EL BJT COMO INTERRUPTOR Y AMPLIFICADOR DE VOLTAJE

[REPORTE DE PRÁCTICA No. 7]

[EL BJT COMO INTERRUPTOR Y COMO APLIFICADOR DE VOLTAJE DE SEÑALES PEQUEÑAS EN EMISOR COMÚN]

ALUMNOS:JORGE ANTONIO GAXIOLA TIRADO.

GUSTAVO HERNANDEZ MEJÍA.JOSÉ DE JESÚS FLORES SANCHEZ.

PROFESOR: GUSTAVO ADOLFO VEGA GÓMEZ.

MATERIA: LABORATORIO DE ELECTRÓNICA I.

CARRERA: LICENCIATURA EN INGENIERÍA BIOMÉDICA.

GUADALAJARA, JALISCO. 25 DE NOVIEMBRE DEL 2009

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARACENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS

OBJETIVO GENERALComprobar el funcionamiento del BJT como interruptor y como amplificador de señales pequeñas en emisor común. Realizando los cálculos y experimentos necesarios para confirmar los resultados teóricos, simulados y prácticos se aproximan tanto para C.D, como para C.A.

E C+ -

-B

/ B+-

/ C/ E-

VBC

VEB

VEC

+

VCB

+

REPORTE DE PRÁCTICA No. 7EL BJT COMO INTERRUPTOR Y AMPLIFICADOR DE VOLTAJE

MARCO TEÓRICO

Por definición, el transistor de unión es un dispositivo semiconductor que contiene tres porciones vecinas dopadas alternativamente, en el cual la región media es muy estrecha en comparación con la longitud de fusión de portadores minoritarios correspondiente a esa zona.

Como se muestra en la figura, el contacto de la región central estrecha hacia el mundo exterior se conoce como base. Los contactos en las porciones externas reciben los nombres de emisor y colector. Las designaciones de emisor y colector nacen de las funciones que cumplen estas zonas en el funcionamiento del dispositivo. Aún cuando en la figura pueden lucir como dos zonas intercambiables, en los dispositivos prácticos actuales, la zona emisora generalmente está mucho más dopada que la colectora y no se pueden intercambiar los terminales sin modificar las características del dispositivo.

En la figura anterior se ilustra el símbolo circuital utilizado para el transistor de unión pnp, al mismo tiempo que se definen simultáneamente las polaridades de voltaje y corriente pertinentes. Aunque en la figura aparecen los signos “+” y “-” para definir las polaridades de los voltajes, en realidad son redundantes porque el doble subíndice en el símbolo de voltaje índice igualmente dichas polaridades. El primer subíndice especifica la referencia de polaridad supuesta como “+”. Por ejemplo, VEB supone que “E” tiene el signo “+” y “B” el signo “-”. Nótese que como que como consecuencia de las leyes de Kirchhoff, solamente hay dos voltaje y dos corrientes independientes. Si se conocen dos voltajes o corrientes, también se conoce la tercera.

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA I 25/NOV/2009

Transistor npnTransistor pnp

E C+ -

-B

/ B+-

/ C/ E-

VBCVEB

VEC+

VCB

+

E C- +

+B

/ B-+

/ C/ E+

VCBVEB

VCE-

VBC

-


REGIONES DE FUNCIONAMIENTO DEL BJT

El transistor bipolar tiene cuatro regiones o zonas de funcionamiento o polarización en cc. Las “regiones de funcionamiento” se determinan de acuerdo con las polaridades de los voltajes en las uniones colector-base y base-emisor. La zona más común de funcionamiento del transistor bipolar es la zona activa, que se define como aquella que tiene la unión E-B polarizada en directo y la unión C-B polarizada en inverso. Para el p+np esto significa que la E-B tiene una polaridad de “+” a “-” y que la C-B tiene una polaridad de “-” a “+” Casi todos los amplificadores de señal lineales tienen sus transistores bipolares polarizados en la región activa, porque es en esa región donde tienen mayor ganancia de señal y menor distorsión.

La zona de saturación se define como aquella en la que tanto la unión E-B como la unión C-B están polarizadas en directa. Para el pnp, esto significa que los voltajes VEB y VCB son positivos. En los circuitos lógicos y cuando el transistor actúa como conmutador, esto implica la región de funcionamiento en la que |VCE| es pequeña e |IC| es elevada; es decir, el dispositivo actúa como un conmutador cerrado, o sea en “conducción”. Un conmutador cerrado tiene poco o ningún voltaje entre sus bornes aun cuando fluya una corriente elevada. En un circuito lógico, denominamos a esto un nivel lógico cero o “bajo”.

Definimos la zona o región de corte como aquella en la que ambas uniones están polarizadas en inversa. Para el transistor pnp esto hace necesario un voltaje negativo de VEB y de VCB. Esto representa generalmente el estado abierto, o sea en “corte”, para el transistor como conmutador, o el nivel lógico uno o “alto” en circuitos digitales. Cuando está en “corte” el transistor es similar a un circuito abierto en que |IC| es casi cero y |VCE| es elevado.

La cuarta región de funcionamiento es la zona o región inversa, denominada también región activa inversa. Para el funcionamiento en activa inversa, la unión E-B está polarizada en inversa y la unión C-B lo está en directa. El uso más común de esta zona de funcionamiento es en circuitos de lógica digital, como la lógica TTL (transistor-transistor-logic), en los que la ganancia de señal no es un objetivo.


⁄ B>0

VCB=0

⁄ B>0

⁄ B=0

⁄ C

VEC

⁄ B=0

Corte

Activa

Activa inversa

Corte

Saturación

SaturaciónPNP

VCB

VEB

Corte

SaturaciónActiva directa

Activa inversa

⁄ B>0

VBC=0

⁄ B>0

⁄ B=0

⁄ C

VCE

⁄ B=0

Corte

Activa

Activa inversa

Corte

Saturación

SaturaciónNPN

VBC

VBE

Corte

SaturaciónActiva directa

Activa inversa

Entrada

+

C

iciE

E+

VEB

P+ N P

VCB Salida

Base común


CONFIGURACIONES DEL BJT

En aplicaciones de circuito, el transistor funciona típicamente con un terminal común entre la entrada y la salida, ya sea en cc o en señal con una masa común. Debido a que el transistor tiene solamente tres terminales, hay tres tipos posibles de amplificador. Se designan como en base común, emisor común y colector común; estos nombres indican el terminal que es común a los circuitos tanto de entrada como de salida.


B Salida

VEB

+ +

iB

C

P

N

P+Entrada

ic

VEC

B Salida

VCB

+

iB

+E

P

N

PEntrada

iE

VEC

IB p

p

n

IE

IC

B

C

E

VCC

VBB

IB n

n

p

IE

IC

B

C

E

VCC

VBB

IB

IC

IE

C

E

B

IB

IC

IE

C

E

B


Emisor común

Esta es la configuración de transistor que se encuentra más frecuentemente para los transistores npn y pnp.

Se le denomina configuración de emisor común debido a que el emisor es común o relaciona las terminales tanto de entrada como de salida (para este caso, será común


Emisor común Colector común

NPN PNP

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20VCEsat

ICEO ≈ βICBO (Región de corte)

(Región de saturación)

IB=0μA

10μA

20μA

30μA

40μA

50μA

60μA

70μA

90μA

(Región activa)

VCE (V)

IC (mA)


tanto la terminal base como a la de colector). También en esta configuración se necesitan dos conjuntos de características para describir completamente el comportamiento de la configuración de emisor-común: uno para el circuito de entrada o de base-emisor y otro para el circuito de salida o de colector-emisor.

Las corrientes de emisor, colector y base se muestran en su dirección convencional real para la corriente. Incluso aunque cambió la configuración del transistor, las relaciones de corriente que se desarrollaron antes para la configuración de base común continúan siendo aplicables. Es decir:

IE= IC+IB e IC= αIE

Para la configuración de emisor común, las características de salida representan una gráfica de la corriente de salida (IC) en función del voltaje de salida (VCE) para un rango de valores de corriente de entrada (IB). Las características de entrada representan una gráfica de la corriente de entrada (IB) en función del voltaje de entrada (VBE) para un rango de valores de voltaje de salida (VCE).

La región activa para la configuración de emisor común es la parte del cuadrante superior derecho que tiene la mayor linealidad, es decir, la región en la que las curvas de IB son casi rectas e igualmente espaciadas.

En la región activa de un amplificador de emisor común, la unión base-emisor se encuentra en polarización directa, mientras que la unión colector-base se encuentra en polarización inversa. Esta región de emisor común puede emplearse para amplificación de voltaje, corriente o potencia.


β=IC

I B

=hfe

α=IC

I E

=hfb

Ganancia de corriente del BJT en colector común hfc≈hfe

Ganancia de corriente del BJT en base común α≈1

Ganancia de corriente del BJT en emisor común 50 ≤ β ≤ 600


La región de corte para la configuración de emisor común, no se encuentra tan bien definida como para la configuración de base común.

Para propósitos de amplificación lineal (de menor distorsión), el corte de la configuración de emisor común se definirá mediante IC= ICEO.

En otras palabras, la región por debajo de IB=0 A debe evitarse si se busca una señal de salida sin distorsión.

RELACIÓN ENTRE GANANCIA DE CORRIENTE

I E=I C+ I BI E=I C+

I C

β I E=I C (1+ 1

β )

I E=I C ( β+1β )

I C

I E

= ββ+1

=α ( β+1 ) α=β β [1−α ]=α

β= α1−α

OBSERVACIONES

En la región de saturación (VCE ≤ VCEsat) se utiliza el BJT como interruptor cerrado.

En la región de corte VCC = VCE se utiliza el BJT como interruptor abierto.

En la región activa o lineal ( IC/IB = β ) se utiliza el BJT como amplificador lineal.


hfc=I E

I B

0

Vpk-pk=500mV

0

Vpk-pk=10mV

Amplificador Lineal

Vpk-pkμV – mVSeñales pequeñas

RL

RC

~R1

R2

RE

rs

vsCE

RL

CC

CB

- + VCC

ICQ

XC= 1 . wc

XC

RC

~RBB

IB

RE

rs

vs VBB

CB

IC= ICQ + iC

+

–

ib iB

+ VCC


BJT EN EMISOR COMÚN COMO AMPLIFICADOR DE SEÑAL PEQUEÑA LINEAL


~ Reactancia Capacitiva

XC= 1 = XC | CD → ∞ wc

iC = β iB

Esta polarización es más estable porque no depende de la β para estabilizarlo, (estabilizar IC); Si β varía mucho, la IC no se altera tanto.

V BB=Vth=V CC ( R1

R1+R2)

RBB=Rth=R1 R2

R1+R2

RC

R1

R2

RE

- + VCC

RC

RBB

IB

REVBB

IC= ICQ + iC

+

–

iB

+ VCC

+

–

+

–

+

–VCE

RC

R1

R2

RE

+

–


Si la base se hace corto circuito

Todo análisis comienza en la malla B-E

V BB=I B RBB+V BE+ I E R E I E≈ I C I C=β⋅I B

V BB−V BE=I B RBB+βI B REβ=

IC

I B

se cumpleV CE>V CESAT

I C=β (V BB−V BE)

RBB+ βRE

=V BB−V BE

RBB

β+RE


ICQ

VCEQ

IB

VCC .RC + RE

VCC

RENT= ZENT= RBB || rbe

Modelo del BJT en emisor común para señales pequeñas

˜

rS

vSRBB rbe RC RL

hfe*ib

iC

b

e

cib

iL

Capacitores en corto (2)

–

+–

ZSAL= RC


De la malla C-E

V CC=I C RC+V CE+ I E RE I E≈ I C

V CC=I C RC+V CE+ I C RE

I C=V CC−V CE

RC+RE I C|¿¿max ¿VCE=0 ¿¿=

V CC

RC+RE

¿ I C= −1RC+RE

V CE+V CC

RC+RE

V CC=I C RC+V CE+ I C RE ⇒V CE=V CC−I C (RC+RE )

V CE|¿¿max ¿Ic=0 ¿¿=V CC¿

V CE>V CESAT

V CE<V CESAT

PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DEL MODELO DE SEÑAL PEQUEÑA DE UN AMPLIFICADOR EN EMISOR COMÚN

1. Represente al BJT como un modelo eléctrico que satisfaga ic= hfe*ib.

2. Realice corto circuito en los capacitores y cada una de las fuentes de C.D. con que cuente el circuito.


˜

rS

vSVENT RENT RC vL

GV (vENT)

+–

–

+

–

+

RSAL

–

+

rS

vSRBB rbe RC RL

hfe*ib

iC

b

e

cib

–

˜

CB

CE

CC


MODELO DE UN AMPLIFICADOR DE VOLTAJE

En un Amplificador de voltajees casi estrictamente necesario que se cumpla

V ent=V S ( Rent

Rent+rs ) Rent >> rs

V L=V sal=GV V ent ( RL

RL+Rsal) RL>> R sal

AV =GV=V sal

V ent

=V L

V ent

=−hfe⋅ib (RL‖RC )

ib⋅rbe

Gi=iL

ient

=( iL

iC)( iC

ib)( ib

ient) ib=ient ( RBB

RBB+rbe ) iL=−iC( RC

RC+RL)

Gi=−( RC

RL+RC) (hfe )( RBB

RBB+rbe ) GP=Gi⋅GV

...tomando en cuenta ya a los capacitores...

CÁLCULO DE UN FILTRO PASA ALTAS DE 1ER ORDEN


RENT >> rs, RL >> RSAL

X L=ωL

XC=1ωC

1

1 .√2

Pmax= VENT RL

ωC

fCFrecuencia de corte o de potencia media

Pmed= Pmax 2

VSAL VENT

~ vS

−+

−

−

−

++

+

VENT

F variableI

RLVSAL

rS

vSRL–

CBCC

fc10

fc10


|V sal

V ent

|=I⋅RL

I⋅|RL− jX C|=

RL

√RL2+(−1

ϖC )2

|V sal

V ent

|¿¿ω=0 ¿CD ¿¿=0¿ |V sal

V ent

|ω→∞

=1

Pmax=V

2ent

RL Pmed=

Pmax

2

1

√2

Pmed=Pmax

2=

V2

ent

RL

2=V

2ent

2 RL

=V2med

RL

V med=V ent

√2=V ent [ R L

√ RL2 +XC

2 ]1√2

=RL

√ RL2 [1+

XC2

RL2 ]

RL=XC|ωC=1

ωC⋅C= 1

2π⋅fc⋅CC= 1

2 π⋅RL⋅fc= 1

2π (104) (102)=159 nF

Calculando capacitores


RE

CE

ie

ibic


RL=XC|ωCRL=

1ωC⋅C

C= 1

RLωC10

=10RL ωC

RL=XC⇒1000Ω= 1100 C

→C=10 μF 1000Ω= 110010

C→C=100 μF

XC= 1

100 ( 10−4 )=100

Haga cero toda fuente, y hacer corto todos los capacitores excepto el que se requiere calcular.

CÁLCULO DE CB

XCB=RXRX=rs+(RBB‖rbe )

1

2 π fc10

CB

=RX ∴ CB=5

π⋅fc⋅RX

CÁLCULO DE CC

XCc=RY RY=RL+RC

1

2 π⋅fc10⋅CC

=RY CC= 5π⋅fc⋅RY

CÀLCULO DE CE


Realizando reflexión de impedancias de las resistencias de la base al emisor

RE

CE

ieic


(RS‖RBB )+rbe

hfe+1

CALCULO DE CE

XC E=RZ ;

RZ=(rs‖RBB )+rbe

hfe+1‖RE

CE= 12 π⋅fc⋅RZ

EL BJT COMO INTERRUPTOR

Materiales:Un foco de 12V a 10W.Una fuente de 5V.LABORATORIO DE ELECTRÓNICA I 25/NOV/2009

ie= ic + ib

ie= β ib + ib

ie= (β+1) ib

ib= ie . hfe +1


Una resistencia de ≈ 88Ω (2 acopladas en serie).Un multímetroUn switchUn transistor 2N3904

Para la elaboración del interruptor utilizamos el BJT, cuya matrícula es 2N3904. Teniendo en cuenta que el BJT en emisor común, funciona como interruptor (La carga se conecta en colector).

Datos: Utilizando como carga un foco de 12V a 10 W obtenemos:Vcc= 12VVLCONTROL=VBB= 5VRL= (12)2V/10W = 14.4 ΩIL= 12V/14.4Ω = 833mAβ= 172

Para que el BJT trabaje saturado y su VCE0, se debe forzar a que

I C

I B

= β10 ,

entonces:IC

I B

= β10

I C

I B

=17210 =17.2

Despejando IB:

I B=I C

17 . 2 I B=

0 . 833 A17 . 2 = 48.43mA

Con el interruptor en la fuente de 5V y aplicando L.V.K a la malla base-emisor, obtenemos:

V BB=I B RB+V BE V BB=I B RB+0 .7 v

Como ya conocemos los valores suficientes en esta ecuación, y teniendo en cuenta que la única incógnita es RB, despejamos:

RB=V BB−0 .7 v

I B

= 5 v−0 .7 v0 . 04843 A

=88 .78Ω



INTERRUPTOR ON

INTERRUPTOR OFF

VCC12V

V15 V

R1

88.78Ω

R214.4Ω

XMM1

XMM2

J1

XMM3

Q1

2N3904


VCC12V

V15 V

R1

88.78Ω

R214.4Ω

XMM1

XMM2

J1

XMM3

Q1

2N3904


Reporte de mediciones:

Simulado:

ON OFFVCE = 954.076 mv VCE = 12VIC =767.078 mA IC = 0IB = 41.47 mA IB = 16.289 pA

Físico:

ON OFFVCE = 900 mv VCE = 12.01 VIC = 670 mA IC = 0IB = 40.01 mA IB = 0.022 mA

La hoja de datos nos reporta que el VCBO= 60V, midiéndolo en físico obtenemos:

VCBO = 54 V

Trazar las curvas de respuesta de un transistor e identificar los dos puntos de operación del mismo.


I C=8 .32 A

I B=48 .43 mA

V CC=12 V

V CC

RL

=12V14 .4Ω

=833 mA

QVCE = 954.076 mvIC =767.078 mA


EL BJT COMO AMPLIFICADOR

Materiales:10 transistores bipolares de diferentes matriculas

Una fuente de 12V

Las siguientes resistencias:

RC=1000ΩRL=1000Ω

(Una de 220Ω en serie con una de 10Ω)(Una de 22kΩ en serie con una de 1kΩ)

Los siguientes capacitores:

Un multímetroUn osciloscopioUn generador de funciones

1.- Conseguir 10 transistores bipolares de diferentes matriculas NPN y PNP, y realizar las mediciones de caída de voltaje entre las uniones B-C Y B-E, para identificar el tipo y las terminales del BJT, reportar esto en una tabla como sigue:

MATRICULA VBE VBC ENCAPSULADO TIPO2N3904 0.694 0.670 NPN

2N3906 0.740 0.730 PNP

BC327 0.652 0.646 PNPPN2222A 0.715 0.712 NPN

2N2222A 0.717 0.713 NPN


RE=230ΩR2=23 k Ω

R1=4 .7 k Ω

CE=1000μFCB=69 μF (Uno de 47 μF en paralelo con uno de 22 μF )CC=33 μF


BC548B

0.722 0.718 NPN

TIP29C 0.580 0.575 2.- colector1.-base

3.- emisor

NPN

2N2219 0.690 0.682 NPN

2N4401 0.518 0.511 NPN

2N5886 0.505 0.500 NPN

2.- anexar la hoja de datos de uno de los BJT de la tabla, en especial 2N2222 o 2N3904.Se anexa al final del reporte

3.-trazar las curvas de respuesta del BJT que permitan dibujar sobre ellas las rectas de carga de C.D Y C.A.

Cálculos necesarios para trazar las curvas (basándonos en los resultados obtenidos en el punto número 4):

RCD = RC + RE = 1000Ω + 233.735Ω = 1233.735ΩRAC = RL RC = 1000Ω 1000Ω = 500ΩVCC/RCD = 12V/1233 Ω = 9.7mA

Tomando en cuenta que:


RC

~RBB

IB

RE

rs

vs VBB

CB

IC= ICQ + iC

+

–

ib iB

+ VCC


m= ∆ y∆ x

=∆ I C

∆ V CE

mAC=

−10 .5 K Ω

=5 .13 mAΔVCE

Δ VCE =(5. 13mA )(0 . 5KΩ)=2 . 56

4.- Calcular y construir un amplificador de señal pequeña en emisor común y comprobar su funcionamiento, tanto en físico, como en simulador para C.D como para las frecuencias de señal de entrada de 20Hz a 2MHz. (para el caso del simulador hacer uso del instrumento virtual conocido como Bode Plotter).


V CEQ

I CQ

2 ICQ

VCC/RCD

VCC

mDC=

−10 .233 K Ω

mAC=

−10 .5 K Ω


Comenzaremos el diseño con los parámetros siguientes:

.β = 165RC = RL = 1000ΩGV = -50VCC = 12VFc= 20Hz

1.- Consideramos que RC =RL para que exista máxima transferencia de potencia del transistor hacia la carga:

RL=RC=1 K Ω

2.- De la ecuación de la ganancia de voltaje obtenemos rbe:

GV=−hfe (RL‖RC )

rbe

Sustituyendo los parámetros conocidos:

−50=−165 (500Ω)

rbe⇒ rbe=

−165 (500Ω )−50

=1650Ω

Utilizando la definición de resistencia dinámica de la unión N-P encontramos IBQ , considerando que la constante empírica es n=2 :

rbe=1650Ω=( nKTj

q )I BQ

=[ 2 ( 1. 38 x10−23 ) (298 ºK )

(1 . 602 x10−19 ) ]I BQ

⇒ I BQ=31 .116. 6μA

Recordando que β=

IC

IB

se cumpleV CE>V CESAT, encontramos el valor de ICQ:

I CQ=β⋅I BQ⇒ ICQ=(165 )(31. 116 μA )=5. 134 mA

CÁLCULO DE LOS RESISTORES:


Ecuación de la ganancia de voltaje


Obligando a que:

V E=1

10V CC ⇒V E=

110

(12 v )=1 . 2 v

Obtenemos RE :

RE=V E

I E

= 1 .2 v5 .134 mA

=233 .735Ω Tomando en cuenta que I E ≈

I CQ

Con los datos ya obtenidos, calculamos:


V CEQ=12 v−5. 134mA (1+0 . 233735 ) KΩ=5 .66 v

Aplicando el criterio de estabilidad de ICQ respecto a cambios en β:

RBB=β⋅RE

10

RBB=β⋅RE

10=

(165 ) (233 .735Ω )10

=3.856 K Ω

Calculando V BB :

V BB=0 .7 v+ ICQ( RBB

β+RE)

V BB=0 . 7 v+5 . 134 mA ( 3 .856 KΩ165

+0 .233735 KΩ)=2.019 v

Calculando R2

R2=V CC

V BB

RBB⇒ R2=12 v2 . 019 v

(3 . 856 KΩ )=22 . 921 K Ω



Calculando R1

R1=RBB

(1− V BB

V CC)= 3 . 856 K Ω

(1−2 . 019 v12 v )

=4 . 63 K Ω

CÁLCULO DE LOS CAPACITORES

Haciendo cero toda fuente, y haciendo corto todos los capacitores excepto el que se requiere calcular, obtenemos:

CALCULO DE CB

RX=rs+(RBB‖rbe )RX=50Ω+(3 . 856 K Ω‖1 .650 K Ω)=1.206 K Ω

CB=5

π (20 Hz ) (1206Ω )=65 . 985 μF

CALCULO DE CC:

RY=RL+RC

RY=(1000+1000 )Ω=2000Ω

CC= 5π (20 Hz ) (2000Ω)

=39 .789 μF

CALCULO DE CE:

RZ=(rs‖RBB)+rbe

hfe+1‖RE

RZ=1699Ω166

‖233.735Ω=9. 8Ω

CE= 12 π (20 Hz ) ( 9. 8Ω)

=812 .015 μF

Amplificador valores con calculados



R222.921kΩ

R14.636kΩ

RC1kΩ

RL1kΩ

RE233.735Ω

CB

65.985uF

CC

39.78uF

CE812.015uF

VCC12V

Q1

2N3904

XFG2

rs50Ω

0

12

0

11

VCC

0

9

00

1314

8

Con lo valores comerciales disponibles es posible implementar el amplificador mostrado en la figura:

V CC=12 VRC=1000ΩRL=1000Ω

(Una de 220Ω en serie con una de 10Ω)(Una de 22kΩ en serie con una de 1kΩ)


Determinando la señal pequeña

Tomando en cuenta que la impedancia de entrada en emisor común es:

RBB rbe., y tomando en cuenta que

I BQ=31 .116 μA

RBB=3 . 856 K Ω

Calculamos:

RBB rbe= 1155.5Ω

Ib pk-pk =

I BQ

10=31 . 116 μA

10 =3 .11 μA

V ( pk−pk )ent=(3 . 11μA )(1 . 115 KΩ)=3 . 46 mV

RE=230ΩR2=23 k Ω

R1=4 .7 k Ω

CE=1000μFCB=69 μF (Uno de 47 μF en paralelo con uno de 22 μF )CC=33 μF


Con los voltajes medidos calculamos:

I BQ=V R 2

R2

−V R 1

R1 =

10 .52 v22 .921k Ω

− 1 .98 v4 .63 k Ω

= 31.3µA

I CQ=V Rc

RC =

5 .13v1000Ω

=5.13mA


V CE=12 v−5 .13mA (1 kΩ+. 230 k Ω) = 5.69 V

Comparando los valores calculados con los medidos:

PARÁMETRO DISEÑO CALCULADO CON LAS MEDICIONES

SIMULADO

β 165 163 166IBQ 31.11µA 31.3µA 30µAICQ 5.134mA 5.13mA 5.075mAVCE 5.66V 5.69V 5.732V

Funcionamiento del transistor para distintas frecuencias

FRECUENCIAHertz

VOLTAJE DE ENTRADA (mv)

VOLTAJE DE SALIDA (mv)

GANANCIA DE VOLTAJE (Gv)

GANANCIA DE VOLTAJE (dB)

20 6,95 310 44,6043165 32,987537840 6,95 412 59,2805755 35,458248280 6,95 445 64,028777 36,1275041

160 6,95 485 69,7841727 36,8751387320 6,95 502 72,2302158 37,1743783640 6,95 505 72,6618705 37,2261315

1280 6,95 520 74,8201439 37,48037082560 6,95 530 76,2589928 37,64582135120 6,95 529 76,1151079 37,6294173

10240 6,95 531 76,4028777 37,662194320480 6,95 522 75,1079137 37,51371440960 6,95 525 75,5395683 37,5634981920 6,95 518 74,5323741 37,4468991

163840 6,95 506 72,8057554 37,2433142


β=IC

I B

=5 .13mA31 .3 µA

=163


327680 6,95 506 72,8057554 37,2433142655360 6,95 480 69,0647482 36,7851287

1310720 6,95 400 57,5539568 35,2015037

2621440 6,95 330 47,4820144 33,5305827

Ganancia de voltaje

Ganancia en decibeles


0

10

20

30

40

Gv (dB)

FRECUENCIA (Hertz)

GAN

ANCI

A EN

DEC

IBEL

ES

0

20

40

60

80

100

Gv

FRECUENCIA (Hertz)

GAN

ANCI

A DE

VO

LTAJ

E


Es posible observar que en frecuencias bajas la ganancia es baja, conforme aumenta la frecuencia la obtiene una ganancia estable, hasta llegar a un punto en que comienza a disminuir la ganancia. En la unión base emisor existe un fenómeno de capacitancia acusada por construcción de los transistores bipolares. Como la reactancia de un capacitor es directamente proporcional a la frecuencia, se genera una impedancia muy alta en la unión base-emisor que provoca el descenso de la ganancia.

Capturas realizadas con el osciloscopio

Frecuencia = 20 Hz. Frecuencia = 80 Hz.

Frecuencia = 160 Hz Frecuencia = 320 Hz. (señal de salida)



Frecuencia = 1kHz. (señal de salida) Frecuencia = 2.04kHz. (señal de salida)

Capturas con el osciloscopio del multisim

Roja entradaAzul salida



Simulación con el bode plotter

R222.921kΩ

R14.636kΩ

RC1kΩ

RL1kΩ

RE233.735Ω

CB

65.985uF

CC

39.78uF

CE812.015uF

VCC12V

XBP1IN OUT

Q1

2N3904

XSC1

Agilent

XFG2

rs50Ω



¿Qué pasa cuando al circuito le variamos el valor de R1?

Experimento variando R1 para el amplificador con BJT

R1 de 1 K Para R1=2KΩ

Para R1=3KΩ

El voltaje obtenido es proporcional al tamaño de la resistencia de R1

R1 (ohm) Voltaje entrada (mV) Voltaje salida (mV)1000 6.85 .2682000 6.85 155.783000 6.85 750.26

CONCLUSIÓNLABORATORIO DE ELECTRÓNICA I 25/NOV/2009


El Transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Actualmente se les encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadores, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.

En esta práctica pudimos experimentar y comprobar el funcionamiento del BJT como interruptor y amplificador, es importante conocer las características de los transistores y para que fueron construidos, ya que partiendo de su funcionamiento le podemos dar diferentes aplicaciones.


Engineering

EL BJT COMO INTERRUPTOR Y AMPLIFICADOR DE VOLTAJE