LABORATORIO N° 4 CURSO: LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRONICOS I
TEMA: POLARIZACION DEL TRANSISTOR, RESPUESTA EN ALTA Y BAJA FRECUENCIA DE UN AMPLIFICADOR EN UNA SOLA ETAPA
PROFESORA: HILDA NUÑEZ VILLACORTA
ALUMNO: FLAVIO HUAYASCACHI ALEX
COD: 10190034
GRUPO: N° 5
HORARIO: JUEVES DE 5-8 PM
FIEE
CIRCUITOS ELECTRONICOS I
UNMSM
CICLO 2015-0
EL TRANSISTOR I.
INFORME PREVIO a. Reconocer el tipo y los terminales de un transistor 2N2222 b. Implementar el circuito, polarice adecuadamente al transistor, determinar el punto Q e I 0 . c. Aplique la señal al circuito y determine: voltaje de entrada y salida. d. Describir la características del BJT e. Analizar teóricamente el circuito implementado.
II.
MATERIALES NECESARIOS -
Generador de señales Fuente de alimentación Osciloscopio Multímetro Transistor 2N222 Resistencias Capacitores
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III.
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FUNDAMENTO TEORIO El transistor bipolar es un dispositivo que posee tres capas semiconductoras con sus respectivos contactos llamados; colector(C), base (B) y emisor (E). La palabra bipolar se deriva del hecho que internamente existe una doble circulación de corriente: electrones y huecos. A.- CLASIFICACION DE LOS TRANSISTORES BIPOLARES Los transistores bipolares se clasifican de la siguiente manera: 1.- Por la disposición de sus capas - Transistores PNP - Transistores NPN 2.- Por el material semiconductor empleado - Transistores de Silicio - Transistores de Germanio 3.- Por la disipación de Potencia - Transistores de baja potencia -Transistores de mediana potencia - Transistores de alta potencia 4.- Por la frecuencia de trabajo - Transistores de baja frecuencia - Transistores de alta frecuencia B.- POLARIZACION DE LOS TRANSISTORES BIPOLARES Para que un transistor bipolar funcione adecuadamente, es necesario polarizarlo correctamente. Para ellos se debe cumplir que:
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- La juntura BASE - EMISOR este polarizado directamente, y - La juntura COLECTOR – BASE este polarizado inversamente. Ejemplo: Si el transistor es NPN, la base debe tener un voltaje positivo con respecto al emisor y el colector debe tener un voltaje también positivo pero, mayor que el de la base. En el caso de un transistor PNP debe ocurrir lo contrario.
IV.
DESARROLLO Del circuito: 10V Ic Vrb
RB 270kΩ
RC 1kΩ
VCC
Vrc
Ib
Q1 Vbc Vbe
Ie
2N2222 RE 100Ω Vre
Analizando el circuito de forma teórica En el circuito de entrada Dónde:
R E =10 V Para ser un buen circuito de amplificador de CA. Debe ser:
10 V CC Entonces:
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V CE =4.506 V
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V ℜ=0.502 V
Y
En el circuito de salida Dónde:
Luego:
=
I C x RC
=
I C x 1 kΩ=4.992 V
→
I C =4.992 mA
entonces: Si: entonces:
V rc=4.992V
V ℜ=0.502 V
=
I e x RE
=
I e x 100 Ω
= 0.502V →
I e=5.02 mA
Además por ley de Kirchhoff: I e=I c + I b Luego:
5.02 mA=4.992mA + I b
→ entonces:
I b=0.028 mA
De la ecuación de circuito de entrada donde:
R E =10 V
70 kΩ+ 0.7 V + 5.02mA x 100 Ω=V CC 7.56 V +0.7 V +0.502 V =8.762 V ≌10 V De donde se aproximó los valores de Vce y Vre para que el circuito sirva como un buen amplificador. En el circuito simulado:
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Graficando la ecuación de entrada: Si
I C =βx I B
β=
IC IB
4.992 mA → entonces β= 0.028 mA = 178.28
Dónde: β es el factor de amplificación De la ecuación de entrada se tiene: I B=
Si
V CC V BE − RB + R E ( β+1) R B + R E ( β +1)
I B=0
También:
→
V CC =V BE
V BE =0
→
I B=
V CC RB + R E (β+1)
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IB(mA) 0.0400 0.0350 0.0300 0.0250 0.0200 0.0150
IB
0.0100
Vbe
0.0050 0.0000
Graficando la ecuación de salida: Dónde:
V rc +V CE +V ℜ=V CC
I C x RC +V CE + I E x R E =V CC
I C x RC +V CE +(I C + I B )x RE =V CC I C ( R C + R E )+V CE + I B x RE =V CC V (¿ ¿ CC −V CE−I B x R E ) x
1 ( RC + R E )
I C =¿
IC =
V CC
−
V CE
( R C+ R E ) ( R C+ R E )
Siendo esta una ecuación lineal
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Construyendo la gráfica de la ecuación de salida del circuito: Para
I C =0
Para
V CE =0
→ entonces
→ entonces
V CC ¿ V CE =10 V
IC =
V CC
( R C+ R E )
=
10V =10 mA 1 KΩ+100Ω
Ic 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0 0 0 0 0
Ic
Donde el punto de trabajo o punto operación (Q) se encuentra para Vce = 4.505 V y para una corriente Ic = 5mA
RESPUESTA EN BAJA FRECUENCIA DE UN TRANSISTOR EN UNA SOLA ETAPA INTRODUCCION Los capacitores de acoplamiento en los amplificadores multietapa se emplean con el fin de evitar los problemas de la interacción de los niveles de CD de una etapa que controla la polarización de la siguiente etapa. Estos capacitores aíslan los voltajes de una etapa a la siguiente mientras dejan pasar la CA. Otros amplificadores tienen acoplamiento directo entre
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etapas de amplificador y no tienen capacitores de acoplamiento. Estos tipos de amplificadores son más difíciles de diseñar debido a la interacción de los niveles de polarización-usualmente sólo se encontrarán a los circuitos integrados. Esto se debe al hecho de que los capacitores ocupan demasiado espacio de un circuito integrado. Los amplificadores sin capacitores de acoplamiento no tienen capacitores en serie en la malla de la señal. Por consiguiente la frecuencia de corte bajo es cero.
fc Frecuencia de corte en bajas frecuencias:
VB VCEQ 1. Simulando el circuito del laboratorio y calcular
,
1 2CR
I CQ y
: V2
R2 56kΩ
R1
C1
1kΩ
22µF
12 V
R4 1.5kΩ C2 Q1
XSC1
22µF
2N2222
Ext T rig + _
Vg 100mVrms 60 Hz 0°
R3 12kΩ
RL 10kΩ
R5 0.22kΩ C3 0.47µF R6 0.47kΩ
Hacemos el análisis en DC:
B
A +
_
+
_
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12k Vth 12( ) 12k 56k Vth 2.12v
Rbb 12k // 56k Rbb 9.88k
I CQ Hallamos
I CQ
:
Vth 0.7 Rbb Re
;
Se sabe que
2.12 0.7 9.88k 0.69k 200 1.92mA
I CQ I CQ
es 200
1.92mA 200 I B 9.6 A IB Entonces:
re También:
26mv I CQ
re 13.54
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Vce Luego hallamos
:
Del gráfico derecho se observa:
Vcc Ic (1.5k ) Vce Ic (0.69k ) 12v 1.92mA( 2.19k) Vce Vce 7.795v
Vb Ahora hallaremos
:
V BE V B V E V B V E V BE V B I CQ (0.69 K ) 0.7 V B 1.32 0.7 2.02v 2. Despreciando el efecto de los condensadores (frecuencias medias) calcular la ganancia de voltaje. Analizaremos en AC:
Hallamos la ganancia de voltaje Av.:
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Av
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VO Vi
V I I B * * ( re 0.22 K) V0 I B * (1.5 K // 10 K) Entonces : * I B * (1.5 K // 10 K) AV * I B * (re 0.22 K) AV 5.88
En el paso anterior hallamos re y 3. Encontrar la frecuencia de corte para Ci, Co, Ce, mostrando los circuitos equivalentes.
fc Hallaremos la frecuencia de corte para Ci:
1 2Ci( Zi Ri )
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Necesitamos hallar Zi:
Zi 9.88k //( re * 0.22k ) Zi 9.88k //(13.54 * 200 0.22k * 200) Zi 9.88k //( 46.708k ) Zi 8.15k Luego:
22 F La frecuencia de corte para Ci =
1 2 22 F (8.15k 1k ) fc 0.791Hz fc
0.1F La frecuencia de corte para Ci =
1 2 0.1F (8.15k 1k ) fc 173.93Hz fc
0.01F La frecuencia de corte para Ci =
1 2 0.01F (8.15k 1k ) fc 1739.39 Hz fc
fc Hallaremos la frecuencia de corte para Co:
1 2Co( RL RC )
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22 F La frecuencia de corte para Co =
1 2 22 F (1.5k 10k ) 1 fc 2 22 F (11.5k ) fc 0.629 Hz fc
fc
1 2Ce( Req )
Finalmente hallaremos la frecuencia de corte para Ce:
La frecuencia de corte que influye en las respuestas de baja frecuencias del amplificador es: La frecuencia que influye para las respuestas en bajas frecuencia para nuestra configuración es la frecuencia de mayor valor en nuestro caso la frecuencia de corte que pertenece al condensador Ce es la que determina el valor de las frecuencia de corte para nuestra configuración. Porque vemos que las otras son mucho menores a esta y la frecuencia de corte para bajas frecuencias debe ser la mayor de todas, esto se debe a que ya todas las los anteriores condensadores ya están trabajando en un rango de frecuencias determinado y solo falta que uno de ellos el de más alta frecuencia se encuentre también en este mismo rango; en conclusión se coge la frecuencia de más alto valor pues es esta en la cual todos los condensadores y alcanzaron su frecuencia de corte, o sea ya están trabajando todos en un mismo rango de frecuencias. Señal del circuito
