Resumen Dispositivos de RF BJT FCE 2013

Índice

1. Datos necesarios.

2. Obtén el análisis en DC de una configuración de polarización: polarización fija,

estabilizado en emisor, y con divisor de voltaje.

3. Encuentra el punto Q para cada modo de operación: amplificación, saturación y corte,

cambia a) resistencias, b) solo Re c) voltaje de alimentación, utiliza resistencias

comerciales.

4. Obtén el análisis en AC de una configuración de polarización con divisor de voltaje.

5. Obtén la frecuencia de corte para cada modo de operación del sistema.

6. Grafica su diagrama de Bode.

7. Encontrar un capacitor comercial para acoplarlo con otra etapa que funciona a 1Mhz.

8. Calcula ganancia de voltaje en amplificación para tres posibilidades de resistencia de

carga, con cual es mas optimo su funcionamiento, con cual no.

9. Bibliografía.

Capitulo 1. Datos necesarios de BJT.

Este tipo de transistor varía sus parámetros con el cambio de temperatura ( beta cambia).

El nivel de corriente de entrada es el que controla su nivel de salida de corriente. Se espera

siempre que exista corriente en , para que comience a operar el transistor.

Para su óptimo funcionamiento del BJT debe estar en polarización directa la Base-Emisor y en

inversa el colector-emisor.

Los capacitores se convierten en circuitos abiertos en este análisis AC.

Los capacitores se convierten en circuitos abiertos en este análisis DC.

Las ecuaciones siguientes son importantes para su análisis en DC

Ic siempre se maneja en mA, y asi para IB que se maneja en micro Amperes

Beta( ) ó HFE se encuentra con el datasheet del transistor.

a) 2n2222 : Dependiendo del fabricante y su propio datasheet.

b) Bc547 un fabricante X.

C) 2n3904

Modos de operación del transistor: amplificación lineal o activa, saturación y corte.

Es posible observar, por transistor, su modo de operación con la “recta de carga”, de la figura a

continuación. Su modo de operación es respecto al punto Q( Ic , VCE) para configuraciones de

emisor a tierra.

En general se desea trabajar en zona activa para que amplifique (corriente o voltaje). Trabajar

en zonas saturadas y cortes es común cuando se utilizan en compuertas lógicas.

Existen varias configuraciones. Aquí solo se verá polarización fija, estabilizado en emisor y

divisor de voltaje.

Divisor de voltaje

Capitulo 2. Análisis en DC: polarización fija.

Capacitores en circuito abierto.

Las fuentes de voltaje se separan por ramas, SOLO en el análisis.

Quedan dos mallas.

Analisis malla de Ib

y analisis malla Ic

Y el cálculo del resto.

La gráfica se obtiene con Ic y VCE , encontramos la ecuación de esta recta de carga de

malla Ic. Internamente tenemos curvas producidas por Corrientes IB. Existe una IBQ donde se encuentra el puntoQ

Debemos encontrar los extremos de la recta de carga.

Que pasa en nuestra ecuación si Ic=0; ¿que da? Y qué pasa si VCE=0v, ¿que da?

Por lo tanto con dos puntos trazamos la recta

Nótese que la máxima corriente se llama corriente de saturación.

Mínima corriente se llama corriente de corte.

La Ic saturada = Vcc/Rc para esta configuración, calculada cuando Vce=0, de la ecuación de

carga; se utilizará mucho.

Aquí se coloca la Ic y el VCE encontrado. Del ejemplo numérico anterior tenemos Ic=2.35mA y

VCE= 6.83v, Vcc/RC=5.45mA y VCC=12v

Nótese que este punto Q está en zona activa o de amplificación Lineal.

Análisis en DC: Estabilizado en emisor. Análisis en DC. Solo tiene RE adicional a la

configuración anterior.

Capacitores en circuito abierto.

Análisis similar al anterior. Separamos fuente solo para el análisis, nos quedan dos mallas.

Malla IB Malla IC

El resto del cálculo.

Ecuación de carga, sale de la malla de IC

De aquí tenemos Corriente de saturación

Ejemplo 2. Multisim. Comprueba resultados teóricos.

Transistor: 2N3904 beta= ¿?

IB= (20v-0.7)/(470k+560)=41x10-6 A

Tengo IC medida= 5.63mA por lo tanto beta= IC/IB= 137.36

Vce=Vcc-IC(RC+RE)= 20v-5.63mA(2.2k+560)=4.46v coincide con simulación. (XMM3)

Punto Q=( 5.63mA,4.46v)

Importante saber encontrar los otros resultados para la parte de análisis en AC después.

VE= IERE=> IE aprox= IC => VE=5.63mA*560=3.15v coincide con simulación (XMM1)

Y después se calcula VB= VE+VBE= 3.15v+0.7v= 3.85v coincide con simulación (XMM2)

Note que para encontrar VB, primero encontramos VE.

Análisis en DC: Divisor de voltaje. En DC

Primero operamos las dos resistencias. Obtenemos Voltaje de thevenin y resistencia

equivalente.

IMPORTANTE: Nótese que el voltaje equivalente de thevenin se mide en el punto B, ahí da

Vth.

Ahora partimos de:

Seguimos con las dos mallas encontradas. Igual a la configuración anterior si RTh=RB

Con similar resultado. Cuidado, nótese que ya no es Vcc del lado izquierdo ahora es el Voltaje

de thevenin.

Nota importante : ¿ cuánto vale VB? Es el voltaje de thevenin. ¿Cuánto vale VE? VE= VB-VBE

Ejemplo 2. Multisim: Verificar datos teóricos

Transistor: 2N3904 beta=¿? IC MEDIDA= 1.25mA. VTh= (10k*16v)/(90k+10k)=1.6v Req=9k

IB=(1.6v-.7)/(9k+680)=92x10-6 A beta= IC/IB=13.44 acceptable datasheet(min4 max300)

VCE= 16v-(1.25mA)(2.2k+680)=16v-3.6v=12.4 coincide con simulación XMM1

Hacemos los otros cálculos también importantes que servirán para análisis en AC

VE= RE*IE IE aprx=IC => VE= 680*1.25mA=0.85v=850*10-3 coincide con simulación XMM3

Después VB=VE+0.7 = 0.85v+.7=1.55v coincide con simulación XMM2

Capitulo3. Encuentra el punto Q para cada modo de operación: amplificación, saturación

y corte, utiliza resistencias comerciales. Para cambios en:

a) todas resistencias,

b) solo Re

c) voltaje de alimentación.

SE analiza solo para configuración fija.

a) Todas las resistencias.

Que tenemos, en polarizacion fija:

Hacemos ingeniería inversa para cálculos. El producto final fue el punto Q(Ic, Vce).

Tenemos las ecuaciones de la recta de carga:

Tenemos la corriente de saturación y su corriente nula con su voltaje respectivo.

En qué región queremos el punto Q? PARTIMOS DE ESTOS DATOS:

En saturación. Requerimos un VCE casi cero. Ic de saturación.

En corte. Requerimos un VCE casi igual a VCC. Ic casi cero.

En amplificación: VCE=aprox= VCC/2. Ic casi la mitad

Sustituimos los valores de VCE en la recta de carga. Y variara Ic

Saturación

Corte

Amplificación

De aquí, obtenemos Rc. Rc= VCC/Ic, ó Rc= casi 0/Ic ó Rc=(vcc/2)/Ic.

Luego sabemos que Ib= beta/Ic. Ya tenemos Ib.

Y teníamos estas ecuaiones

Ya tenemos Vcc, Vbe=0.7v e Ib. Calculamos RB.

Y ya es todo.

Para las otras configuraciones es similar el procedimiento.

Para el divisor de voltaje. RESUMEN. Se inicia el análisis con 1) la configuración estabilizado

en emisor,2) se propone el punto Q, con sus valores respectivos; se encuentra IC, luego IB y así

RB. 3) Se buscan resistencias en paralelo para sustituir Rb por dos R1 y R2, con Eth= Vcc/2.

Importante se tiene que verificar que las resistencias sean equivalentes.

b) Existe una variación en RE que nos puede dar los puntos Q pedidos. No se requiere

recalcular las otras resistencias. (esta en pdf variación punto Q)

c) Es posible conmutar saturación/corte solo aplicando voltaje para uno y quitándolo

para otro, respectivamente.

Capitulo 4. Análisis en AC (baja frecuencia, señal pequeña)

Se busca impedancia de entrada, salida y ganancia de voltaje, para esto requerimos voltaje

de entrada y voltaje de salida: Zi, Zs ,Av, Vi y Vs. Recuerde Z= V/I. Asi como re’=Vt/IE

Los capacitores se comportan como un corto circuito. Las fuentes de voltaje las sustituimos

por tierra.

El transistor se sustituye por el modelo ‘re’: El diodo se sustituye por una resistencia llamada

“re”, y la otra rama como una corriente controlada hacia abajo (para esta configuración de

transistor.)

re=25mv/IE o re’= 26mv/IE y este valor es solo para la temperatura ambiente.

Para configuración de polarización fija. Z= V/I, Zi=Vi/Ii, Zs=Vs/Is , Av= Vo/Vi, Vi y Vs.

re’=VT/IE

Primero hacemos el análisis en DC para encontrar re’ ya que requerimos IE

re’= 25mv/IE necesitamos IE= VE/RE

Ahora nos pasamos a nuestro análisis de AC:

Visualmente Vi=VRB o Vi= V se escoge donde aparece re’

Entonces Vi= V = Ii*

Ahora Vo= VRC o Vo= Vro se toma siempre la resistencia de salida. Por lo tanto Vo=VRC

Zi= Vi/Ii Ii es la corriente de entrada es la misma que IB, asi nos queda Zi=(iB* )/iB se van

las iB

Por lo tanto queda Zi=

Para Zo=Vo/Io Io= Ic entonces Zo= VRC/IC=> ICRC/IC se va IC queda Zo=RC

Av= Vo/Vi= VRC/IB => como recordamos IC=Beta*IB => RC/IB se van las betas y también

IB. Quedando Av=RC/Re’ Aquí se le aumenta un signo menos porque su salida es invertida

Quedando Av= - Rc/Re’

Ejemplo: se sustituye la receta:

Ejemplo 2. Multisim.Comprueba resultados teóricos.

Transistor: 2N3904 beta ¿? IC= 6.36mA Ib como en el ejemplo1 teórico= 24*10E -6 A

Beta= IC/IB= 6.36mA/24microA= 265. VE=0V VB=0+.7v=7mV VCE= 20-(6.36mA)*(3k)=0.92v

IE=VE/RE como tenemos VE =0 no nos sirve este cálculo y utilizamos (beta+1) IB.

Polarización de emisor

IB=(20v-0.7)/(470k+560)=41microA IC medida 5.4mA beta=131

VE=REIE 560*5.4mA=3.024v coincide con simulación XMM1

re’= 25mv/5.4mA= 4.62ohms

Realiza los demás cálculos para Zin, Zsal, AV.

Los procedimientos son similares para las otras dos configuraciones, ro solo se utiliza aquí, en

otras configuraciones se desprecia.

Capitulo 5. Obtén la frecuencia de corte para cada modo de operación del sistema.

Para capacitor Cs

Para capacitor Cc

Para capacitor CE

Otro ejemplo.

Capt7. Parte 2.Estimación de la frecuencia angular mediante el método de la constante de

tiempo en corto circuito.(fuente: libro diseño de ctos microelectronicos, autor: Jaeger)

La frecuencia de corte para una red de n capacitores de acoplamiento y desacoplamiento se

estima con

http://electronicaufps.files.wordpress.com/2012/07/respuesta-en-frecuencia.pdf en la parte

de análisis de baja frecuencia de amplificadores, viene con ejemplos.

Capitulo 8. Efecto de carga.

Ahora efecto de impedancia pero en la fuente.

Y si existe impedancia de la fuente y carga:

Todas las simulaciones del libro boylestad

http://wps.prenhall.com/chet_boylestad_electronic_9/38/9931/2542573.cw/index.html