113/02/2015

Laboratorio Electrónica y Laboratorio No. 3Polarización Universal o polarización por Divisor de Voltaje

CRISTHIAN GUILLERMO ALTURO ALDANA 180059

Resumen— Usando diferentes combinaciones de los transistores BJT, aprovechando ciertas facultades como son el de la diferentes polarizaciones, que para este caso es esencialmente la polarización universal, es posible analizarlo en DC. En uno de estos dispositivos, se desarrolla en este laboratorio, consiste en un análisis como indicador de la introducción de los transistores BJT como amplificadores de corrientes y voltajes para así conocerlos a medida para a profundidad.

Abstract— Using different combinations of the BJT transistor, using as are certain powers of the different polarizations, which in this case is essentially universal polarization is possible to analyze in DC.

In one of these devices, is developed in this laboratory, is an analysis as an indicator of the introduction of the BJT transistors as amplifiers for current and voltage so as to know in depth.

Key Word— BJT Transistors (transistor BJT), Universal polarization (polarización fija).

1. INTRODUCCION

En las configuraciones de polarizaciones previas, ICQ y el voltaje VCQ de polarización eran función de la ganancia de corriente (beta) del transistor. Sin embargo, debido a que el beta es sensible a temperatura, especialmente para los transistores de silicio, y a que el valor real del beta no se encuentra bien definido, sería muy deseable desarrollar un circuito de polarización que sea menos dependiente. Si se analiza sobre una base rigurosa, la sensibilidad a cambio del beta es muy

pequeña. Teniendo en cuenta las características

básicas de un transistor BJT:

Ganancia de voltaje. Resistencia de entrada. Resistencia de salida. Ancho de Banda finito. Dependencia de la temperatura.

Sus imperfecciones se notan en un ambiente práctico por lo tanto se dan errores de desfase, también se debe tener en cuenta que en esta práctica se utilizará el transistor BJT como amplificador teniendo en cuenta la multiplicidad y su independencia según el beta varié.

2. MARCO TEORICO

La polarización universal o por división de voltaje es la más utilizada debido a que con criterios definidos se llega a que la temperatura del transistor no sea tan determinante y el punto de trabajo no varíe al cambiar el BETA (β). Para el circuito mostrado

2

se tiene:

Circuito de salida:

V CE=V CC -IC (RC+RE)IC=βIB

Circuito de entrada:

IB=(V TH -VBE)/ (RTH+ β*RE ) En donde V TH=V CC*R2/ (R1+R2 ) y RTH=R1 *R2 /(R1+R2 ) .

Si se tiene que βRE≥10R2 , IB es mucho

menor que I2 y V B=V CC *R2 / (R1+R2) , V E=V B-VBE , IE=V E /RE

3. OBJETIVOS

Diseñar e implementar la polarización universal con un transistor NPN.

4. MATERIALES EMPLEADOS

Necesitaremos los siguientes materiales:

Protoboard Resistencias de ¼ de W Transistor NPN 2N2222 Capacitores Electrolíticos(50v) Multímetro Fuente de voltaje DC Cable de fuente voltaje DC Generador de Señales AC Cables de generador AC Osciloscopio Sondas de osciloscopio Potenciómetros lineales

5. PROCEDIMIENTOS

Para diseñar, analizar y ponerle creatividad a la implementación de

circuitos con óptimos resultados, pocos elementos y costos razonables, debemos:

En primer lugar se establece un sistema de ecuaciones, planteándolas por nodos y mallas visto previamente. Las funciones que se generan en este caso, serán:

Figura 1. Circuito equivalente a las mallas planteadas por el diseñador (simulador Proteus (8.1)).

Para la malla de entrada:

V CC−IBRB−V BE−I ERE=0

Malla de salida:V CC−IC RC−V CE−I E RE=0

Donde la el transistor nos ofrece una relación para la zona activa entre la entrada y la salida previamente estudiada y comprobada q será:

IC=β IB⟺ IE=(β+1)IB

6. DATOS SUMINISTRADOS

A continuación se exponen los datos suministrados para el diseño de nuestro laboratorio.

V CC=20V

RC=1KΩ

RE≪RC=510Ω

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V BE=0.7V

para la zonaactivaQDC=0.5

para la zonade corteQDC=0.98

parala zonade saturacionQDC=0.05

7. CALCULOS

ZONA ACTIVA

β=271

Para nuestro punto de trabajo ya especificado anteriormente, el cual es la zona activa es de 0.5

QDC=V CE

V CC

V CE=QDC∗V CC

0.5∗20=10V=V CE

Analizando nuestro circuito, deducimos que:

V CC−V RC−V CE−V E

Sabiendo que βRE≫R2 , tendremos que

βRE≫R2

¿ (271 ) (510Ω )≫ R2

¿138,2KΩ≫R2

R2=10KΩ

Tomando la malla de salida

V CE=V CC−IC(RC+RE)

IC=(V CC−V CE)RC+RE

=20−101.51k

=6.62mA

Tomando la ecuación proporcionada por el transistor, donde nos da la relación de las

mallas, seria.

IC=β IB

Despejando IB

IB=ICβ

=6.62mA

271=24.42µA

Deducimos que:

IC≅ I E

Por lo cual

V RC=IC∗RC= (6.62mA )∗(1 KΩ )

V RC=6.62v

Igualando

IB∗(Rth)=V th=V CC∗R1R2

R1+R2

Despejando R1

R1=V CC

I B

= 20v24.43µA

=818.66 KΩ≅ 820 KΩ

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Rth=R1∗R2

R1+R2

=9.8KΩ

V th=V CC∗R2

R1+R2

=0.24V

ZONA CORTE

β=271

Para nuestro punto de trabajo ya especificado anteriormente, el cual es la zona activa es de 0.98

QDC=V CE

V CC

V CE=QDC∗V CC

0.98∗12=11.76V=V CE

Analizando nuestro circuito, deducimos que:

V CC−V RC−V CE−V E

Sabiendo que βRE≫R2 , tendremos que

βRE≫R2

¿ (271 ) (510Ω )≫ R2

¿138,2KΩ≫R2

R2=10KΩ

Tomando la malla de salida

V CE=V CC−IC(RC+RE)

IC=(V CC−V CE)RC+RE

=12−11.761.51k

=158.94µA

Tomando la ecuación proporcionada por el transistor, donde nos da la relación de las

mallas, seria.

IC=β IB

Despejando IB

IB=ICβ

=158.94µA

271=0.5864µA

Deducimos que:

IC≅ I E

Por lo cual

V RC=IC∗RC= (158.94 µA )∗(1KΩ )

V RC=0.15894 v

Igualando

IB∗(Rth)=V th=V CC∗R1R2

R1+R2

Despejando R1

R1=V CC

I B

= 12v0.5864 µA

=20.46 MΩ≅ 20 MΩ

Rth=R1∗R2

R1+R2

=1KΩ

V th=V CC∗R2

R1+R2

=12mV

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ZONA SATURACION

β=271

Para nuestro punto de trabajo ya especificado anteriormente, el cual es la zona activa es de 0.05

QDC=V CE

V CC

V CE=QDC∗V CC

0.05∗20=1V=V CE

Analizando nuestro circuito, deducimos que:

V CC−V RC−V CE−V E

Sabiendo que βRE≫R2 , tendremos que

βRE≫R2

¿ (271 ) (510Ω )≫ R2

¿138,2KΩ≫R2

R2=10KΩ

Tomando la malla de salida

V CE=V CC−IC (RC+RE)

IC=(V CC−V CE)RC+RE

=20−11.51k

=12.58mA

Tomando la ecuación proporcionada por el

transistor, donde nos da la relación de las mallas, seria.

IC=β IB

Despejando IB

IB=ICβ

=12.58mA

271=46.43µA

Deducimos que:

IC≅ I E

Por lo cual

V RC=IC∗RC= (12.58mA )∗(1 KΩ )

V RC=12.58v

Igualando

IB∗(Rth)=V th=V CC∗R1R2

R1+R2

Despejando R1

R1=V CC

I B

= 20v12. .58µA

=1.58 MΩ

Rth=R1∗R2

R1+R2

=9.99KΩ

V th=V CC∗R2

R1+R2

=125.78mV

OBTENIENDO

R.ACTIVA R.CORTE

R.SATURA

RC(Ω) 1K 1K 1KRE(Ω) 510 510 510R2()Ω 250K 1M 120KR1(Ω) 10K 10K 10KRth(Ω) 93.75K 1K 8.76

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IC=IE(A)

3.973m 158 µ 7.549 µ

IB(A) 14.66µ 0.58 µ 27.549 µV RC(V) 3.973 0.16 7.549V ℜ(V) 2.026 81.07m 3.84mV th(V) 4.5 12m 923mV C(V) 8.027 11.84 7.549mV E(V) 2.027 240m 11.4V CE(V) 6 11.76 0.6

8. JUSTIFICACION DE MATERIALES

Necesitaremos una Protoboard que es una placa de pruebas, donde estamparemos nuestro diseño en este.

Imagen de una Protoboard suministrada en internet

Resistencias de ¼ de WEs un elemento resistivo de fácil reposición

en caso d deterioro y es asequible fácilmente.

Imagen suministrada por google

Transistor NPN 2N2222El 2N2222, también identificado como

PN2222, es un transistor bipolar NPN de baja

potencia de uso general.

Transistor NPN 2N2222, imagen suministrada por google

Capacitores Electrolíticos(50v)

Condensador electrolítico-imagen suministrada de google.

Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia.

9. GRAFICAS GENERADAS EN SIMULACION CON PROTEUS ISIS

CIRCUITO Y SIMULACION EN POLARIZACION UNIVERSAL

Circuito de la polarización fija, elaborado en Proteus ISIS

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ZONA ACTIVA, CORTE Y SATURACION

Circuito y Simulación en Polarización Fija, elaborada en Proteus ISIS

PARA LA REGION ACTIVA

Valor SimuladoV CE=5V

V RB=9.3V

V RC=5V

V BE=0.7V

IC=10mA

IB=36.76µA

ZONA EN LA REGION CORTE

Valor SimuladoV CE=9.8V

V RB=9.3V

V RC=0.2V

V BE=0.7V

IC=0.4mA

IB=1.41µA

ZONA EN LA REGION DE SATURACION

Valor SimuladoV CE=0.5V

V RB=9.2V

V RC=9.5V

V BE=0.7V

IC=19mA

IB=67.85µA

10.COMPROBAMOS DATOS EN EL LABORATORIO

ANALISIS EN DC, el docente propone una región a trabajar y a verificar para no extendernos y así poder calificar adecuadamente. El docente decide trabajar en la REGION ACTIVA

Valores Simulado ExperimentalV CC 12V 12.01V

V CE 6V 6.59V

V B 1.9V 0.63V

V C 7.2V 6.59V

V E 1.2V 0.08V

V RC 5.41V 5.27V

V ℜ 1.2V 1.08V

V BE 0.7V 0.63V

V CB 5.9V

Comprobando las respectivas mallas tenemos;

Malla INT1V CC=V BE−Vℜ

0.63V=0.63V−0.8V

0.63V ≅ 0.55V

Malla INT2V B=V CB−V C

0.66V=5.9V−6.59V

0.66V ≅ 0.69V

Hacemos lo mismo con las respectivas mallas de salida;

V CC=V RC+V C

12.01V=5.27V+6.67V

12.01V ≅ 11.94V

V RB=V RC+V C B

10.29V=5.27V+5.9V

10.29V ≅ 11.07V

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Imágenes tomadas en el osciloscopio

Señal de entrada aplicada a mi circuito midiendo la amplitud de dicha señal mencionada

Señal de entrada aplicada a mi circuito midiendo la frecuencia de dicha señal mencionada

Señal de salida aplicada a mi circuito midiendo la amplitud de dicha señal mencionada

Señal de salida aplicada a mi circuito midiendo la frecuencia de dicha señal mencionada

Señales de entrada y salida evidenciando una ganancia en amplitud e inversión de la misma.

Señales de entrada y salida con acople en emisor evidenciando una mayor ganancia en amplitud e inversión de la misma.

Señales de entrada y salida con acople evidenciando una mayor ganancia en amplitud e inversión de la misma.

Señales de entrada y salida pero midiendo la frecuencia de la señal de salida

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Hallando el ancho de banda de mi circuito.

Hallando el ancho de banda de mi circuito, que es el 70% de mi señal de salida para la frecuencia que lo diseñe.

11. CONCLUSIONES

Al entrar tener mi señal de entrada por base y mi señal de salida se comporta como un emisor común

Posee un ancho de banda para el cual trabaja

Al ser un emisor común es un amplificador de voltaje y es un inversor de fase

Al cambiar notoriamente los condensadores notamos un desfase de la señal de salida

Deducimos que nuestro voltaje de emisor en zona activa es la cuarta parte de nuestro voltaje de polarización

Al variar R2 podemos cambiar de las zonas de polarización

12.REFERENCIAS

Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos BOYLESTAD

http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r64957.PDF

http://ocw.ehu.es/ensenanzas-tecnicas/electronica-general/teoria/tema-5-teoria