INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
ELECTRONICA LINEAL PRACTICA 3: Polarizacion
FECHA INICIO 25-OCTUBRE-2017 FECHA FIN 1-NOVIEMBRE-2017 FECHA ENTREGA 11-DICIEMBRE-2017 PROFESORES: TEORIA: VEGA REYEZ GABRIEL LABORATORIO: SANCHEZ RAMOS MAURICIO DARIO EQUIPO 1: GOMEZ CRUCES CARLOS EDUARDO 2015300703 TESILLO LUNA MIGUEL ANGEL
2015301924
GONZALEZ PEREZ MARIO
2015300752
GRUPO: 6CM5
OBJETIVOS ............................................................................................................ 1 FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO ..................................................................... 1 Polarización básica .............................................................................................. 1 Polarización por divisor de voltaje ....................................................................... 1 Polarización por retroalimentación ....................................................................... 2 CALCULOS ............................................................................................................. 3 DESARROLLO ........................................................................................................ 7 Polarización básica .............................................................................................. 8 Polarización por divisor de voltaje ....................................................................... 8 Primera parte ................................................................................................... 8 Segunda parte .................................................................................................. 8 Polarización por retroalimentación ....................................................................... 9 Primera parte ................................................................................................... 9 Segunda parte .................................................................................................. 9 VALORES TEORICOS ............................................................................................ 9 SUGERENCIAS DE MEDICION ........................................................................... 11 CONCLUSIONES.................................................................................................. 12 Cruz Marmolejo Marco Antonio ............................ Error! Bookmark not defined. Hernández Ibarra Samuel ..................................... Error! Bookmark not defined. BIBLIOGRAFIAS ................................................................................................... 12
-
-
-
El estudiante calculara los circuitos: básico de polarización, polarización por divisor de voltaje y retroalimentación, dadas las especificaciones del punto de operación… (voltaje colector -emisor, corriente de colector), y las variaciones máximas permitidas para este. El estudiante construirá el circuito que ha calculado y medirá los voltajes y corrientes necesarios para determinar el punto de operación y su estabilidad con respecto a variaciones de temperatura y por sustitución de elementos. El estudiante hará ajustes experimentales al circuito, en caso de ser necesario.
Este circuito mostrado en la figura 1, está conformado por un transistor NPN, dos resistores fijos (una que va de la base al voltaje Vcc y otra que mide el voltaje Rc) y una batería o fuente de alimentación Vcc. Este circuito recibe el nombre de polarización fija ya que determina el punto Q en reposo del transistor para algunos valores dados de Vcc, Rb y Rc. Es el circuito más sencillo, pero también el más inestable con las variaciones de la temperatura.
Figura 1.- Circuito de polarización básica Este circuito mostrado en la figura 2, está conformado por un divisor de tensión, formado por R1 y R2, conectadas a la base del transistor, y por una resistencia de emisor Re. Las variaciones de Icb0, β y Vbe por efecto de la temperatura se
traducen en un aumento de la corriente de colector Ic. Cuando Ic tiende a aumentar la caída de tensión en Te también aumenta, como la tensión del divisor de voltaje en el punto A es casi constante, el aumento de voltaje en Re ocasiona que el voltaje en Vbe disminuya y debido a esto disminuye Ib provocando la reducción de Ic para compensar su subida, gracias a esto se dice que este circuito de polarización es el más estable ante las variaciones de temperatura. 1
Figura 2.- Circuito de polarización por divisor de voltaje Este circuito mostrado en la figura 3,
Figura 3.- Circuito de polarización por retroalimentación
2
Circuito de polarización básica
Considerando los siguientes datos, con una temperatura de 25 °C:
=3.=7 5 =0.7 =7 7 =350 = = 350 =20 7 = − = 7 −0. =315 20 5 = − = 7 −3. 7 =500 = ℎ = 80° =350 25°80° =109.37 ° =350°+109. 3 7=459. 3 7 =−2 ° −2 ° ,° + =0.7 −50 65 6 5 ,° = − = 7 −0. =20.15 315 ,° =° ∗ ,° = 459.37 20.15 ,° − ,° =7−510 ,° =4.79 Rc
Vcc
?
7V
Q2
RB
?
BC547B
Para una temperatura de 50 °C
50°C – 25°C=25°C
X
= (
)(25°C= - 50 mV
=
=
(
=
)(
)=9.41 mA
9.41 mA = 2.2V
3
Circuito de polarización por divisor de voltaje
Considerando los siguientes datos, con una temperatura de 25 °C:
=7 =3.5 =0.7 =8 =350 =20%
Rc4 ?
R1
Vcc1 7V
? Q1
BC547B RE
R2 ?
?
Del manual. Por
manufactura:
= = = =470.5; =320; =228.5 = =−2 ° −2 ° = ° = = ° =320 ° =100 =328.5; ° =570.5 = = =228.5 ° =570.5 = − =760 mV−530 mV=230 Mv = ° − = 570.5 −228.5 =342 =0.2 → =0.2=0.28 =1.6 ; 0.5 =0.50.2=0. 1 580 mV;
660 mV;
760 mV
Por temperatura:
50°C – 25°C=25°C X
530 mV;
= (
)(25°C)= - 50 mV 710 mV
Peor caso:
530 mV;
760 Mv
;
4
0.5 = → = 0.5 = 8230mV0.2 =. = 0.1 0 . 5 =(° −1) ( 570.5342228.5 −1) 287.5 =10671 = + +1 + = 8 . + 10671 321 +660 mV=3.2 V = = 3.72 10671=23342 = − = 7−3.7 2 10671=19657 = − − = 7−3.8 5 − 287.5 =437.5 RC5 0Ω
Vcc2 7V Q3 RB1 ? BC547B
Vcc3 ?
RE1 0Ω
5
Circuito de polarización por RETROALIMENTACION
Rc1
Vcc4
?
7V
Considerando los siguientes datos, con una temperatura de 25 °C:
=15 =5 =10 =10%
R3 ? Q4
BC547B RE2
R4 ?
?
Del manual. Por
manufactura:
= = = =500; =333.3; =250 = =−2 ° −2 ° = ° = = ° =333.3 ° =104.1 =354.1; ° =614.1 = = =250 ° =614.1 = − =760 mV−530 mV=230 Mv = ° − = 614.1 −250=364.1 =0.1 → = 0.1 = 0.110 =1 ; 0.5 = 0.50.1 =0.05 580 mV;
670 mV;
760 mV
Por temperatura:
50°C – 25°C=25°C X
530 mV;
= (
)(25°C)= - 50 mV 710 mV
Peor caso:
530 mV;
760 Mv
;
6
0.5 = → = 0.5 = 10230mV0.05 = = 0.05 0 . 5 =(° −1) ( 614.364.11 250 −1) 460 =9238 = + +1 + = 10 + 9238 +670 mV=5.5 V 334. 3 = − − = 15−5 − 460=540 10 = = 10 540 =5.4 4 9238=16124.5 = − = 15 −5. 5. 5 15 −5.4 −5.4 5 9238 =21897.4 = − − − = 15 −5. RC5 0Ω
Vcc2 7V Q3 RB1 ? BC547B Vcc3 ?
RE1 0Ω
7
Construimos el circuito básico de polarización que calculamos mostrado en la figura 1. Hicimos las mediciones de voltaje colector-emisor VCE, voltaje de base VB y corriente de colector IC, tanto a la temperatura ambiente como a una temperatura superior (aproximadamente 50 °C). Las mediciones obtenidas las colocamos en la siguiente tabla 1: Temperatura
VCE (V)
VB (V)
%∆VCE
IC (mA)
%∆IC
25 °C
3.10v
6.39v
45%
4Ma
44.44%
50 °C
1.7v
6.2v
9Ma
Tabla 1.- Valores experimentales para el circuito básico de polarización
Construimos el circuito de polarización por divisor de voltaje que calculamos mostrado en la figura 2. Hicimos las mediciones del voltaje de colector VC, voltaje de emisor VE, voltaje colector-emisor VCE, y corriente de colector IC, tanto a temperatura ambiente como a una temperatura superior (aproximadamente a 50 °C). Las mediciones obtenidas las colocamos en la siguiente tabla 2.1: Temperatura
VC (V)
VE (V)
VCE (V)
%∆VCE
IC (mA)
%∆IC
25 °C
1.26v
2.3v
3.44v
3%
7mA
12%
50 °C
2.28v
2.41v
3.33v
8mA
Tabla 2.1.- Valores experimentales para el circuito de polarización por divisor de voltaje Para el circuito de polarización por divisor de voltaje, sustituimos la RC por otra distinta de la calculada (el valor comercial cercano en un 20% aproximadamente). Con el circuito en esas condiciones realizamos las mediciones correspondientes. Las mediciones obtenidas las colocamos en la siguiente tabla 2.2: La RC=100 ohms 8
Temperatura
VE (V)
VB (V)
VCE (V)
%∆VCE
IC (mA)
%∆IC
25 °C
2.27v
840mv
3.82v
7%
7mA
12%
50 °C
2.44v
900mv
3.55v
8mA
Tabla 2.2.- Valores experimentales para el circuito de polarización por divisor de voltaje con RC variada.
Construimos el circuito de polarización por retroalimentación que calculamos mostrado en la figura 3. Hicimos las mediciones correspondientes. Los valores obtenidos los colocamos en la siguiente tabla 3.1: Temperatura
VE (V)
VC (V)
VCE (V)
%∆VCE
IC (mA)
%∆IC
25 °C
4.44v
9.11v
1.36v
23%
14mA
0%
50 °C
5.91v
6.97v
1.04v
14mA
Tabla 3.1.- Valores experimentales para el circuito de polarización por retroalimentación Segunda parte
Para el circuito de polarización por retroalimentación, sustituimos la resistencia de colector por otra distinta de la calculada (en un 20% aproximadamente). Con el circuito en estas condiciones realizamos nuevamente las mismas mediciones. Los valores obtenidos los colocamos en la siguiente tabla 3.2:
Temperatura
VCE (V)
VB (V)
VCE (V)
%∆VCE
IC (mA)
%∆IC
25 °C
6.40v
6.34v
1.31v
6%
15mA
6.25%
50 °C
6.42v
6.40v
1.22v
16mA
Tabla 3.2.- Valores experimentales para el circuito de polarización por retroalimentación con RC variada.
Con los valores calculados anteriormente llenamos las siguientes tablas: 9
Temperatura
VCE (V)
VB (V)
%∆VCE
IC (mA)
%∆IC
25 °C
3.5
6.3
0.63%
7
34%
50 °C
2.2
6.34
9.41
Tabla 4.- Valores teóricos para el circuito básico de polarización Temperatura
VC (V)
Ve (V)
VCE (V)
%∆VCE
IC (mA)
%∆IC
25 °C
3.5
2.3
1.2
96%
8
20%
50 °C
4.2
2.76
40mV
9.6
Tabla 5.- Valores teóricos para el circuito de polarización por divisor de voltaje Temperatura
VC (V)
VE (V)
VCE (V)
%∆VCE
IC (mA)
%∆IC
25 °C
5.4
4.6
5
20%
10
10%
50 °C
5.94
5.06
4
11
Tabla 6.- Valores teóricos para el circuito de polarización por retroalimentación
10
Medición del voltaje colector-emisor. Para estas mediciones usar cualquiera de los siguientes instrumentos: Multimetro digital: Cuidar que el selector de función este en la posición de c.d. Multimetro analógico: Cuidar que uno de los selectores este en el selector de función adecuado y el otro en la escala adecuada. Osciloscopio: Despues de verificar la calibración; colocar el selector de acoplamiento “dc-gnd-ca” en la posición de gnd y desplazar verti calmente el trazo hasta una posición de referencia. Seleccionr una escala adecuada de volts por división para que la lectura pueda observarse dentro de la pantalla. Pasar el selector de acoplamiento a la posición de cd, al hacer la medición de la diferenci a de posición del trazo a la referencia, multiplicada por la sensitividad en volts/división, da el valor del voltaje. Las mediciones de voltaje se hacen con referencia a la tierra del circuito. El voltaje de emisor, es medido del terminal del emisor a tierra, análogamente el voltaje del colector, es medido del terminal del colector a tierra. Con las mediciones anteriores podemos calcular el voltaje colector-emisor: Vce = Vc - Ve Medición de la corriente de colector. Para estas mediciones puede usar algunas de las formas siguientes: Para el circuito básico de polarización y para el circuito de polarización por divisr de voltaje se puede medir la caída de voltaje de cd en Rc y conociendo el valor de Rc calcular la corriente de colector Ic: IC = VCC – VC / RC Para estos dos circuitos, también puede emplearse un amperímetro de cd en serie con Rc para medir directamente la corriente de colector Ic, el efecto de carga del amperímetro puede despreciarse ya que la corriente de colector es independiente de la resistencia de colector dentro de cierto rango. Para el circuito de polarización por retroalimentación puede medirse la caída de voltaje en Re y de aquí calcular el valor de la corriente de emisor Ie: IE = (VE / RE) aproximadamente = I C
11
Se concluye que en esta practica se observa la variación del punto de operac ión de los diferentes circuitos de polarización (básica, por divisor de voltaje y por retroalimentación) con respecto de la variación de la temperatura. Además, la corriente de colector es aproximadamente igual a la corriente de emisor. La corriente de base es mucho mas pequeña, generalmente menor que el 5% de la corriente de emisor.
ℎ
La razón de la corriente del colector a la corriente de base se llama ganancia de corriente y se le denota por . Cuando el transistor se usa como amplificador, el transistor opera en la región activa y cuando se utiliza en circuitos digitales, el transistor usualmente opera en las regiones de corte o saturación. Con la ejecución de esta práctica nos fue posible observar la variación de los parámetros del punto de operación debidos a la temperatura. Por ejemplo, el VCE disminuía siempre que la temperatura aumentaba, pero el voltaje VBE se mantenía. Contrario al VCE, el VC y el VE siempre aumentaban. Puedo concluir que dependiendo del circuito de polarización que utilicemos lograremos reducir el corrimiento del punto de operación, con las comparaciones de las tablas de datos podemos decir que el circuito de polarización por divisor de voltaje es mejor que el de polarización básica para fijar el punto de operación, pero el mas eficiente de los tres analizados es el de polarización por retroalimentación. También debo decir que el punto de operación debe ser calculado y ejecutado lo más exactamente posible ya que se noto que cuando se variaba la resistencia RC en un 20% los parámetros VCE, VC Y/O VE también se alteraban haciendo que la eficiencia del circuito disminuyera. Pero también es bastante importante mencionar que, si bien esos parámetros variaban considerablemente, la corriente de colector no sufría grandes cambios.
Diseño Electrónico. Savant, Jr. Prentice – Hall Análisis y aplicaciones de circuitos electrónicos
J. A. Maciel Suarez/G. Vega R.
Limusa
12
