k
10k
20mV 20m 20mV 15k
20k
orico orico V L te´
2,23V 2,25V 2,275V 2,275V 2,26V 2,25V 2,25V 2,24V
V L experimental
2,16V 2,20V
20m 20mV
20m 20mV
20mV 0mV
20mV
25K
30K
35K
50K
2,225V
2,2V
2,18V 2,09V
2,04V
1,96V 1,84V 1,74V
2,22V
1
2,24V
2,28V
2,2V
2,16V 2,12V
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2.- ¿Qu´ e porcentaje de error hay entre los valores experimentales y te´oricos?¿C´ omo los explica?
Te´ oricos
V C
V E
V B
6,5 V
1V
1,75 V
Experimentales 6,29 V 0,98 V 1,65 V Error %
6,46
2
5.71
Con V in = 10mV pico y con frecuencia f = 1kH z Voltaje de salida V L V L con carga R L
V E sin carga R L
Te´ oricos
2,275 V
3,45 V
Experimentales
2,20 V
3,42 V
Error %
2,41 %
0,86 %
V in (V pico )
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
100
500
1k
2k
5k
10k
15k
20k
orico V L te´
2,23V
2,25V
2,275V 2,275V
2,26V
2,25V
2,25V
2,24V
V L experimental
2,16V
2,20V
2,22V
2,24V
2,28V
2,2V
2,16V
2,12V
Error %
3,14 % 2,22 %
2,41 %
1,54 %
0,88 % 2,22 %
4%
5,35 %
f (Hz )
20mV
20mV
20mV
20mV
25K
30K
35K
50K
2,225V
2,2V
2,18V
2,09V
2,04V
1,96V
1,84V
1,74V
8,31 %
10,9 % 15,5 % 16,74 %
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Los errores que se produjeron pueden ser debido a :
Por valores no exactos, al medir con el mult´ımetro el valor de las resistencias, estas eran mayor o menor a lo que debia ser siendo asi un influyente en el error entre lo te´orico y lo experimental. Por error de la fuente de alimentaci´ on, ya que este marcaba 10,4V pero al comprobar con el mult´ımetro este marcaba 12V, habiendose trabajado con estos valores. Por error humano, al momento de obtener los datos, no se consider´ o algunos decimales.
3.- Dibuje la forma de onda de entrada V in y de la carga V L . Con V in = 10mV pico y con frecuencia f = 1kH z , tenemos : V in = 10mV pico (Color amarillo) V L = 2,265V pico (Color verde)
Figura 1: Formas de Onda de V in y V L
3
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4.- Dibuje el gr´ afico de respuesta en frecuencia indicando la ganancia de tensi´ on Av =
V L
V in
vs frecuencia, usando escala semilogar´ıtimica (Diagrama de
Bode).¿Qu´ e relaci´ on de fases hay entre ellas?
102,05 ) v A ( a 2 i c 10 n a n a G
101,95 102
∗
103 104 frecuencia (Hz)
La diferencia de fase entre V in y V L es de 180
◦
5.- ¿Qu´ e impedancia de entrada tiene el amplificador? Usando el modelo en AC del circuito, obtenemos :
Figura 2: Circuito equivalente para an´ alisis en AC
4
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Z in = 100k +
1 1 1 1 + + 91k 15k hie
Donde : hie =
V i · β I C
De lo usado y obtenido en el laboratorio, tenemos : V i = 20mV I C = 0,98mA β = 211
Entonces : hie = 4,32k
Por lo tanto : Z in = 103,235k Ω
6.- ¿Qu´ e impedancia de salida tiene el amplificador? Seg´ un lo desarrollado en el laboratorio, se obtuvo : Z out = 5,6k Ω
7.- Indique y explique sus observaciones y conclusiones. ∗
Santa Cruz Basilio Jesus Diego
Observaciones :
Uno de los amplificadores que m´a s se utiliza en la pr´actica es la que se denomina emisor com´ un, en ella se observa que el terminal de emisor se emplea tanto para la entrada como para la salida, y a esta configuraci´ on se debe su nombre. Es la configuraci´ on mas usada ya que amplifica corriente como tambien voltaje. El valor de hf e = β es de aproximadamente 210, valor usado en lo te´ orico. Cabe recalcar que la fuente de tensi´ on DC daba un cierto valor y el mult´ımetro nos daba otro siendo esta diferencia alrededor de 2V siendo este un influyente en los c´alculos y errores. Si se aumenta o disminuye el valor de la resistencia de base (RB ), se produciran aumentos y disminuciones de la corriente de base (I B ) y lo mismo suceder´ a con la de colector pero con una mayor magnitud, obteniendose tambi´en variaciones de la tensi´on que existe en la resistencia de colector (RC ). En esta experiencia se uso el modelo equivalente en DC y el modelo hibrido para AC . Al haber usado los modelos equivalentes para DC y AC , se evit´o asi el filtrado de la componente continua proveniente de la fuente AC al an´alisis en DC y asi no modificando el punto de operaci´ on de este. 5
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Conclusiones :
Gracias al condensador, la se˜ nal en el emisor es nula, lo que equivale a una conexi´on a masa. Si no estuviera el condensador, existir´ıa un cierto nivel en el emisor, perdiendose asi algo de ganancia de voltaje. La funci´ on amplificadora consiste en elevar el nivel de una se˜ nal el´ectrica que contiene una determinada informaci´ on, esta se˜ nal que estar´ a en forma de tensi´on y una corriente es aplicada a la entrada del elemento amplificador, origin´ andose una se˜ nal de salida conteniendo la misma informaci´ on, pero con un nivel de tensi´ on y corriente mas elevado. Del gr´afico obtenido de Av vs frecuencia se obtuvo que la ganancia aumenta hasta una frecuencia de 5kH z , apartir de ese valor empieza a disminuir la ganancia (poca variaci´on, de orden de 10 2 ). −
Se pudo demostrar que la diferencia de fase entre la se˜ nal de entrada y la se˜ nal de salida es de 180 , esto quiere decir que V out es de signo contrario a la se˜ nal de entrada V in . ◦
∗
la ganancia de voltaje Av que se obtuvo es mas alta de la que se obtuvo en el amplificador de base com´ un. La impedancia de entrada Z in que se obtuvo es muy alta a comparaci´ on de la impedancia de salida Z out
Mendoza Le´ on Edwin Nick
Observaciones : En el laboratorio se observ´ o el aumento de voltaje en la salida del circuito con respecto al voltaje de entrada, como se sabe esto es debido al transistor. Adem´ as se not´ o en el experimento que para realizar las medidas en AC, es necesaria la alimentaci´ on de una fuente DC.
Conclusiones : En el gr´ afico de Av (ganacia de voltaje) vs f (frecuencia) podemos observar que la ganancia aumenta con el aumento de la frecuencia, hasta una cierta frecuencia donde despu´es de eso se observa que comienza a decaer la ganancia , esto debido a que a altas frecuencias se presenta otros efectos . Se concluye que el transistor amplifica la se˜ nal de entrada manteniendo la forma de la onda de entrada , y a diferencia de otros elementos que tambi´en amplifica como el trasformador es , la potencia de la entrada , es diferente a la potencia de salida. ∗
Alvarez Marroquin Harold
Observaciones :
Es la configuraci´ on m´as usada, ya que amplifica tanto corriente como voltaje. Es muy usado para circuitos de baja frecuencia, debido a la alta impedancia de entrada. 6
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Un aumento en la resistencia de emisor RE , disminuye la ganancia y aumenta la impedancia de entrada. La se˜ nal amplificada est´ a desfasada 180 con respecto a la se˜ nal de entrada. ◦
Conclusiones :
∗
La impedancia de entrada Z in es baja (mayor que la de base com´ un). La impedancia de salida Z out es alta (menor que la de base com´ un). La ganancia de voltaje Av es muy alta (mayor que la de base com´ un). La ganancia de corriente Ai es grande debido a que la corriente de salida I E es mayor que la corriente de entrada I B (Ai = β ). Este capacitor en la entrada de se˜ nal se utiliza para bloquear la corriente continua que pudiera venir de V in . Este capacitor act´ ua como un circuito abierto para la corriente continua y un corto circuito para la corriente alterna (la que se desea amplificar). El capacitor en emisor es para evitar las variaciones de temperatura (calentamiento) en la resistencia de emisor, la cual es encargada de aumentar la estabilidad del amplificador.
Acero Salinas Gino
Observaciones :
Cuando retiramos el capacitor de emisor de 100µF notamos que la ganancia de tensi´on disminuye. Hemos notado algunas diferencias entre los valores te´ oricos y experimentales eso se debe al error humano y/o al error en la medici´ on de los instrumentos. La resistencia que m´as influencia tiene en un punto de operaci´ on dado es la resistencia de base. El factor beta es aproximadamente 210 como se fue usado te´ oricamente. Los par´ametros h´ıbridos tienen una mayor aproximaci´ on a los resultados que se obtienen en el laboratorio. El porcentaje de error de los valores obtenidos se debe por las resistencias internas de los transistores y el tiempo que est´ a conectado los condensadores.
Conclusiones :
V L que es la ganancia de tensi´ on tiene signo negativo, en un transistor V in de emisor com´ un, esto quiere que V L es de signo contrario a la se˜ nal de entrada, est´ a
Sabemos que
desfasado 180 grados lo cual comprobamos con ayuda del osciloscopio.
El circuito emisor tiene grandes ganancias de tensi´ on y corriente que se notan en la salida por ello funciona como amplificador de se˜ nal. La resistencia Interna del transistor aumenta con la temperatura por lo que tambi´en var´ıa la ganancia del voltaje. El capacitor en paralelo a RE , hace que la ganancia de voltaje se estabilice, esto es gracias a que reduce la dependencia con respecto a la resistencia interna del transistor as´ı como la temperatura. 7
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La configuraci´ on de emisor com´ un es la mas usada. El valor de la corriente de base va a depender del valor de la resistencia RB , la corriente que circula por el colector, I C , depende de la corriente de base, IB, como hemos visto con la formula I C = β · I B ; I C es mucho m´as grande que I B y ese aumento viene dado por β , que es un par´ametro caracter´ıstico del transistor. Luego de resumir. El circuito amplificador de emisor com´ un tiene una resistencia en el circuito colector. La corriente que fluye a trav´es de esta resistencia produce el voltaje de salida del amplificador. El valor de esta resistencia se elige de modo que en el punto operativo de los amplificadores de reposo, punto Q esta tensi´ on de salida se encuentra a mitad de camino a lo largo de la l´ınea de carga de los transistores. La base del transistor utilizado en un amplificador de emisor com´ un est´ a sesgada mediante dos resistencias como una red de divisor de potencial. Este tipo de disposici´on de desviaci´ on se utiliza com´ unmente en el dise˜ no de los circuitos de amplificador de transistores bipolares y reduce en gran medida los efectos de la Beta variable, (β ) manteniendo la polarizaci´ on de base a una tensi´ on constante. Este tipo de polarizaci´on produce la mayor estabilidad. o Una resistencia puede ser incluido en la pierna emisor, en cuyo caso la ganancia de voltaje se convierte en
RL . Si no hay resistencia de emisor externo, la ganancia RE
de voltaje del amplificador no es infinito ya que hay una resistencia interna muy peque˜ na, Re en la pierna emisor. El valor de esta resistencia interna es igual a 25mV . I E
Aplicaciones :
Amplificador de bajo voltaje de la frecuencia Un ejemplo t´ıpico de la utilizaci´ on de un amplificador de emisor com´ un se muestra en la figura siguiente. El circuito acoplado en AC act´ ua como un amplificador de
Figura 3: Terminaci´ on u ´nica npn amplificador de emisor com´ un con la degeneraci´ on de emisor nivel de palanca de cambios. Aqu´ı, la ca´ıda de tensi´ on de base-emisor se supone que es 0, 65 voltios. El condensador C de entrada elimina cualquier componente constante de la entrada, y las resistencias R1y R2 polarizan el transistor de modo que permanecer´ a en el 8
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modo activo para toda la gama de la entrada. La salida es una copia invertida de R y se CRE desplaza por una cantidad determinada por las cuatro resistencias. Por ello RC es a
la AC -componente de la entrada que ha sido amplificada por la relaci´ on
menudo grande, la impedancia de salida de este circuito puede ser prohibitivamente alto. Para aliviar este problema, RC se mantiene tan baja como sea posible y el amplificador es seguida por una tensi´ on de tamp´ on como un seguidor de emisor.
Radio De emisor com´ un amplificadores tambi´en se utilizan en circuitos de frecuencia de radio, por ejemplo, para amplificar se˜ nales d´ebiles recibidas por una antena. En este caso, es com´ un sustituir la resistencia de carga con un circuito sintonizado. Esto se puede hacer para limitar el ancho de banda a una banda estrecha centrada alrededor de la frecuencia de operaci´ on deseada. M´ as importante es que tambi´ en permite que el circuito para operar a frecuencias m´ as altas como el circuito sintonizado se puede utilizar para resonar cualquier capacitancia entre electrodos y par´ asita, que normalmente limitan la respuesta de frecuencia. Emisores comunes son tambi´ en de uso general como amplificadores de bajo ruido.
8.- Grafique V L vs V G .
Gr´ afico de 0 a 180 grados
2,000 1,500 L
1,000 V 500 0 500
−
400
−
300
−
V G
9
200
−
100
−
0
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Gr´ afico de 180 a 360 grados
0 500
−
1,000
−
L
V
1,500
−
2,000
−
0
100
200
300
400
500
V G
Referencias [1] Circuitos Electr´ onicos I - Ing. Fernando L´opez. [2] https://unicrom.com/amplificador-emisor-comun/ [3] http://www.academia.edu/3769944/34.Configuraci %C3 %B3nenEmisor Com %C3 %BAn [4] Teor´ıa de Circuitos y Dispositivos Electr´ onicos - Robert L. Boylestad.
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