Informe 1 Electrónica II

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    08-Jul-2015
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INFORME DE LABORATORIO PRACTICA 1 APLICACIN DE FUENTE DE CORRIENTE (POLARIZACIN; CARGA ACTIVA) Integrantes:Andrs Nicols Ballesteros V. Vctor Felipe Lpez O. Diego Felipe Mayorga 20101005053 20101005066 20101005017

Objetivos:Objetivo General: Comprobar mediante la prctica 3 tipos de polarizacin de transistores bipolares, observando las caractersticas de cada una respecto a su efectividad, aplicacin e implementacin. Objetivos Especficos: Realizar y observar la polarizacin de un transistor bipolar mediante divisor de voltaje, fuente de corriente en el emisor y por medio de la utilizacin de una carga activa. 2. Concluir sobre cada una de las polarizaciones teniendo en cuenta lo observado en el laboratorio.1.

Marco Terico:Polarizacin de un transistor bipolar (NPN): La polarizacin de un transistor BJT consiste en la configuracin electrnica, alrededor del dispositivo, que se hace con el fin de localizar a este en alguna de sus regiones de trabajo, obteniendo corrientes y voltajes fijos, previamente decididos. Existen distintos tipos de polarizacin, cada uno con distintas caractersticas, modelos, recursos y anlisis, las utilizadas durante esta prctica fueron: Polarizacin por divisor de voltaje. Polarizacin con fuente de corriente en el emisor (Espejo de corriente bsico). Polarizacin con fuente de corriente en el emisor y carga activa.

Polarizacin por divisor de voltaje: Esta polarizacin como la mayora de las de BJT NPN coloca en directo la unin emisor-base y en inverso la colector-base, por medio de una fuente de voltaje Vcc que en el caso del colector pasa primero por una resistencia llamada Rc, que es una de las principales causantes de la corriente en este terminal, mientras que en el caso de la base podemos observar la configuracin que le da nombre a esta polarizacin.Ilustracin 1. Polarizacin por divisor de voltaje.

El divisor de voltaje en la base brinda a este terminal la tensin presente en la resistencia inferior R2, con una impedancia que es el paralelo entre las 2 resistencias que intervienen en el divisor.

Dejando as un modelo equivalente mucho mas sencillo y fcil de analizar.Ilustracin 2. Modelo equivalente PDV

Polarizacin con fuente de corriente en el emisor: Las fuentes de corriente son ampliamente utilizadas como elementos de polarizacin y como cargas activas en etapas amplificadoras. Estas fuentes son insensibles a variaciones de los voltajes y de la temperatura, adems, son ms econmicas que los elementos resistivos en trminos de rea de ocupacin, especialmente cuando las corrientes son bajas. Para poder polarizar un transistor con una fuente de corriente primero es necesario crear esta por medio de los denominados espejos de corriente bsicos, que estn formados por 2 transistores idnticos y cuya configuracin permite obtener 2 corrientes idnticas en el colector de ambos dispositivos debido al siguiente anlisis:

Teniendo en cuenta que:

Y que los 2 transistores son idnticos ( Entonces:Ilustracin 3. Espejo de corriente bsico.

)

La corriente en este espejo est determinada por la siguiente formula, deducida del anlisis de la malla que pasa por la resistencia de referencia, el corto entre la base y el colector de Q1, la unin Base-emisor y se dirige hacia tierra:Polarizacin con fuente de corriente en el emisor y carga activa:

Las fuentes de corriente como cargas activas proporcionan resistencias de alto valor resultando etapas amplificadoras con elevada ganancia operando incluso con bajos niveles de voltaje de polarizacin. As, la ganancia de voltaje que comnmente es y que para obtener una gran ganancia se debe utilizar una RC muy grande, lo cual resulta desfavorable a la hora de economizar espacio e incluso cuando se est realizando la polarizacin para obtener las corrientes y ubicar el transistor en la regin deseada, mientras que con esta carga se pueden lograr ganancias elevadas debido a la gran impedancia de salida de un transistor bipolar. El anlisis de una carga activa es muy similar al del espejo de corriente bsico, donde la corriente de salida es equivalente a la de referencia. Amplificacin de un transistor BJT:Ilustracin 4. Carga Activa.

Despus de polarizar un transistor en DC y colocarlo en la regin activa es posible al aplicarle una seal AC que esta sea amplificada, pero para este anlisis de esta seal, a diferencia de los anteriores es necesario un modelo equivalente del dispositivo, en el cual se pueda observar la operacin interna de este, por esto es necesario mirar al transistor como un cuadripolo o una red de dos puertas, donde la ganancia estar determinada por:

Donde el circuito lineal que determina el cuadripolo es el siguiente: En el cual hix es la suma de la impedancia de una resistencia llamada y un condensador , cuyo resultado es el valor de hie (impedancia de entrada de un transistor en EC), tambin que es la transconductancia del transistor entre el colector y el emisor determinado por el cociente entre la corriente de colector y Ilustracin 5. Modelo equivalente BJT el voltaje trmico y finalmente que es la suma de la impedancia de salida y la presente en la unin base-colector del transistor. Cabe resaltar que la fuente de voltaje presente entre los terminales 1 y 3 es despreciable, debido a su diminuto valor

Diseo y clculos:Para el desarrollo del laboratorio se tomaron 4 parmetros principales, adems de los ya establecidos por el Datasheet del amplificador, sobre los cuales se realiz el diseo y algunas de las mediciones: Para el caso de mediciones en AC

Circuitos implementados: 1. CA3086 polarizado por divisor de voltaje:

2. CA3086 polarizado con una fuente de corriente en el emisor:

3. CA3086 polarizado utilizando una carga activa:

Clculos: 1. Para la polarizacin del transistor por divisor de corriente, fue necesario hallar el valor de cada una de las resistencias que conforman el circuito, teniendo en cuenta los parmetros antes establecidos. Teniendo en cuenta el valor del voltaje en cada uno de los elementos de la malla de salida y la corriente que pasa por cada uno de estos la resistencia de colector y emisor se pueden hallar de la siguiente manera:

Debido a que el voltaje de la resistencia de colector es el mismo que el de la de emisor y la corriente es aproximadamente igual ya que el transistor posee un Beta mayor de 100 podemos afirmar que:

En la polarizacin por divisor de voltaje usualmente la resistencia equivalente de base es tan solo 10 veces el valor de la de emisor ( , adems, el voltaje equivalente de la fuente de polarizacin de la base es 0,7V ( mayor que el voltaje en el emisor ( ), valores que utilizaremos para hallar las resistencias presentes en el divisor.

Entonces:

Ahora durante el anlisis en AC se pretende observar la amplificacin del transistor, para esto como se puede observar en el diagrama del circuito se colocan 2

condensadores, uno en paralelo con la resistencia de emisor y el otro acoplando el generador a la base, cada uno durante la prctica de 10F. Para el clculo de la ganancia del amplificador se hay que tener en cuenta 1 factor, la presencia o no de una resistencia de carga (RL), ya que esta modifica considerablemente este valor. Para el amplificador sin presencia de RL:

El cual en el modelo a pequea seal equivale a:

Y para el caso en el cual hay una RL=330:

2. Durante la polarizacin con una fuente de corriente en el emisor es necesario hallar los valores de la resistencia en el colector y en el emisor, pero tambin una resistencia de referencia presente en el espejo de corriente de la cual depende el valor de salida de este. Un espejo de corriente bsico est formado de la siguiente manera: Dnde:

Que para nuestro caso sera:

Una vez obtenida la corriente mediante el espejo bsico, se pueden obtener los valores de la resistencia de colector de una manera similar a la obtenida en el divisor de corriente.

En la base del transistor al igual que en el ejercicio anterior hay 0,7V mas que en el emisor debido a la diferencia de potencial presente en la unin entre estos 2 terminales del dispositivo, pero como se puede observar existe una realimentacin de la base con Vcc, as que se remiti al anlisis de la malla de entrada: Formula en la cual el nico valor desconocido es el de Rb, ya que al observar el Datasheet del dispositivo podemos observar un igual a 150.

(

)

Para la ganancia de este amplificador se emplean las mismas ecuaciones que en la polarizacin por divisor de voltaje, donde: Para el amplificador sin presencia de RL:

El cual en el modelo a pequea seal equivale a:

Y para el caso en el cual hay una RL=330:

3. En una polarizacin utilizando fuente de corriente y con carga activa solo est la resistencia de base, pero tambin se deben hallar las resistencias referencia en el espejo bsico y la carga activa de PNP. La resistencia de base se puede hallar de manera similar al circuito anterior, haciendo el anlisis de la malla de salida.

Formula en la cual el nico valor desconocido es el de Rb. ( )

Con respecto al punto anterior la corriente deseada en el espejo no ha variado, as que la resistencia de referencia debe ser la misma.

La carga activa es el siguiente circuito: En el cual: Y cuya resistencia se halla analizando la siguiente malla: En la cual el nico valor desconocido es el de la resistencia.

La ganancia en este circuito est determinada por las impedancias de salida el transistor de la carga activa presente en la malla de salida y el transistor a polarizar, regidos por la siguiente formula: ( )

Valores para los cuales se hizo uso de los Datasheets de los 2 tipos de transistor (Ver Anexos 1. Y 2.).

Entonces cuando no hay RL:

Y cuando hay RL=330:

Desarrollo de la prctica:Desarrollo de los puntos prcticos: (330) Med Calc -14,