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PRACTICA #2, APLICACIONES DE LOS TRANSISTORES

Patricio Xavier Cuzco A. e-mail: pcuzcoa@est.ups.edu.ec

Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca.

Electrónica Analógica II

RESUMEN: en esta práctica de laboratorio

estudiaremos las aplicaciones prácticas del transistor fet y las aplicaciones del transistor BJT; una de estas aplicaciones es utilizar estos transistores como una fuente de corriente continua, con una carga variable de 0 a 1000 Ω. Otra aplicación práctica que le daremos a los transistores es la de un generador de una onda diente de sierra, esta onda será medida a la salida del capacitor que actúa en régimen transitorio con las fuentes de corriente constante. Para realizar estos circuitos es necesario que tengamos claros los conceptos de polarización de transistores fet.

PALABRAS CLAVE: Calcular, Armar, Medir, Simular.

2 OBJETIVOS 1) Diseñar, calcular y comprobar el funcionamiento de dos generadores de corriente constante.

a) Con BJT. b) Con transistor Fet.

2) Diseñar, calcular y comprobar el funcionamiento de un circuito que genere la onda diente de sierra.

3 MARCO TEORICO 3.1 ESPEJO DE CORRIENTE BIPOLAR

La forma más simple de una fuente de corriente es la basada en un espejo de corriente Figura 1. El espejo de corriente está constituido por la unión de dos transistores idénticos que tienen la misma tensión VBE tal como se ve en la figura a. El transistor Q1 está operando en modo diodo es decir el colector y la base están cortocircuitadas y por ello en numerosas ocasiones se puede ver representado según el esquema b. Ambos circuitos se comportan como una fuente de corriente de valor Io.

Figura 1. Construcción espejo de corriente.

Para el análisis de la fuente de corriente es necesario ocupar la siguiente ecuación:

En un espejo de corriente las tensiones VBE de Q1 y Q2 son iguales y, al ser transistores idénticos, IS1=IS2. Por consiguiente, la ecuación anterior indica que ambas intensidades de colector deben ser iguales IC1=IC2=Io. De aquí proviene el nombre de espejo de corriente. La corriente de colector de ambos transistores es la misma, de forma que si varia la corriente de uno de ellos tiene “reflejo” en el otro. Obteniendo de este análisis:

Como la corriente de colector es idéntica en ambos transistores y dado que operan en la región lineal (IC=ßIB), se puede despejar IC1 de la ecuación anterior obteniendo:

Siendo:

Una fuente de corriente ideal debe suministrar una corriente constante con independencia de la tensión de salida. Sin embargo, en las fuentes de corrientes reales su corriente de salida varía con la tensión de salida. Esta dependencia está relacionada con la resistencia de salida del transistor. La figura anterior se representa la curva de operación de Q2 con VBE2=Cte. fijada por la corriente del transistor Q1 en el espejo de corriente de la primera figura, suponiendo al transistor ideal (recta horizontal con resistencia de salida ∞) y real (su resistencia de salida esta especificada por endiente de la recta de valor 1/Ro).

Si se considera un transistor ideal sin resistencia de salida, la intensidad Io es independiente de la VCE, es decir, de la tensión de salida. Por el contrario, un transistor tiene una resistencia de salida de forma que la IC2=Io es variable con la VCE. En cualquier caso, este transistor deja de comportarse como elemento lineal cuando entra en la región de saturación, siendo este el límite de operación de cualquier fuente de corriente.

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2

FUENTES DE CORRIENTE SIMPLES FET

Los espejos de corriente basados en transistores bipolares pueden ser extendidos a transistores FET pero con las propias particularidades de este tipo de transistores. Al ser los transistores FET dispositivos controlados por tensión, no presentan los problemas de polarización de base de los bipolares. Sin embargo, la relación cuadrática entre la ID y la VGS dificulta su análisis. La grafica muestra una fuente de corriente simple basada en un espejo de corriente constituida por transistores JFET.

Resolviendo el sistema de ecuaciones tenemos:

CALCULOS DE LA PRÁCTICA Generador de corriente constante con BJT

80

mAIc 2

5V Vcc

V 1.5 Vce

2 Vbe 1 Vbe

be V VR1 Vcc fI

VbeVcc

ReR1

mA 2

0.7-5 R1

K 2.2 R1

1000,820

,680,570,510,470,330 RL

Generador de corriente constante con Fet

Usamos esta polarización del transistor fet para obtener la fuente de corriente constante ya que al no

tener voltaje VGS=0V; por sus características de construcción la corriente de drain ID será igual a IDSS.

10mA =IDSS

IDSS=ID

V 4 -=Vp V 12=VDD

V 0=Vgs mA 5.5=ID

7V=VDS

VDS-VDD=VRD

V 57V-12VVRD

50045411mA

5V=Rd

1000 , 910 , 750 , 180 , 100 RL

Circuito Generador de la onda Diente de Sierra.

Para el circuito del generador diente de sierra utilizaremos el generador de ondas para obtener las ondas cuadradas a un periodo en T/2; luego el circuito de corriente constante carga y descarga al capacitor de forma lineal y no de forma exponencial, con lo cual se forma la señal de diente de sierra.

Análisis de circuito de salida que genera la señal

en forma de diente de sierra.

1002.1

7.05

7.0

2.180

10

10

mARb

Ib

VVccRb

mAmA

Ib

IcIb

mAIdIc

Cálculos de la resistencia de emisor:

VDsVceVccVRE

VVVDsVDs

VVce

55

5

20010

2

5512

mA

VRE

VVRE

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3

4 LISTA DE MATERIALES

Presupuesto de los materiales

# Componente Valor

Unitario

Valor

total

2 FET MPF102 $0.35 $0.70

15 Resistencias $0.04 $0.60

1m Cable multipar $0.50 $0.50

1 2N3904 $0.30 $0.30

1 capacitor $0.15 $0.15

Total $2.25

Herramientas y Equipos

Fuentes de tensión variables

Voltímetro

Amperímetro

Pelacables

Protoboard

5 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

5.1 MEDICIONES, SIMULACIONES

Fuente de Corriente constante con BJT

Fuente de corriente constante(Valores Medidos)

Resistencia Voltaje en R I en R

330 Ω 0.69 V 2.1 mA

470 Ω 0.94 V 2 mA

510 Ω 1.02 V 2.02 mA

680 Ω 1.35 V 1.99 mA

820 Ω 1.64 V 2 mA

1 K Ω 1.93 V 1.93 mA

Fuente de corriente constante(Valores Simulados)

Resistencia Voltaje en R I en R

330 Ω 0.67 V 2.03 mA

470 Ω 0.95 V 2.02 mA

510 Ω 1.03 V 2.01 mA

680 Ω 1.36 V 2.01 mA

820 Ω 1.64 V 2 mA

1 K Ω 1.99 V 1.99 V

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4

Fuente de Corriente constante con Fet

Fuente de corriente constante(Valores Medidos)

Resistencia Voltaje en R I en R

100 Ω 0.52 V 5.27 mA

180 Ω 0.94 V 5.27 mA

750 Ω 3.88 V 5.18 mA

910 Ω 4.67 V 5.14 mA

1 K Ω 5.1 V 5.12 mA

Fuente de corriente constante(Valores Simulados)

Resistencia Voltaje en R I en R

100 Ω 0.51 V 5.12 mA

180 Ω 0.92 V 5.11 mA

750 Ω 3.78 V 5.05 mA

910 Ω 4.57 V 5.03 mA

1 KΩ 5.1 V 5.1 mA

Circuito generador de la onda diente de sierra:

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5

6 CONCLUSIONES

1.- En esta práctica analizamos las ventajas de

utilizar el transistor fet como generador de corriente

constante; para obtener esta característica especial del

transistor hay que polarizar el transistor en la

configuración de source común ya que cuando el voltaje

VGS=0V la corriente que circula por el drain es

constante e IDSS= ID.

2.- La señal de diente de sierra tiene el periodo de

trabajo de 50%, ya que la señal de la onda cuadrada de

ingreso en la base del Rb, la tomamos directamente del

generador de funciones por lo que para cuando el

capacitor se carga usa el T/2, y para el tiempo de

descarga el periodo es T/2. Con esta configuración la

señal de salida se cargara linealmente hasta que el

capacitor alcance el voltaje del generador, luego

permanecerá en 0 V para el periodo negativo.

Conclusions:

1.- In this practice we analyze the advantages of

using the transistor FET with generator of constant

current; to obtain this special characteristic of the

transistor it is necessary to polarize the transistor since

in the configuration of common source when the voltage

VGS=0V the current that circulates for the drain is

constant and IDSS =ID.

2. - The sawtooth signal has a period of 50% duty

as the square wave signal at the base input of Rb, we

direct the function generator so to charge the capacitor

when using the T / 2, and for the discharge time period

is T / 2. With this configuration the output signal will

charge the capacitor linearly until it reaches the

generator voltage, then remain at 0 V to the negative

period.

7 REFERENCIAS [1] Robert L. Boylestad 2004, Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, Editorial Pearson Education. Pág. 200 – 201, pág. 429.