Plazas Oviedo Camila Alejandra, Murillo Gachancipá Juan Camilo

1. INTRODUCCIÓN

Este informe dará a conocer de una manera concisa y en forma general lo que son los Amplificadores Diferenciales, en él se verá figuras de dicho amplificador, como punto importante a tratar, se conocerá las características de las dos entradas del Amplificador. Además, se sabrá lo que son los Transistores BJT, se mostrará mediante gráficos representativos los símbolos de un transistor en NPN Y PNP, sus tres regiones correspondientes que lo conforman y los usos del mismo.

Teniéndose en cuenta otro componente electrónico, pero no menos importante, se verá lo que son las Resistencias, su unidad de medida, un diagrama de la misma, sus símbolos más usados, su composición y funciones o aplicaciones importantes.

Cabe destacar, que se observaran en los Cálculos Teóricos diagramas electrónicos del Amplificador Diferencial como se obtiene, paso a paso, mediante el análisis, la solución que se necesita de los valores correspondientes haciendo que el diseño del circuito dependa de la corriente de entrada la cual no debe ser mayor a 10 mA.

2. OBJETIVOS

General - Analizar el montaje y funcionamiento de un Amplificador Diferencial.

Específicos - Implementar el análisis de Circuitos Amplificadores Diferenciales con BJT, para diseñar y obtener respuestas requeridas en el mismo.- Analizar el comportamiento de un Circuito Amplificador Diferencial con BJT en su modo de operación DC.

MATERIALES UTILIZADOS EN LA PRACTICA

- Fuente Dual DC.- Conectores.- Multímetro Digital.- Protoboard. - Transistores BJT (2N2222).- Resistencias.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO

Para esta experiencia se necesitan conocer algunos conceptos básicos y muy importantes, como son:

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

El amplificador diferencial es un circuito que constituye parte fundamental de muchos amplificadores y comparadores y es la etapa clave de la familia lógica ECL. El amplificador diferencial constituye la etapa de entrada más típica de la mayoría de los amplificadores operaciones y comparadores, siendo además el elemento básico de las puertas digitales de la familia lógica ECL.

En la figura Nº 1, aparece la estructura básica de este amplificador. Uno de sus aspectos más importantes es su simetría que le confiere unas características muy especiales de análisis y diseño. Por ello, los transistores Q1 y Q2 deben ser idénticos, aspecto que únicamente se logra cuando el circuito está fabricado en un chip. Realizar este amplificador con componentes discretos pierde sus principales propiedades al romperse esa simetría. A continuación se realiza un análisis de este amplificador, primero en continua y luego en alterna donde se introducen los conceptos de configuración en modo común y modo diferencial.

Informe Laboratorio 1: Caracterización Par Diferencia BJT. Modo Común

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Figura Nº 1. a) Amplificador diferencial básico y b) Recta de carga estática

Son posibles varias combinaciones de la señal de entrada, por ejemplo:

1. Si se aplica una señal a alguna entrada, estando la otra entrada conectada a tierra, dicha operación se le llama con una sola terminal. En la operación de una sola terminal se aplica una sola señal de entrada. Sin embargo, debido a la conexión de emisor común, la señal de entrada opera en ambos transistores dando como resultado una salida en ambos colectores.2. Si se aplican dos señales de entrada de polaridad opuesta, a la operación se le llama de doble terminal. En la operación de doble terminal se aplican dos señales de entrada, y la diferencia de las entradas tiene como resultado salidas en ambos colectores, que son la diferencia de las señales aplicadas en ambas entradas.3. Si se aplica la misma entrada a ambas entradas, a la operación se le llama de modo común. En la operación en modo común, la señal de entrada común da como resultado señales opuestas en cada colector, cancelándose estas señales, debido a que la señal de salida resultante es cero. Desde un punto de vista práctico, las señales opuestas no se cancelan completamente, pero dan como resultado una señal pequeña.

La característica principal del amplificador diferencial es la gran ganancia cuando se aplican señales opuestas a las entradas, en comparación a la pequeña ganancia resultante de las entradas comunes. La relación de esta ganancia diferencial respecto a la ganancia en modo común se llama rechazo en modo común.

Características de las dos entradasCuando los dos transistores de un amplificador diferencial no son idénticos, las dos corrientes de base son diferentes. La corriente de desajuste de la entrada se define como la diferencia entre las dos corrientes de base. La corriente de polarización de la entrada se define como el promedio de las dos corrientes de base.

AplicacionesEl par diferencial es una base fundamental para la electrónica analógica. Los amplificadores operacionales y comparadores de tensión se basan en él. Así mismo, los multiplicadores analógicos, empleados en calculadoras analógicas y en mezcladores, están basados en pares diferenciales.Los amplificadores de transconductancia también, básicamente, son pares diferenciales. En electrónica digital, la tecnología ECL se basa en un par diferencial. Muchos circuitos de interfaz y cambiadores de nivel se basan en pares diferenciales.

Gráficos de análisis en continua de un amplificador diferencial

a) Análisis ideal para continua b) Segunda aproximación

TRANSISTORES BJT

El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor, o sus siglas 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.

Símbolos de transistor NPN y PNP

El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos 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 factor se llama β (beta) y es un dato propio de cada transistor.

Entonces: - Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a β (factor de amplificación) por Ib (corriente que pasa por la patilla base).- Ic = β * Ib

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- Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, sólo que, la corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de él, o viceversa.

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.

Usos del Transistor BJTEntre los principales usos se tienen:

- Se los puede utilizar dentro de dos rangos de funcionamiento bien definidos.- En el rango de trabajo relajado, el transistor funciona como un amplificador de señal.- Se lo encuentra en viejos amplificadores de audio como elemento discreto y en los nuevos se lo encuentra integrado a otros circuitos.- En el rango de trabajo corte/saturación, el transistor funciona como una llave lógica.- Se lo encuentra en circuitos integrados de lógica como ser: compuertas and, or, nand, xor, contadores, latch switch, microcontroladores, microprocesadores.

RESISTENCIASLa resistencia eléctrica, es una propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina (según la llamada ley de Ohm) cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es R, y el símbolo del ohmio es la letra griega omega, (Ω). En algunos cálculos eléctricos se emplea el inverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa por G. La unidad de conductancia es siemens, cuyo símbolo es S.

4. CALCULOS TEORICOS

Análisis en DC: Vi1 = Vi2 = 0

Rc =?

Vc = 2 V

VE = - 0.7 V

VCC = 9 V

VEE = -9 V

RE = 1,5 KΩ

Sabiendo que:

Q1 = Q2

Rc1 = Rc2 = Rc = ?

Vc1 = Vc2 = Vc = 2 V

Vi1 y Vi2 = 0

voltaje base (v)

voltaje vcc (v)

Voltaje -vcc (v)

resistencia C1 (k)

resistencia C2(k)

resistencia total (k)

3

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experimental

2,21 8,97 9,02 2,49 2,48 1,489

ideal 2,25 9 9 2,5 2,5 1,5Haciendo L.K.V

-9 V + Ic. Rc + Vc = 0

Rc = 9 V- Vc = 9 V - 2V (1)

Ic Ic

Ic = IE

2

-VE + IE (1,5 KΩ) – 9 V = 0

IE = 9 V - 0, 7 V= 5.53mA

1,5 KΩ

Ic = 5.53mA

2

Ic = 2.765mA

Sustituyendo en (1)

Rc = 9 V - 2 V

2.765mA

Rc = 2531.64 Ω

DATOS DE LA PRUEBA 1

Vb

(v)

V vcc (v)

V -vcc (v)

R C1 (k)

R C2(k)

Re

(k)experimental 0 8,9

28,89 2,4

92,48

1,489

ideal 0 9 9 2,5 2,5 1,5

ETAPA 2:

Variar las entradas de las bases en un 25% y un 10% del voltaje en VCC

25%:

Voltajes base

valor teorico (mA)

valor experimental

(ma)

Valor simulado(ma)

ic 3,47 3,28 3,43ie 3,51 3.33 3,47

itotal 7,03 6,93 7,02Valores tomados:

10%:

Valores tomados:

Para hacer el cálculo de la resistencia de colector, podemos hacer una ley de Kirchhoff de voltajes el cual incluye el voltaje de entrada, el voltaje de la base y el voltaje de la resistencia de colector, que está dada por:

Vc = Ic (Rc)

Sabiendo por el datasheet que el β del transistor 2N2222 es de 200, podemos calcular la corriente de colector por la siguiente ecuación:

Ic = Ie (α )

Sabiendo que alfa es igual a:

ββ+1

El valor de alfa sería equivalente a 0,99.

ETAPA 3:

Una base de un transistor a tierra y el otro a una fuente distinta a 0 v.

Para la realización de esta etapa tomamos los valores de -1 v, pero no realizamos cambios de resistencias para observar que cambios tomaban las corrientes de emisor y colector.

4

Voltajes base

valor teorico (mA)

valor experimental

(ma)

Valor simulado(ma

)ic 3,034 2,89 2,98ie 3,065 2,94 2,99

itotal 6,13 6,25 6,12

voltaje base (v)

voltaje vcc (v)

Voltaje -vcc (v)

resistencia C1 (k)

resistencia C2

resistencia total (k)

experimental

0,88

8,92

8,89

2,49 2,48 1,489

ideal 0,9 9 9 2,5 2,5 1,5

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Fuente de -1 v

Voltajes base

valor experimental Valor simulado

Ic1 148 uA 120 uAIc2 6,12 mA 6,12mAIe1 150uA 126 uAIe2 6,08 mA 6,10 mAIt 6,23 mA 6,30 mA

Valores tomados:

voltaje base (v)

voltaje vcc (v)

voltaje -vcc (v)

resistencia C1 (k)

resistencia C2

resistencia total (k)

experimental

-0.96

8,82

-8,89

2,49 2,48 1,489

ideal 1 9 -9 2,5 2,5 1,5

5. CONCLUSIONES

- El valor de amplificación de un transistor BJT depende del tipo de transistor y del diseño del circuito (Valores de los componentes, configuración en base común, colector común, etc.).

- El transistor 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 esta, el cual es un factor llamado Amplificación.

- Al momento de comparar los valores obtenidos en la práctica con los teóricos, se pudo observar que el margen de error puede variar, ya que al momento de realizar las mediciones correspondientes, los valores de las resistencias y de las fuentes no son exactos, esto puede influir a la hora de comparar con los datos teóricos y simulados.

- Cada transistor varía dependiendo ya sea del fabricante o de su referencia, es por eso muy importante revisar primero el datasheet de estos a la hora de utilizarlos en alguna práctica.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

- http://www.viasatelital.com/proyectos_electronicos/ corriente_voltaje_resistencia.html

- http://datateca.unad.edu.co/contenidos/201419/ contLinea/leccin_7_configuraciones_del_bjt.html

- http://www.unicrom.com/ Tut_amplificador_diferencial.asp

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