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ANLISIS Y DISEO DE UN CIRCUITO CON TRANSISTOR DE UNION BIPOLAR.

Sediel Trujillo WilmerUniversidad Del Quindo

Resumen En el presente informe de laboratorio se pretende mostrar los resultados del ejercicio propuesto en clase de circuitos con transistor de unin bipolar, buscando los parmetros con su respectivo anlisis y en consecutivo su diseo. Abstract In this lab report is to show the results of the proposed class of circuits with bipolar junction transistor exercise , seeking the parameters with their analysis and design row . .

ndice de Trminostransistor, malla de entrada, salida, mxima excursin simtrica, AC, DC, lneas de carga.

OBJETIVOS

Aprender la operacin bsica de los transistores BJT, as como las configuraciones bsicas para interconectar este dispositivo en los circuitos. Llevando a cabo una inspeccin especifica en el funcionamiento de transistor en baja frecuencia y en banda media.INTRODUCCIN

El anlisis de circuitos bsicos es el estudio de interconexiones de dispositivos pasivos y fuentes. Los dispositivos lineales pasivos incluyen resistores, capacitores e inductores. Estos dispositivos efectan las operaciones lineales de multiplicacin por un factor, integracin y diferenciacin. Las fuentes independientes suministran ya sea un voltaje o una corriente que es independiente de la operacin del resto del circuito. Las fuentes dependientes tienen un voltaje o corriente de salida que es una funcin de una corriente o voltaje en algn punto del circuito en esta prctica las fuentes dependientes existen solamente como elementos en los circuitos a resolver. Se observara que estas surgen de la modelacin de dispositivos activos como los transistores de unin bipolar. MARCO TEORICO

Un transistor bipolar est formado por dos uniones pn en contraposicin. Fsicamente, el transistor est constituido por tres regiones semiconductoras denominadas emisor, base y colector. Existen 2 tipos de transistores bipolares, los denominados NPN y PNP:

Fig. 1: Transistores Bipolares npn y pnp.

A partir de este punto nos centramos en el estudio de los transistores bipolares NPN, siendo el comportamiento de los transistores PNP totalmente anlogo.

El emisor en un transistor NPN es la zona semiconductora ms fuertemente dopada con donadores de electrones, siendo su ancho intermedio entre el de la base y el colector. Su funcin es la de emitir electrones a la base. La base es la zona ms estrecha y se encuentra dbilmente dopada con aceptores de electrones. El colector es la zona ms ancha, y se encuentra dopado con donadores de electrones en cantidad intermedia entre el emisor y la base.

Condiciones de funcionamiento

Las condiciones normales de funcionamiento de un transistor NPN se dan cuando el diodo B-E se encuentra polarizado en directa y el diodo B-C se encuentra polarizado en inversa. En esta situacin gran parte de los electrones que fluyen del emisor a la base consiguen atravesar sta, debido a su poco grosor y dbil dopado, y llegar al colector.

El transistor posee tres zonas de funcionamiento:

1. Zona de saturacin:El diodo colector est polarizado directamente y es transistor se comporta como una pequea resistencia. En esta zona un aumento adicionar de la corriente de base no provoca un aumento de la corriente de colector, sta depende exclusivamente de la tensin entre emisor y colector. El transistor se asemeja en su circuito emisor-colector a un interruptor cerrado.

2. Zona activa:En este intervalo el transistor se comporta como una fuente de corriente, determinada por la corriente de base. A pequeos aumentos de la corriente de base corresponden grandes aumentos de la corriente de colector, de forma casi independiente de la tensin entre emisor y colector. Para trabajar en esta zona el diodo B-E ha de estar polarizado en directa, mientras que el diodo B-C, ha de estar polarizado en inversa.

3. Zona de corte:El hecho de hacer nula la corriente de base, es equivalente a mantener el circuito base emisor abierto, en estas circunstancias la corriente de colector es prcticamente nula y por ello se puede considerar el transistor en su circuito C-E como un interruptor abierto.

Los transistores se usan en su zona activa cuando se emplean como amplificadores de seales. Las zonas de corte y saturacin son tiles en circuitos digitales. [1]

PROCEDIMIENTO

Realizar el anlisis del circuito de la figura:

Fig. 2: Esquema del circuito propuesto, el cual, como se demuestra en las ecuaciones, no existe mxima excursin simtrica.

R1=1.5K, R2=6K, RE=100, VCC=5V, RC=RL=1K, C1=C2=C3= , =100

Determine el punto Q. Halle V0max sin distorsin Halle Vimax para V0max sin distorsin Determine si hay M.E.S. (mxima excursin simtrica) y redisee si su respuesta es no.

ANALISIS DC

Primero obtenemos el equivalente de Thevenin VBB

Fig. 3: Representacin recta de carga DC, con el punto de operacin Q. y malla de salida, [2, p. 3]

MALLA DE ENTRADA

CON

ICQ= 1.76 mA

MALLA DE SALIDA

INTERCEPTOS

Dado a que el punto Q no se encuentra en la ubicacin deseable porque VBB es muy cercano a VBE . en consecuencia, cambian de manera significativa IC.

ANALISIS AC

Interceptos :

Fig. 4: saturacion del transistor antes de realizarce el rediseno del mismo simulada en proteus.

Fig. 5: representacin de las rectas de carga dinmicas y estticas con las ecuaciones establecidas anteriormente. Se puede notar que el punto de operacin est por debajo de la mitad de la recta de carga dinmica.

Dado A que el punto Q (1.96V, 2.76 mA) est en la mitad inferior de la lnea de carga de CA, no existe mxima excursin simtrica, por ende debe realizarse un rediseo el cual se muestra a continuacin.

Para mxima excursin

Ahora se halla RB

Ahora se procede a hallar R1 Y R2

Por tanto la mxima excursin simtrica ser entonces:

Fig. 6: se puede observar que despus de redisear el circuito, obtenemos una seal de entrada y salida sin recortarse o saturarse, simulada con proteus.

Realizando el manejo de seal

Para hallar vimax se calcula AV mediante los parmetros del modelo hibrido

AV= -53

Este valor es muy semejante al valor obtenido en la simulacin, como se muestra en la siguiente figura:

Fig. 7 datos comparados muy similares a los obtenidos en la teora.

Fig. 8: valores obtenidos en simulacin.

Para este amplificador V0maxpico = vcemaxpico=1.38V

La mxima potencia disipada por el transistor se verifica para asegurar que no excede las especificaciones. La potencia promedio mxima disipada por el transistor es [2]

La potencia en la carga est dada por:

La potencia suministrada por la fuente es:

La eficiencia de conversin mxima es la relacin:

El factor de potencia F.P. ser:

Nuevamente la potencia del dispositivo en proporcin de la carga es:

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Al analizar el amplificador con transistor, todos los componentes de circuito estn especificados, permitiendo llevar a cabo y examinar las condiciones DC. Al disearlo la situacin es diferente porque se toman los parmetros elegidos por el diseador, como la eleccin de los componentes del circuito y la opcin de elegir ICQ, como fue el caso de este informe donde se rediseo el circuito original para una mxima excursin simtrica (M.E.S.) para el amplificador donde ICQ se ubic en la mitad de la lnea de carga de ca. [2]

Durante el anlisis y diseo del circuito, se pudieron constatar que la diferencia de los valores obtenidos en la simulacin es un rango de alta tolerancia, esto es importante porque para llevar a cabo en la prctica los diseos requeridos para el desenvolvimiento en el mundo como profesionales en el rea de la electrnica, debemos tener en cuenta todos los parmetros posibles que fueron detallados en este informe.

El transistor disipa su mxima potencia cuando no se aplica seal de entrada de ca. Dependiendo de la amplitud de la seal de entrada, el transistor disipara una potencia promedio entre VCEQ*ICQ y la mitad de este valor.

BIOGRAFIA

Wilmer Sediel trujillo, naci en Lbano Tolima el 20 de febrero de 1991, en 2001 se muda al departamento del Quindo donde actualmente se encuentra estudiando ingeniera electrnica en la universidad del Quindo.

Bibliografa

[1] J. Delgado, Galeon, [En lnea]. Available: http://juliodelgado.galeon.com/#transistor. [ltimo acceso: 23 02 2015].[2] M. S. R. ,. G. L. C. C.J. SAVANT, DISENO ELECTRONICO CIRCUITOS Y SISTEMAS, BURBANL, CALIFORNIA, U.S.A.: DISCOVERY PRESS, 2000. [3] wni, wni mexico, 19 08 2014. [En lnea]. Available: http://www.wni.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=62:antenassoporte&catid=31:general&Itemid=79.