informe laboratorio electronica n°6

7/24/2019 informe laboratorio electronica n6

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INFORME DE LABORATORIO N6

CIRCUITOS CON TRANSISTORES BIPOLARES

Integrantes : Felipe Gacitua

Dennis Vidal

Docente : Luis Silva O.

Fecha de entrega : 21/10/2015


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Ingeniera Civil en Automatizacin Laboratorio de Electrnica

Depto. Ingeniera Elctrica y Electrnica Informe N6 Circuitos con Transistores Bipolares

Universidad del Bio Bio

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NDICE

Pg.

1 Resumen 3

2 Objetivos 4

3 Bases Tericas 5-7

4 Procedimiento experimental, anlisis y resultados 8-18

5

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Conclusin

Lista de materiales

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1. Resumen

Circuito de polarizacin en saturacin/corte

Se implementa un circuito en una protoboard con un transistor bipolar 2N2222, dondese midien los parmetros en estado de saturacin. Luego se conmuta agregndole unswitch, cambiando su estado de saturacin a corte donde se midi sus parmetros atal condicin.Finalmente para una seal de tipo TTL a la entrada del circuito se calcul el voltajecolector emisor.

Circuito de polarizacin en regin activa

Se implement el circuito de la figura N11 en la protoboard bajo la topologa de undivisor de tensin, donde se miden los parmetros para el clculo del punto Q (puntode trabajo) y se verific si tal punto se ubicaba en la zona media de operacin deltransistor.

Circuito amplificador en emisor comn

Utilizando el circuito de polarizacin de la actividad anterior, construimos unamplificador en emisor comn, con una seal de sinusoidal en la entrada, con unafrecuencia de 5 Khz. Variamos la amplitud de la seal de entrada hasta encontrarobservar la mxima amplitud de la seal de salida sin distorsin.

Circuito amplificador en emisor comn modificado

Utilizando el circuito anterior, con la diferencia de que se modifica colocando unaresistencia (by pass) para crear una realimentacin negativa. Calculamos el valorterico del punto de trabajo para poder comprarlo con el valor obtenido en ellaboratorio.


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2. Objetivos

Disear y ensayar circuitos de polarizacin para operar en conmutacin y en zona activa. Disear y ensayar circuitos amplificadores en rgimen de seales pequeas, medir sus

parmetros de operacin en frecuencias medias.


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3. Bases Tericas

Transistor Bipolar

El transistor de unin bipolar es un dispositivo electrnicode estado slidoconsistente en

dos uniones PNmuy cercanas entre s, que permite controlar el paso de la corrientea travs de

sus terminales.

Estos transistores es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y

emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor.

Figura N1:Ejemplo de transistor BJT

Tipos de configuracin de un transistor BJT

Figura N2:Configuracin PNP Figura N3:Configuracin NPN


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Zonas de Trabajo de un Transistor Bipolar

Zona de Saturacin

Corresponde a un punto Q con una ICelevada (depende de la RC) y un voltaje VCE muy pequeo no

menor a un valor denominado de saturacin VCEsat. Los valores tpicos de VCEsatson del orden de

0,3 [V].

Cuando el transistor est saturado, se puede comparar a un interruptor cerrado entre colector y

emisor.

Zona de Corte

Corresponde a un punto Q con una ICprcticamente nula y un voltaje VCEelevado. Si hacemos nula

la IB, la IC=ICEO, es decir tendr un valor muy pequeo, y por lo tanto la cantidad de tensin en RC

ser mnima con lo que VCE=VCC.

El transistor en corte se puede comparar con un interruptor abierto entre colector y emisor. La

potencia que disipa el transistor tanto en corte como en saturacin es mnima, ya que uno de

los coeficientes en ambos casos es prcticamente nulo.

Zona Activa

Es una amplia regin de trabajo comprendida entre la zona de corte y la de saturacin, con unos

valores intermedios tanto de ICcomo de VCE.

La potencia disipada ahora es mayor, ya que ambos trminos (ICy VCE) tienen un valor intermedio.

Figura N4:Grafico de zonas de trabajo del transistor bipolar


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Transistor 2N222

El 2N2222, tambin identificado como PN2222, es un transistorbipolar NPNde baja potencia de

uso general.

Sirve tanto para aplicaciones de amplificacin como de conmutacin. Puede amplificar pequeas

corrientes a tensiones pequeas o medias; por lo tanto, slo puede tratar potencias bajas (no

mayores de medio Watts). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas.

Figura N5:Transistor BJT 2N222

Parmetros de operacin (Transistor BJT 2N2222)

-

Polaridad: NPN

-

Disipacin de potencia mxima de colector (Pc): 0.5 [W]

- Mxima tensin colector-base (VCE): 60 [V]

- Tensin mxima de colector-emisor (VCE): 30 [V]

-

Mxima tensin emisor-base (VEB): 5 [V]

-

Corriente mxima de colector (ICmx): 0.8 [A]

-

Mxima temperatura (Tj): 175C

-

Frecuencia de transicin (ft): 250 [MHz]

-

Velocidad de transferencia de corriente directa (hFE): 100 min


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4. Procedimiento experimental, anlisis y resultados

a)

Circuito de polarizacin en saturacin/corte

Se implementar un circuito de polarizacin en saturacin, para ello se necesitarn los siguientes

componentes:

-

Transistor BJT 2N222

-

Resistencia de 10 [k]

-

Resistencia de 1 [k]

En una placa de ensayo se conectaran los componentes de la siguiente manera:

-

La resistencia de 1 [k] se conectar al terminal colector del transistor y a esta se le

aplicar una seal Vcc = 12 [V].

-

La resistencia de 10 [k] se conectara alterminal base del transistor y al mismo nodo

en el que est conectado al resistencia de 1 [k].

-

El terminal emisor de 2N22 se conecta a tierra.

Nuestro circuito queda conectado como se muestra en la figura N6:

Figura N6: Circuito de polarizacin en saturacin


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Luego se conmut agregndole un switch, cambiando su estado de saturacin a corte donde

nuevamente se midi sus parmetros.

Figuras N7 y N8: Circuitos de polarizacin en saturacin/corte

Para el ensayo del circuito de polarizacin en saturacin/corte se obtuvieron los siguientes

resultados:

Tabla N1: Valores circuito de polarizacin en saturacin

Voltajes [V] Valor terico Valor practico

Voltaje Colector Emisor 0[V] 0.060[V]

Voltaje Resistencia 1 [k] 12.0[V] 11.89[V]

Voltaje Resistencia 10 [k] 11.3[V] 11.23[V]

Tabla N2: Valores circuito de polarizacin en corte

Volates [V] Valor teorico Valor practicoVoltaje Colector Emisor 12[V] 11.95[V]

Voltaje Resistencia 1 [k] 0 [V] 0[V]

Voltaje Resistencia 10 [k] 12[V] 11.94[V]


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Finalmente se le aplic una seal cuadrada tipo TTL a la entrada del circuito, donde se procedi a

calcular el voltaje colector emisor.

Figura N9: Circuito de polarizacin en saturacin con seal TTL

Se muestra la imagen de la seal TTL 5[V] de entrada (arriba) y la seal amplificada (abajo)

Figura N10: Visualizacin de las seales TTL


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b)

Circuito de polarizacin en regin activa

Se implementar un circuito de polarizacin en regin activa, para ello se necesitarn lossiguientes componentes:

-


-

Resistencias de 1.5 [k], 1 [k],27 [k] y 57 [k]


-

La resistencia de 1.5 [k] se conectar al terminal colector del transistor y a esta se le

aplicar una seal Vcc = 12 [V].

-

La resistencia de 57 [k] se conectara al terminal base del transistor junto con el de

27 [k], y al mismo nodo en el que est conectado al resistencia de 1.5 [k].-

Al terminal emisor se le conecta una resistencia de 1 [k], de 2N22 se conecta a tierra.


Figura N11: Circuito de polarizacin en regin activa


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Para encontrar los valores tericos del transistor en la regin activa, es necesario hacer un circuito

equivalente del circuito anterior, para ello se debe encontrar un voltaje y una resistencia

equivalente, la cual quedara como en la figura:

Figura N12: Circuito equivalente

Para determinar los valores de dicho circuito, procedemos a realizar los siguientes clculos:

=

+ =

57 [] 27 []

57 [] + 27 []= 18.3 []

=

+ =

27 []

57 [] + 27 [] 12[] = 3.87 []

( + 1) = 1 [] (100+ 1) = 101 []

Figura N13: Circuito equivalente con valores calculados


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Despus de obtener los valores correspondientes al circuito equivalente, se calcula la corriente IBQ

y a su vez ICQ:

=

+ ( + 1)=

3.87 [] 0.7 []

101 [] + 18.3 []= 26.5 []

= = 26.5 [] 100 = 2.65 []

Al obtener el valor de ICQ, se puede obtener el valor de VCEQ:

= ( + ) = 12 [] 2.65 [] (1.5 [] + 1[]) = 5.37 []

Los valores obtenidos en la prctica se presentan mediante los siguientes clculos y en su tabla

correspondiente:

Valor prctico de VCargaCC: 4.4 [V]

Valor prctico de ICQ:

=

=

4.4 []

1.5 []= 2.93 []

Valor prctico de VCEQ: 4.78 [V]


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Tabla N3: Valores tericos y prcticos de parmetros de Q

Parmetros de Q Valores tericos Valores prcticos

VCEQ 5.37 [V] 4.78 [V]ICQ 2.65 [mA] 2.93 [mA]

Figura N14: Grfico de punto Q en la recta de carga

*A partir de los valores de tabla se puede ver que el valor practico de VCEQ= 4.78 [V]

result ser ms desviado hacia saturacin en la zona de operacin del transistor.


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c)

Ensayo de un Amplificador en Emisor Comn

Se implementar un circuito amplificador en emisor comn, para ello se necesitarn los siguientescomponentes:

-


-

Resistencias de 1.5 [k], 1 [k],27 [k] y 57 [k]

-

Capacitores de 10 [F], 10 [F] y 47 [F]


-

Al terminal colector del transistor se conectar una resistencia de 1.5 [k] junto con

un capacitor de 10 [F], y a est resistencia se le aplicar una seal Vcc = 12 [V].

-

La resistencia de 57 [k] se conectara al terminal base del transistor junto con una de27 [k] (sta conectada a tierra), y al mismo nodo en el que est conectado al

resistencia de 1.5 [k].

-

A la misma terminal base, se conectar un capacitor de 10 [F], a la cual se le aplica

una seal senoidal de 10 [mV].

-

Al terminal emisor se le conecta una resistencia de 1 [k], y en paralelo a sta, un

capacitor de 47 [F], ambos conectados a tierra.


Figura N15: Amplificador en emisor comn


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Se muestra la imagen de la seal de entrada aplicada en el amplificador (arriba) y la seal

amplificada (abajo).

Figura N16: Seal de entrada Sinusoidal, 10[mV/div], Seal de salida, 2[V/div]

Figura N17: Figura de Lissajous del circuito en relacin de fase entre seal de entra y

salida


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d)

Ensayo de un Amplificador en Emisor Comn Modificado

Se implementar un circuito amplificador en emisor comn modificado, para ello se necesitarnlos siguientes componentes:

-


-

Resistencias de 1.5 [k], 1 [k],27 [k], 57 [k] y 100 []

-

Capacitores de 10 [F], 10 [F] y 47 [F]


-

Al terminal colector del transistor se conectar una resistencia de 1.5 [k] junto con

un capacitor de 10 [F], y a est resistencia se le aplicar una seal Vcc = 12 [V].

-

La resistencia de 57 [k] se conectara al terminal base del transistor junto con una de27 [k] (sta conectada a tierra), y al mismo nodo en el que est conectado al

resistencia de 1.5 [k].

-

A la misma terminal base, se conectar un capacitor de 10 [F], a la cual se le aplica

una seal senoidal de 320 [mV].

-

Al terminal emisor se le conecta una resistencia de 1 [k], y en paralelo a sta, un

capacitor de 47 [F], ambos conectados a tierra.

-

La nica modificacin aplicada al circuito, es una resistencia de 100[], entre el emisor

y la resistencia de 1 [k].


Figura N18: Amplificador en emisor comn modificado


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Se muestra la imagen de la seal de entrada aplicada en el amplificador (arriba) y la seal

amplificada (abajo).

Figura N19:Seal de entrada Sinusoidal, 320[mV/div], Seal de salida, 4[V/div]

Figura N20: Figura de Lissajous del circuito en relacin de fase entre seal de entra y

salida

Tabla N4: Valores prcticos en amplificador en emisor comn modificado

Mtodo Tensin mx Vi Tensin mx Vo Ganancia Vo/Vi Frecuencia Desfase

Practico 320 [mV] 4[V] 12.5 5[Khz] Aprox 180


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5. Conclusin

En el desarrollo del laboratorio, se pudo analizar el comportamiento de un transistor en cada

circuito empleado, el cual nos permiti comprender algunas funciones que cumple este

dispositivo.

En el ensayo nmero 1, correspondiente a circuito de polarizacin en saturacin (y corte) los

valores prcticos, fueron muy cercanos a los valores tericos. Dichos valores daban a conocer el

comportamiento de este tipo de circuito. Al estar el circuito en zona de saturacin o de corte, su

comportamiento es similar a la de un interruptor. Ya que al hacer tender dicho circuito a

saturacin, este actuaba como si el interruptor estuviera abierto, sin conexin, lo que su voltaje

tomaba un valor aproximado a 0 [V], simulando un corto circuito ideal, y si tenda el circuito a zona

de corte, este actuaba como si se cerrara. Dichos valores fueron los esperados, ya que son muy

cercanos a los valores ideales, mostrados en el conocimiento terico.

En el circuito nmero 2, en el que se analiz un circuito en polarizacin en la regin activa, en el

cual se peda determinar los parmetros del punto Q, en la recta de carga, los valores obtenidos

mediante la prctica estn en el rango de valores presentes en dicha regin de trabajo del

transistor. Dichos valores tendan a irse a zona de saturacin ms que a zona de corte. Tambin se

dedujo que si al modificar el circuito de cierta manera a travs de uno de los resistores, se poda

hacer tender el punto Q tanto a zona de saturacin como de corte.

Luego se estudi un circuito amplificador en la configuracin de emisor comn, el cual se leagregaron capacitores que ayudaban a modificar las tensiones, para as obtener una seal de

entrada amplificada a la salida de dicho circuito. Los valores fueron los esperados y se dio a saber

que se puede amplificar hasta cierto rango de voltajes.

Finalmente se analiz el mismo circuito en emisor comn, pero modificado de tal manera de que

la seal de salida pudiera aumentar en mayor nmero de ganancia, ante una seal de entrada

especifica.

Se aplic una seal de entrada de 320 [mV], cuyo valor de salida es de 4 [V]; esto se hizo para

mostrar el punto de partida en el que la seal amplificada por el circuito empezaba a deformarse

en sus extremos. En la parte superior apareca una seal saturada y en la parte inferior de la seal,esta mostraba un pick en corte. Lo que significa que en el circuito, al modificar los parmetros de

los componentes, se puede cambiar el rango de amplificacin, para as modificar la seal, aunque

esto trae consigo una disminucin en el rango de ganancia amplificada en la seal de salida del

circuito.


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6. Lista de Materiales

Dispositivo e instrumentos

Transistor NPN 2N2222

Resistores (10 [], 1[k], 10 [k], 1.5 [k],

1 [k],27 [k], 57 [k])

3 Capacitores (2 de 10 [uF] y 1 de 47[uF])

Osciloscopio Anlogo/ Digital

Entrenador Digital

Potencimetro (10kOhm)

Protoboard

Alicate de punta

Alicate de corte

Alambres

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