REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICADE LA FUERZA ARMADA NACIONAL

NÚCLEO ARAGUASEDE MARACAY

Profesor: Alumnos:

Ing. Cesar González Camacho Dayana C.I. 21.3667 Esteves Carla C.I.

Sección: ITD-601

Maracay, 23 Septiembre de 2014

LABORATORIOELECTRONICA II

Práctica No. 1AMPLIFICADOR MULTIETAPA

Acoplamiento Capacitivo

INTRODUCCION

El transistor es un dispositivo semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, etc. Existen diferentes tipos de transistores, uno de ellos es el BJT, que es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si se le introduce una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación.

Este tipo de transistor es el que se estará utilizando como parte de la práctica en el presente informe en donde se dará a conocer de una manera concisa el manejo de los transistores de una manera de amplificación; Esta práctica utiliza el transistor bipolar como amplificador y a su vez como inversor. Brevemente se conocerá con detalles lo realizado en la práctica de laboratorio, así como las mediciones realizadas y las gráficas de cada una de ellas, que ameritan de análisis de resultados los cuales también están descritos en este informe.

El objetivo de esta práctica es diseñar un amplificador multietapa BJT con acoplamiento capacitivo para bajas frecuencias y pequeñas señales, dadas sus especificaciones generales en AC.

MARCO TEORICO

Transistor de unión bipolar (BJT)

Es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.

Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan generalmente en electrónica analógica aunque también en algunas aplicaciones de electrónica digital, como la tecnología TTL o BICMOS.

Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:

Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.

Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector. Colector, de extensión mucho mayor.

La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muy angosta, hay poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres estados de operación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad.

Estructura

Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda.

Corte transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la base-emisor. La base está físicamente localizada entre el emisor y el colector y está compuesta de material semiconductor ligeramente dopado de alta resistividad. El colector rodea la región del emisor, haciendo casi imposible para los electrones inyectados en la región de la base escapar de ser colectados, lo que hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la unidad, y por eso, otorgarle al transistor un gran β.

El transistor de unión bipolar, a diferencia de otros transistores, no es usualmente un dispositivo simétrico. Esto significa que intercambiando el colector y el emisor hacen que el transistor deje de funcionar en modo activo y comience a funcionar en modo inverso. Debido a que la estructura interna del transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo, intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de α y β en modo inverso sean mucho más pequeños que los que se podrían obtener en modo activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5. La falta de simetría es principalmente debido a las tasas de dopaje entre el emisor y el colector. El emisor está altamente dopado, mientras que el colector está ligeramente dopado, permitiendo que pueda ser aplicada una gran tensión de reversa en la unión colector-base antes de que esta colapse. La unión colector-base está polarizada en inversa durante la operación normal. La razón por la cual el emisor está altamente dopado es para aumentar la eficiencia de inyección de portadores del emisor: la tasa de portadores inyectados por el emisor en relación con aquellos inyectados por la base. Para una gran ganancia de corriente, la mayoría de los portadores inyectados en la unión base-emisor deben provenir del emisor.

El bajo desempeño de los transistores bipolares laterales muchas veces utilizados en procesos CMOS es debido a que son diseñados simétricamente, lo que significa que no hay diferencia alguna entre la operación en modo activo y modo inverso. Pequeños cambios en la tensión aplicada entre los terminales base-emisor genera que la corriente que circula entre el emisor y el colector cambie significativamente.

Este efecto puede ser utilizado para amplificar la tensión o corriente de entrada. Los BJT pueden ser pensados como fuentes de corriente controladas por tensión, pero son caracterizados más simplemente como fuentes de corriente controladas por corriente, o por amplificadores de corriente, debido a la baja impedancia de la base.

Los primeros transistores fueron fabricados de germanio, pero la mayoría de los BJT modernos están compuestos de silicio. Actualmente, una pequeña parte de éstos (los transistores bipolares de heterojuntura) están hechos de arseniuro de galio, especialmente utilizados en aplicaciones de alta velocidad.

Configuración de los transistores BJT

Todos los transistores BJT, NPN y PNP pueden polarizarse demanera que quede una terminal común en su circuito depolarización; es decir, un elemento que forma parte tanto de lazo deentrada como del lazo de salida. Este puede ser cualquiera de lastres terminales del dispositivo (Emisor, Base, Colector). Asíentonces, se tienen tres configuraciones:

Configuración de Base Común: La base es común a la entrada (emisor-base) y a

la salida (colector-base).

Simulación Inversor

Análisis DC

Seguidor de Voltaje

Análisis DC

Seguidor de Voltaje

Análisis DC

Análisis AC

Señal vista del seguidor de voltaje en el Osciloscopio

Etapas Conectadas

Procedimiento Experimental

1ra Etapa.

Se montó en el protoboard la primera etapa que es un inversor del amplificador con el transistor 2N2222 obteniendo los siguientes resultados:

Resultados DC

Vce=4.31V

Ic=5.59mA

Resultados AC

Para Zi se conectó una resistencia aproximado a lo obtenido en la teoría y se obtuvo:

Vi= 882mV Vs=3.70V Rs=1kΩ

Zi= ViVs−Vi

∗Rs=312.98Ω

Se conectó una carga de 1k y se midio tensión de salida con carga(Vl) y sin carga (Vo):

Vl=427mV Vo=935mV Rl=1k

Zo=Vo−VlVl

∗Rl=1189.69Ω

La ganancia se obtuvo con las tensiones de salida y entrada de esta etapa:

Vo= 8.2V Vi=0.447V

Av1=VoVi

=¿ 18.09

2da Etapa

Ahora procedimos a montar la 2da etapa que es un circuito seguidor de voltaje y se obtuvo:

Resultados DC

Vce= 4.6V

Ic=5.33mA

Resultados AC

Se conectó un resistencia de aproximadamente el resultado obtenido en el pre-lab para obtener la impedancia de entrada Zi.

Vi=520mV Vs=217mV Rs=10kΩ

Zi= ViVs−Vi

∗Rs=13.96kΩ

Para medir la impedancia de salida se conectó una carga de 220Ω y se midio la tensión de salida con carga conectada (Vl) y sin carga (Vo).

Vo=2.2V Vl=2.05 Rl=220

Zo=Vo−VlVl

∗Rl=16.1Ω

Y la ganacia se obtuvo con la tensión de entrada y salida en esta etapa.

Av2=VoVi

=4.23

Ganancia total.

AvT¿

=VoVi

=0.97V ¿

PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA

La práctica consto de dos partes, que consistieron en el montaje de los dos

diseños representados anteriormente:

Inversor:

Montaje del circuito diseñado y comprobar los parámetros en DC de

polarización antes de introducir la señal AC.

Ajustar la frecuencia y la amplitud de Vs hasta obtener la máxima tensión

pico de salida sin distorsión. Luego se pudo medir con el osciloscopio las

ganancias de voltaje y la ganancia del amplificador con y sin carga.

Se midió las impedancias de entrada y de salida.

Las mediciones con el osciloscopio arrojaron las siguientes lecturas:

Vppi=316mV Voltaje de entrada

Vppo=6,44V Voltaje de salida

Con esto se puede obtener la ganancia mediante la relación:

∆V=VppoVppi

= 6,44 V

316∗10−3V=20,379

A continuación se presenta la gráfica donde se puede ver la comparación

de la señal de entrada y la señal de salida:

Luego se procedió a realizar las mediciones de impedancia de entrada y

salida de la siguiente manera:

- Impedancia de entrada:

a) Primero se colocó en serie con el generador una resistencia RS del mismo

valor que tiene la impedancia de entrada que se calculó anteriormente que

es de 520Ω.

b) Luego se procedió a medir Vs y Vi en ambos lados de RS.

c) Seguidamente se despeja Zi, de la ecuación:

Vi= Vs∗ZiZi+RS

Zi= ViVs−Vi

RS

Ahora bien, las lecturas arrojadas de Vs y Vi, al realizar la medición de

tensión RS antes y después de la misma son las siguientes:

VS=Vpp=324,0mV

Vi=Vpp=154,0mV

Seguidamente se procederá al cálculo de la impedancia de entrada gracias

a los valores obtenidos de Vo y VS, utilizando la ecuación antes mencionada:

Zi= ViVs−Vi

RS

Zi= 324mV324m−154mV

520Ω=507,24Ω

- Impedancia de salida:

a) Primero se dispuso de una resistencia de carga RL, del mismo valor que

tiene la impedancia de salida que se calculó anteriormente que es de

1KΩ.

b) Luego se procedió a medir Vo en vacío (sin RL) y VL en la carga (con

RL).

c) Seguidamente se despeja Zo, de la ecuación:

VL= Vo∗RLZo+RL

Zo=Vo−VLVL

RL

Ahora bien, las lecturas arrojadas de Vo y VL, al realizar la medición de

tensión Vo en vacío y VL son las siguientes:

VL=Vpp=3,4V

Vo=Vpp=6,8V

Seguidamente se procederá al cálculo de la impedancia de entrada gracias

a los valores obtenidos de Vo y VL, utilizando la ecuación antes mencionada:

Zo=Vo−VLVL

RL

Zi=6,8V−3,4V3,4V

1KΩ=1KΩ

Análisis de Resultados

Según los resultados obtenidos y lo calculado en el prelaboratorio el diseño difiere un poco de lo que se quería lo cual puede ser por diversas razones, puede ser que los materiales utilizados disipaban más potencia de la que queríamos y por esta razón no obtuvimos la ganancia que se quería para el amplificador.

Se puede decir que primeramente el transistor hace el papel de amplificador

ya que se puede notar que la señal de entrada es amplificada en 20V, lo que lo

hace un componente efectivo en diferentes circuitos donde se quiera aumentar la

tensión pico a pico de una señal, además se pudo observar en el osciloscopio el

uso de este transistor como inversor ya que la señal de salida se pudo ver en

desfase respecto a la señal de entrada, representando ese desfasaje 180º,

también se pudo verificar que las impedancias de entrada y salida calculadas

teóricamente son aproximadamente iguales a las calculadas mediante las

mediciones realizadas lo que hace este tipo de diseño una etapa eficaz que tiene

pocos cambios en impedancias de entrada calculadas tanto teóricamente como en

la práctica.

En cuanto a análisis individuales de las etapas estuvieron dentro de los parámetros obtenidos teóricamente, y se pudo comprobar relativamente la amplificación en acoplamiento capacitivo con etapa inversora y seguidor de voltaje.

Seguidor de Voltaje

Montaje del circuito diseñado y comprobar los parámetros en DC de

polarización antes de introducir la señal AC.

Ajustar la frecuencia y la amplitud de Vs hasta obtener la máxima tensión

pico de salida sin distorsión. Luego se pudo medir con el osciloscopio las

ganancias de voltaje y la ganancia del amplificador con y sin carga.

Se midió las impedancias de entrada y de salida.

Las mediciones con el osciloscopio arrojaron las siguientes lecturas:

Vppi=292mV Voltaje de entrada

Vppo=284mV Voltaje de salida

Con esto se puede obtener la ganancia mediante la relación:

∆V=VppoVppi

=284∗10−3V

292∗10−3V=0,97

A continuación se presenta la grafica donde se puede ver la comparación

de la señal de entrada y la señal de salida:

Luego se procedió a realizar las mediciones de impedancia de entrada y

salida de la siguiente manera:

- Impedancia de entrada:

a) Primero se colocó en serie con el generador una resistencia RS del mismo

valor que tiene la impedancia de entrada que se calculó anteriormente que

es de 13,6KΩ.

b) Luego se procedió a medir Vs y Vi en ambos lados de RS.

c) Seguidamente se despeja Zi, de la ecuación:

Vi= Vs∗ZiZi+RS

Zi= ViVs−Vi

RS

Ahora bien, las lecturas arrojadas de Vs y Vi, al realizar la medición de

tensión RS antes y después de la misma son las siguientes:

VS=Vpp=251,0mV

Vi=Vpp=130,0mV

Seguidamente se procederá al cálculo de la impedancia de entrada gracias

a los valores obtenidos de Vo y VS, utilizando la ecuación antes mencionada:

Zi= ViVs−Vi

RS

Zi= 130mV251mV−130mV

13,6KΩ=14,61KΩ

- Impedancia de salida:

a) Primero se dispuso de una resistencia de carga RL, del mismo valor que

tiene la impedancia de salida que se calculó anteriormente que es de

5,14Ω.

b) Luego se procedió a medir Vo en vacío (sin RL) y VL en la carga (con

RL).

c) Seguidamente se despeja Zo, de la ecuación:

VL= Vo∗RLZo+RL

Zo=Vo−VLVL

RL

Ahora bien, las lecturas arrojadas de Vo y VL, al realizar la medición de

tensión Vo en vacío y VL son las siguientes:

VL=Vpp=212mV

Vo=Vpp=284mV

Seguidamente se procederá al cálculo de la impedancia de entrada gracias

a los valores obtenidos de Vo y VL, utilizando la ecuación antes mencionada:

Zo=Vo−VLVL

RL

Zi=384mV−212mV212mV

5,14Ω=4,17Ω

Análisis de Resultados:

De los resultados obtenidos se puede decir que primeramente el transistor

hace el papel de amplificador ya que se puede notar que la señal de entrada es

amplificada en casi 1V (0,97V), lo que lo hace un componente efectivo en

diferentes circuitos donde se quiera aumentar la tensión pico a pico de una señal

claro está si se quisiera aumentar más esa amplificación solo hay que hacer

cambios de valores óhmicos en algunas de las resistencias usadas, además se

pudo observar en el osciloscopio el uso de este transistor como seguidor de

voltaje ya que la señal de salida se pudo ver en fase respecto a la señal de

entrada, no habiendo mucha diferencia entre las amplitudes de ambas señales,

también se pudo verificar que las impedancias de entrada y salida calculadas

teóricamente son aproximadamente iguales a las calculadas mediante las

mediciones realizadas lo que hace este tipo de diseño una etapa eficaz que tiene

pocos cambios en impedancias de entrada calculadas tanto teóricamente como en

la práctica.

Conclusión

Al analizar cada etapa de este amplificador con acoplamiento capacitivo, pudimos observar que los resultados en DC son coherentescon lo obtenido en la teoría al igual que en AC. En la primera etapa cumplió con los parámetros de impedancia de entrada y salida al igual que en la segunda etapa, pero al analizar el circuito conectando las 2 etapas existe un pequeño paradigma ya que cada etapa tiene el comportamiento esperado y por lo tanto al acoplar estas etapas deberíamos tener la ganancia esperada.

Como ya mencionamos antes, esto se puede deber a alguna perdida de potencia con el circuito conectado completamente, o con errores de equipo o humanos.

En líneas generales si se cumplió con el objetivo de la práctica que fue diseñar el amplificador multietapa con el transistor 2n2222 y cumplió con los parámetros obtenidos en nuestro pre-laboratorio.

Dayana Camacho

Conclusión

Los transistores BJT son dispositivos semiconductores formado por tres

regiones, dopadas alternativamente, permite controlar el paso de la corriente a

través de sus terminales. Puede ser configurado de diferentes maneras, en cuanto

al laboratorio realizado como se pudo ver se configuró como inversor y como

seguidor de voltaje, la practica consistió en la realización de dos montajes donde

se pudo observar el funcionamiento de los BJT, de los experimentos realizados, se

puede concluir lo siguiente:

El funcionamiento de un transistor BJT, sea de NPN o PNP, depende de la

polarización que se le aplica en sus terminales, ya que una mala polarización

podría funcionar mal todo el circuito en el que se le aplique. Durante el

experimento se pudo comprobar la teoría y cálculos realizados antes de la

práctica, además se pudo obtener dos configuraciones de BJT, como el inversor el

cual desfasa la señal de salida en 180º, generando una amplificación bastante

considerable; la otra configuración aplicada fue el BJT como seguidor de voltaje,

cuya señal de salida está en fase con la señal de entrada además que esta

amplificada.

José Madera