3ro -Amplificadores de Pequeña Señal Con BJT

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA - CUENCA

1

Universidad Politécnica Salesiana Laboratorio de Electrónica Analógica II Practica # 3: Amplificadores de pequeña señal con BJT Edgar A. Mendez [email protected]

practica ampliamos los conceptos conceptos teóricos y amplificador de señal, lo que se busca es que la unión colector Resumen—En esta practica pudimos emplear los transistores de unión bipolar en aplicaciones emisor tenga un alto nivel de voltaje respectivo a el voltaje de donde donde se requie requiere re que el transis transistor tor trabaje trabaje en su zona zona lineal, lineal, alimentación, en el mejor de los casos la unión podrá tener es decir decir, el transi transisto storr se comport comporta a como como un amplific amplificado adorr de señal. El tipo de amplificación depende y las ganancias que se la mitad del voltaje de alimentación; esto permitirá la mayor obtengan dependen de la configuración que se use para polarizar variación posible en dinámica, es decir cuando el componente el transi transisto storr. En el marco marco teórico teórico se detalla detalla las caracter característ ísticas icas alterno de la señal de ingreso muestre sus efectos. mas import important antes es de cada cada configur configuració ación. n. Para Para cumplir cumplir con los objetivos planteados, fue necesario diseñar seis configuraciones que permit permitan an obtene obtenerr una ganancia ganancia de voltaj voltajee especifi especifica ca a la  I-A. Amplificador en Emisor-común salida del circuito; entonces fue necesario imponer un estado de Tiene como características principales: funcionamiento en la zona lineal del transistor y luego calcular Ganancia de corriente alta el valor de todos los componentes. Luego de diseñar y calcular Ganancia de tensión alta los componentes armamos nuestro circuito en un protoboard, protoboard, Impedancia de entrada media, entre ( 1K Ω  a  5 K Ω) alimentamos alimentamos y mediante mediante el osciloscopio osciloscopio podemos visualizar las ondas de entrada entrada y salida. salida. Finalmente Finalmente se contrastaran contrastaran los valores Impedancia de salida media, entre ( 1K Ω  a 50K Ω) medidos con los calculados y de ser coincidentes procederemos a Relación de fase entrada salida: desfasada 180 grados simular los varios amplificadores con software, esto nos permitirá un parám parámet etro ro mas mas para para comp compar arar ar con con los los resu resulta ltado doss antes antes obtenidos y garantizar que los resultados obtenidos son correctos.  Index Terms—transistor bipolar, circuito con transistor bipolar, lar, amplificadore amplificadoress con transistor transistor bipolar bipolar, análisis análisis de pequeña pequeña señal de transistor bipolar.

O BJETIVOS Generar y comprobar las configuraciones de amplificadores con transistor BJT  Especificos:

Diseñar, calcular y comprobar el funcionamiento de los siguientes amplificadores con frecuencia f C  C  = 1 [kH z ] • Emisor Emisor común con y sin condensador condensador de resistenc resistencia ia de emisor con ganancia de 50 • Colector común con y sin condensador condensador de resistencia resistencia de colector con ganancia de 1 • Base común común con y sin condensad condensador or de resistenci resistenciaa de base con ganancia de 10

Figura 1. Amplificado en Emisor-común Emisor-común  I-B.

I. M ARCO  T EÓRICO l amplificador con BJT puede ser conectado en varias configuraciones, dependiendo en que zona de funcionamiento se desea que trabaje. Para esta practica necesitamos que el transistor trabaje en su zona lineal para que sirva como un

E

Amplificador en Base-común

Tiene como características principales: Ganancia de corriente muy baja Ganancia de voltaje alta Impedancia de entrada muy baja entre ( 1Ω  a  100Ω) Impedancia de salida muy alta entre ( 1K Ω  a  1 M Ω)

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Relación de fase entrada salida, se encuentran en fase

2

Resistencias (varias) Condensadores (varios) Bananas/Cables (varios) Protoboard III. D ESARROLLO  III-A.

Figura 2. Amplificado en Base-común  I-C.

Amplificador en Colector-común

Tiene como características principales: Ganancia de corriente alta Ganancia de voltaje muy baja Impedancia de entrada muy alta entre ( 20K Ω  a  1 M Ω) Impedancia de salida muy baja entre ( 20Ω  a  1 K Ω) Relación de fase entrada salida, se encuentran en fase

Amplificador en Emisor-común sin C E 

Para comenzar a diseñar el amplificador en emisor-común con o sin condensador de emisor lo que primero debemos hacer es establecer parámetros de funcionamiento, es decir debemos polarizar correctamente el transistor para que funcione lo mas cerca posible al centro de la recta de carga para permitir máxima variación dinámica cuando ingresemos una señal alterna. En la etapa de diseño es importante tener en cuenta por donde entra y sale la corriente del circuito, esto nos ayudara a alocar voltajes en los distintos terminales del transistor. Ya que en el amplificador de emisor-común se busca acoplar la resistencia de emisor a tierra mediante el condensador debemos alocar poco voltaje que caerá a través de la resistencia de emisor. Ya que la carga esta conectada en el colector entonce debemos alocar suficiente voltaje en el colector para permitir variación dinámica. Entonces, tenemos: V cc   = 15 [ V  ], β   = 160, V  CE  = 7,5 [V  ], I C  = 2 [mA], V  eq  = 7,5 [ V  ]  y se quiere obtener una ganancia de 50 I C  = 12 ,5 [ µA] β 

(1)

re  =

26 [ mV  ]  = 13 [Ω ] 2 [ mA]

(2)

RE  =

1,5  = 750 [Ω ] 2 [ mA]

(3)

I B  =

RT h  = 8,62 [ kΩ ]

(4)

R 1 ∗ R2 R1  + R2

(5)

R1  = 58,18 [ kΩ ]

(6)

R2  = 10 [kΩ ]

(7)

V  CC  − I C RC  − V  CE  − I E RE  = 0

(8)

(15) − (2mA)RC  − (7,5) − (2mA)(750) = 0

(9)

RT H  =

Figura 3. Amplificado en Colector-común

II. M ATERIALES Y H ERRAMIENTAS Fuente de alimentación DC fija Generador de funciones Osciloscopio y Sondas Multímetro Transistores BJT 2N 2222,  2 N 3904

RC  = 2 ,995 [kΩ ]

 

(10)

Ahora que ya tenemos los valores de todas las resistencias del circuito podemos encontrar las impedancias Z i  =  R Eq ∗ hie

 

(11)

Z i  = 2991,98 [ Ω ]

 

(12)

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Z o  =  R L ∗

3

1 hoe

Z o  = 957,6 [ Ω ]

 

(13)

R2  = 10 [kΩ ]

 

(14)

RC  = 2 ,995 [kΩ ]

Los condensadores serán:

(32)  

(33)

También tenemos las impedancias:

C i  =

1 ≈ 10 [ µF ] 2 ∗ π ∗ f c ∗ (rs + Z i )

 

(15)

Z i  = 2991,98 [ Ω ]

 

(34)

C o  =

1 ≈ 10 [ µF ] 2 ∗ π ∗ f c ∗ (Rc ||RL )

 

(16)

Z o  = 957,6 [ Ω ]

 

(35)

Finalmente podemos encontrar la máxima dinámica, es decir encontraremos el valor máximo de magnitud de voltaje alterno que suministrara el generador de funciones.  

V  CE p  =  I C RC  = (2 [ mA]) ∗ (3 [ kΩ ]) V  CE p  = 6 [ V  ]

 

(18)

 

V  CEmax  = 13,5 [V  ]

(20)

V  CEmin  =  V  CE  − V  CE p  = (7,5 [ V  ]) − (6)   (21)

 

V  CEmin = 1,5 [ V  ]

 

V  CEpp  = 12 [ mV  ] eSpp  =

V  CEpp 6 = AV   50

 

eSpp  = 120 [mV  ]

C E  =

re  = 13 [Ω ] RE  = 750 [Ω ]

 

(23)

(25) (26)

 

(37)

(27)

(29)

RT h  = 8,62 [ kΩ ]

 

(30)

R1  = 58,18 [ kΩ ]

 

(31)

 

(38)

 

(39)

V  CEmax  = 13,5 [ V  ]

 

(40)

V  CEmin = 1,5 [ V  ]

 

(41)

V  CEpp  = 12 [mV  ]

 

(42)

eSpp  = 120 [ mV  ]

 

(43)

Este circuito en el protoboard se ve como el de la figura  4

(28)  

C o  ≈ 10 [ µF ]

V  CE p  = 6 [ V  ]

Del ejercicio anterior tenemos que:  V cc  = 15 [V  ],  β  = 160, V  CE  = 7 ,5 [V  ], I C  = 2 [mA], V  eq  = 7,5 [ V  ]  

(36)

Finalmente podemos encontrar la máxima dinámica, es decir encontraremos el valor máximo de magnitud de voltaje alterno que suministrara el generador de funciones.

Amplificador en Emisor-común con C E 

I B = 12 ,5 [ µA]

 

1 ≈ 22 [ µF ] 2 ∗ π ∗ f c ∗ (RE ||re )

(24)  

C i  ≈ 10 [ µF ]

Nos falta calcular el condensador de bypass a tierra que se conectara en paralelo a la resistencia de emisor.

(22)  

V  CEpp  = 2 ∗ V  CE p  = 2 ∗ (6)

Ya teníamos el valor de dos de los tres condensadores que conforman el circuito:

(17)

V  CEmax  =  V  CE  + V  CE p  = (7,5 [ V  ]) + (6)   (19)

 III-B.

 

Figura 4. Emisor Común

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 III-C.

4

Amplificador en Colector-común sin C C 

C

 

I E  ≈ I C  = 1 [ mA]

Para este amplificador se usara una polarización a colector común por partidor ó divisor de tensión, más resistencia estabilizadora de Emisor ( RE ) para producir un circuito capaz de amplificar una señal de ingreso para obtener una ganancia total de 1 Esta configuración esta representada en la figura 5.  Para continuar con el calculo estableceremos un punto de operación con  I C  = 1 [mA],  V  cc  = +15V  cc ,  V  R = 7 [ V  ],  V  R = 1 [V  ] y V  CE  = 7 [ V  ].

re  =

26 [ mV  ] I E 

=

(54)

26 [ mV  ] 1 [ mA]

re  = 26 [ Ω ]

 

(55)

 

(56)

E

I B  =

I C  1 [ mA] = β  200

 

(57)

Aquí podemos aplicar la ecuación  58

I B =

V  B − V  BE  RB  + ( β  + 1) RE 

I B = 5 [µA] =

5 [ µA] =

V  B − V  BE  RB  + ( β  + 1) RE 

E T h  =  V  B =

RB  + 201000 =

(3) − (0,7) 5 [ µA]

(61)

(46)

 

(47)  

V  R = 7 =  I C  ∗ RC  C

 

7 = (1 [mA]) ∗ RC 

 

E

259 [kΩ ] =

R2  =

(49)

(51)

R 1 ∗ R2 R1  + R2

(64)

 

(65)

 

(66)

 

(67)

R1

4

=

1,3 [ M Ω ] 4

R2  = 325 [ kΩ ] Av  =

Rc ||RL   7000 ∗ RL −→ (10)(26) = re 7000 + RL RL  = 270 [Ω ]

 

1 = (1 [ mA]) ∗ RE 

 

(63)

R 1 ∗ R2 R1 ∗ R2 = (4R2 ) + R2 5R 2

R1  = 1,3 [ M Ω ]

(48)

(50)  

V  R = 1 =  I E  ∗ RE 

(62)

(45)

 

R1  + R2  = 5R2

 

RT h  =  R B  =  R 1 ||R2

RB  = 259 [kΩ ] =

RE  = 1 [ kΩ ]

 

(60)

(44)

R2 ∗ V  CC  R2 ∗ (15) V  B  = 3 = = R1  + R2 R1  + R2

RC  = 7 [ kΩ ]

 

Con este valor podemos aplicar la ecuación  62 para encontrar las siguientes resistencias.

V  CC  ∗ R2 R1 + R2

R1  = 4R2

(59)

(3) − (0,7) RB  + (201)(1000)

Figura 5. Amplificador en colector-común

Usando la ecuación 44:

(58)

 

(68) (69)

(52)

Como ya tenemos el valor de todas las resistencias ahora podemos calcular las impedancias.

(53)

Z i  ≈ RT H  = 259 [kΩ ]

 

(70)

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5

 

Z o  ≈ re  = 26 [ Ω ]

(71)

Con estos valores podemos encontrar el valor de los condensadores necesarios para acoplar la señal alterna. C i  =

1 2 ∗ π ∗ f c ∗ ( r

Z i

s+

10

)

=

1 2 ∗ π ∗ (1000) ∗ (25,9 [kΩ ])

(72)

 

C i  = 6,14 [ nF ]

C o  =

1 2 ∗ π ∗ f c ∗ (re )

=

(73)

1   (74) 2 ∗ π ∗ (1000) ∗ (26)

 

C o  = 6,12 [ µF ]

(75)

Finalmente se puede calcular la máxima dinámica. V  CE p  =  I C  ∗ (RE ||RL ) = (1 [ mA]) ∗ (

 7000 ∗ 220 )   (76) 7000 + 220

Figura 6. Amplificador en Colector-común sin  C C   III-D.

Para este amplificador se usara los valores obtenidos en el amplificador en colector-común sin C C    y se calculara el condensador para acoplar el colector del terminal a cero mientras mantenemos una ganancia total de 1. El esquema de la figura 7  es el esquema a seguir, notese la existencia de un condensador en paralelo con la resistencia de colector. Del caso anterior tenemos I C  = 1 [mA], V  cc   = +15V  cc , V  R = 7 [ V  ], V  R = 1 [V  ]  y  V  CE  = 7 [V  ]. C

V  CE p  = 180 [ mV  ]

 

  (78)

 

(79)   (80)

V  CEmin  =  V  CE  − V  CE p  = (7 [ V  ]) − (0,180)

 

V  CEmin  = 6,82 [ V  ]

V  CEpp  = 360 [ mV  ] eSpp  =

V  CEpp 0,360 = AV   1

eSpp  = 360 [mV  ]

(81)  

V  CEpp  = 2 ∗ V  CE p  = 2 ∗ (0,180)

(82)

 

(83)

 

(84)

 

E

(77)

V  CEmax  =  V  CE  + V  CE p  = (7 [V  ]) + (0,180) V  CEmax  = 7,18 [ V  ]

Amplificador en Colector-común con  C C 

Figura 7. Amplificador

RC  = 7 [ kΩ ]

 

(86)

RE  = 1 [ kΩ ]

 

(87)

(85)

Usaremos valores estándar de: RE  = 1 [ kΩ ] RC  = 7 [kΩ ] R1 = 1,3 [M Ω ]   (Una resistencia de 1 [M Ω ]  y una de 300 [kΩ ]  en serie). R2  = 300 [ kΩ ] RL  = 220 [ Ω ] C i  = 10 [nF ] C o  = 10 [ µF ]

En el protoboard el circuito se ve como el de la figura  6  con el condensador resaltado removido del circuito. Al variar la frecuencia se obtuvo las mediciones de la tabla  V-C.

 

I E  ≈ I C  = 1 [ mA] re  = 26 [ Ω ]

I B  =

 

I C  1 [ mA] = β  200

I B = 5 [µA]

RB  = 259 [kΩ ]

(88) (89)

   

(90) (91)

 

(92)

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6

R1  = 1,3 [M Ω ]

 

(93)

R2  = 325 [kΩ ]

 

(94)

RL  = 270 [ Ω ]

 

(95)

También tenemos los valores de las impedancias  

Z i  ≈ RT H  = 259 [kΩ ]

(96) Figura 8. Amplificador en Colector-común con  C C 

 

Z o  ≈ re  = 26 [ Ω ]

(97)

Se tiene los condensadores de entrada, solo falta calcular el condensador de acoplo.

C C  =

C i  = 6,14 [ nF ]

 

(98)

C o  = 6,12 [ µF ]

 

(99)

1 2 ∗ π ∗ f c ∗ (RC  + RL ) C C  = 22 [nF ]

   

 III-E.

Amplificador en Base-común sin C B

Para este amplificador estableceremos un punto de operación dondeI C  = 2 [mA], V  cc  = +15V  cc . y V  EE  = –15V  cc . Esta configuración se puede ver en la figura  9. Si establecemos el punto de operación, podemos comenzar a calcular el valor de las resistencias que necesitaremos para el circuito podemos calcular para obtener una ganancia de 10.

(100) (101)

Finalmente se puede calcular la máxima dinámica. V  CE p  = 180 [ mV  ]

 

(102)

V  CEmax  = 7,18 [ V  ]

 

(103) Figura 9. Polarización en Base común

V  CEmin  = 6,82 [ V  ]

 

(104)

V  CEpp  = 360 [ mV  ]

 

(105)

eSpp  = 360 [mV  ]

 

(106)

 

I E  ≈ I C  = 2 mA

I E  = (2 mA) =

(107)

V  EE  − V  BE  RE 

(108)

Usaremos valores estándar de: RE  = 1 [ kΩ ] RC  = 7 [kΩ ] R1 = 1,3 [M Ω ]   (Una resistencia de 1 [M Ω ]  y una de 300 [kΩ ]  en serie). R2  = 300 [ kΩ ] RL  = 220 [ Ω ] C i  = 10 [nF ] C o  = 10 [ µF ] C C  = 22 [nF ]

En el protoboard el circuito se ve como el de la figura  8 . Al variar la frecuencia se obtuvo las mediciones de la tabla  V-D.

(2 [ mA]) =

RC  =

 (15) − (0,7)

(109)

RE 

V  R 7,5 [ V  ] = I C  (2 [ mA])

 

C

 

RC  = 3,75 [ kΩ ]

re  =

26 [ mV  ] 2 [ mA]

 

(110) (111) (112)

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7

 III-F.

re  = 13 [Ω ] Av  =

 

(113)

RC  −→ (10)(13) =  R C  re RC  = 130

 

(114)

 

(115)

Como ahora tenemos el valor de las resistencias del circuito, podemos calcular los condensadores C i  =

Amplificador en Base-común con  C B

Para este amplificador se usara una polarización a base común por partidor ó divisor de tensión capaz de amplificar una señal de ingreso para obtener una ganancia total de  10 Esta configuración esta representada en la figura 10. Para continuar con el calculo estableceremos un punto de operación con I C  = 1 [mA], V  cc   = +15V  cc , V  R = 7 [V  ],V  R = 500 [mV  ]  y V  CE  = 7,5 [ V  ]. C

E

1 1 = 2 ∗ π ∗ f c ∗ (RE ||re ) 2 ∗ π ∗ 1000 ∗ (7150||13)

(116)

 

C i  = 12,24 [ µF ]

C o  =

(117)

1 1 = 2 ∗ π ∗ f c ∗ (RC ||RL ) 2 ∗ π ∗ 1000 ∗ (130||220)

(118)

C o  = 1,99 [ µF ]

 

(119)

Figura 10. Amplificador

Usando la ecuación :

Podemos también calcular la máxima dinámica  

V  CE p  =  I C  ∗ RP c  = (2 [mA]) ∗ (81) V  CE p  = 0,163

 

(120)

V  B = 1,5 =

(121)

V  CEmax  =  V  CE  + V  CE p  = (7,5 [ V  ]) + (0,163)   (122)

 

V  CEmax = 7,663 [V  ]

(123)

R1  = 9R2

 

 

(131)  

(132)

7 = (1 [mA]) ∗ RC 

 

(133)

C

RC  = 7 [ kΩ ]

 

(134)

(125) V  R = 0 ,5 =  I E  ∗ RE 

 

(135)

0,5 = (1 [ mA]) ∗ RE 

 

(136)

E

 

V  CEpp  = 2 ∗ V  CE p  = 2 ∗ (0,163) V  CEpp  = 326 [ mV  ] eSpp  =

0,326 V  CEpp = 1 AV  

eSpp  = 326 [mV  ]

(130)

V  R = 7 =  I C  ∗ RC 

V  CEmin  =  V  CE  − V  CE p  = (7,5 [ V  ]) − (0,163)   (124) V  CEmin = 7,337 [V  ]

R2 ∗ V  CC  R2 ∗ (15) = R1  + R2 R1  + R2

(126)

 

(127)

 

(128)

 

(129)

Para el circuito de prueba usaremos valores estándar de: RE  = 130 [Ω ] RE  = 3,6 [ kΩ ] C i  = 13,3 [ µF ] C o  = 2 [µF ]

. Todos los valores obtenidos están representados en la tabla V-E.

 

RE  = 500 [Ω ]

 

I E  ≈ I C  = 1 [ mA] re  =

26 [ mV  ] I E 

=

26 [ mV  ] 1 [ mA]

re  = 26 [ Ω ]

I B  =

I C  1 [ mA] = β  200

(137) (138)  

 

(139) (140)

 

(141)

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8

Aquí podemos aplicar:

Finalmente se puede calcular la máxima dinámica.

I B = 5 [µA] =

5 [µA] =

V  B − V  BE  RB  + ( β  + 1) RE 

(142)

(3) − (0,7) RB  + (201)(1000)

RB  + 201000 =

 

(3) − (0,7) 5 [ µA]

 

V  CE p  =  I C  ∗ (RC ||RL ) = (1 [mA]) ∗ (

V  CE p  = 213 [ mV  ]

(143) (144)

R 1 ∗ R2 R1  + R2

(145)  

R1

9

=

653,2 [ kΩ ] 9

 

R2  = 72,58 [ kΩ ]

Rc ||RL   7000 ∗ RL Av  = −→ (10)(26) = re 7000 + RL RL  = 270 [ Ω ]

 

V  CEpp  = 2 ∗ V  CE p  = 2 ∗ (0,213)

(148)

V  CEpp  = 426 [mV  ]

   

Z o  ≈ re  = 7 [ kΩ ]

eSpp  =

(149)

1 2 ∗ π ∗ f c ∗ (RE )

=

C i  = 3,18 [ nF ]

 

(152)

C B  =

1 2 ∗ π ∗ f c ∗ RB

=

 

 IV-A.

 

(156)

(158)

(167)

 

(168)

Simulación de Amplificador en Emisor-común con  C E 

1   (157) 2 ∗ π ∗ 1000 ∗ 6,52 [ kΩ ]

C B  = 243,65 [ nF ]

 

IV. SIMULACIONES

(155)

C o  = 795,77 [ nF ]

(166)

Al variar la frecuencia se obtuvo las mediciones de la tabla V-F.

(154)

1 1 C o  = = 2 ∗ π ∗ f c ∗ (RC ||RL ) 2 ∗ π ∗ (1000) ∗ (7000||220)

 

RE  = 1 [ kΩ ] RC  = 7 [ kΩ ] R1 = 1,3 [M Ω ]   (Una resistencia de 1 [M Ω ]  y una de 300 [kΩ ]  en serie). R2  = 300 [ kΩ ] RL  = 220 [ Ω ] C i  = 10 [ nF ] C o  = 10 [µF ] C B  = 243,65 [ nF ]

(151)

1   (153) 2 ∗ π ∗ (1000) ∗ (500 [Ω ])

(165)

Usaremos valores estándar de:

Con estos valores podemos encontrar el valor de los condensadores necesarios para acoplar la señal alterna. C i  =

(164)  

V  CEpp 0,426 = AV   10

eSpp  = 42,6 [ mV  ]

(150)

Z i  ≈ RT H  = 26 [ Ω ]

 

V  CEmin  = 7,287 [V  ]

(147)

Como ya tenemos el valor de todas las resistencias ahora podemos calcular las impedancias.

(162)

V  CEmin =  V  CE  − V  CE p  = (7,5 [ V  ]) − (0,180)   (163)

(146)

 

(160)

 

V  CEmax  = 7,713 [V  ]

R1  = 653,2 [ kΩ ]

R2  =

 

V  CEmax =  V  CE  + V  CE p  = (7,5 [ V  ]) + (0,213)   (161)

Con este valor podemos aplicar:

RB  = 259 [kΩ ] =

 7000 ∗ 220 )   (159) 7000 + 220

Figura 11. Esquema a simular

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9

 IV-C. C C 

Simulación de Amplificador en Colector-común con

Figura 12. Simulación de Osciloscopio

Figura 13. Diagramas de Bode  IV-B.

Figura 17. Esquema a simular

Simulación de Amplificador en Colector-común sin  C C 

Figura 18. Simulación de Osciloscopio

Figura 14. Esquema a simular

Figura 19. Diagramas de Bode  IV-D.

Simulación de Amplificador en Base-común con C B

Figura 15. Simulación de Osciloscopio

Figura 16. Diagramas de Bode

Figura 20. Esquema a simular

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Figura 21. Simulación de Osciloscopio

10

Figura 25. Diagramas de Bode

V. RESULTADOS V-A.

Amplificador en Emisor-común sin C E 

Los resultados medidos del amplificador se pueden encontrar en la tabla  V-A V-B.

Amplificador en Emisor-común con C E 

Los resultados medidos del amplificador se pueden encontrar en la tabla  V-B V-C. Figura 22. Diagramas de Bode

 IV-E.

Simulación de Amplificador en Base-común sin C B

Amplificador en Colector-común sin  C C 

Los resultados medidos del amplificador se pueden encontrar en la tabla  V-C V-D.

Amplificador en Colector-común con C C 

Los resultados medidos del amplificador se pueden encontrar en la tabla  V-D V-E.

Amplificador en Base-común sin  C B

Los resultados medidos del amplificador se pueden encontrar en la tabla  V-E V-F.

Amplificador en Base-común con C B

Los resultados medidos del amplificador se pueden encontrar en la tabla  V-F

Figura 23. Esquema a simular

Figura 24. Simulación de Osciloscopio

VI. A NÁLISIS DE  R ESULTADOS Como podemos apreciar en las tablas V-A a la V-Fde la sección anterior y comparando con la teoría podemos notar la gran diferencia que hay entre las diferentes configuraciones. En el caso del circuito polarizado en colector-común tiene una variación dinámica mucho mayor a le de los amplificadores en emisor-común y en base-común; sin embargo, no produce ganancia de voltaje. Es interesante como la señal amplificada sale del circuito se mantiene casi igual que su ingreso a través de una gran variación del voltaje alterno que introduce la señal al circuito. En el caso del emisor-común, podemos apreciar que la señal amplia su voltaje con un factor de ganancia muy alto. La señal de entrada se multiplica por un factor de al rededor de 50; pero, a diferencia del amplificador en colector-común tenemos menor variación dinámica y también vale notar el el angulo de desfase. En el caso del amplificador en colector-común el desfaz era muy pequeño y se mantenía casi constante; en cambio en el de emisor-común tenemos

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11

Cuadro I A MPLIFICADOR EN  E MISOR - COMÚN SIN  C E f  [Hz ]

vi  [ V   ]

vo  [ V   ]

α

α  [ dB ]

t desfase  [ ms]

φ desfase

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000

0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324

0.70 0.86 0.90 1.11 1.13 1.14 1.145 1.15 1.154 1.135 1.14 1.15 1.15 1.16 1.17 1.17 1.18 1.18 1.18

21.60 26.54 27.78 34.26 34.85 35.19 35.34 35.49 35.62 35.03 35.19 35.49 35.80 36.11 36.11 36.42 36.42 36.42 36.42

26.7 28.5 28.9 30.7 30.8 30.9 31.0 31.0 31.0 30.9 30.9 31.0 31.0 31.1 31.2 31.2 31.2 31.2 31.2

1.28 1.26 1.22 1.19 1.16 1.14 1.12 1.10 1.02 0.96 0.92 0.90 0.89 0.88 0.87 0.86 0.85 0.84 0.83

41.89 41.24 39.93 38.95 37.96 37.31 36.65 36.00 33.38 31.42 30.11 29.45 28.96 28.67 28.37 28.05 27.65 27.43 27.20

Cuadro II A MPLIFICADOR EN  E MISOR - COMÚN SIN  C E f  [Hz ]

vi  [ V   ]

vo  [ V   ]

α

α  [ dB ]

t desfase  [ ms]

φ desfase

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000

0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324

0.010 0.010 1.000 1.090 1.100 1.110 1.120 1.130 1.135 1.150 1.200 1.350 1.420 1.560 1.680 1.690 1.700 1.680 1.690

0.31 0.31 30.86 33.64 33.95 34.26 34.57 34.88 35.03 35.49 37.04 41.67 43.83 48.15 51.85 52.16 52.47 51.85 52.16

-10.2 -10.2 29.8 30.5 30.6 30.7 30.8 30.9 30.9 31.0 31.4 32.4 32.8 33.7 34.3 34.3 34.3 34.3 34.3

1.26 1.25 1.20 1.18 1.16 1.14 1.13 1.10 1.05 1.00 0.70 0.65 0.52 0.35 0.20 0.10 0.09 0.07 0.03

41.24 40.91 39.27 38.62 37.96 37.31 36.98 36.00 34.36 32.73 22.91 21.31 17.02 11.45 6.55 3.27 2.95 2.29 0.98

Cuadro III A MPLIFICADOR EN  C OLECTOR - COMÚN SIN  C C  f  [Hz ]

vi  [ V   ]

vo  [ V   ]

α

α  [ dB ]

t desfase  [ ms]

φ desfase

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000

0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360

0.168 0.252 0.292 0.312 0.324 0.332 0.336 0.34 0.342 0.348 0.352 0.355 0.356 0.356 0.358 0.358 0.358 0.358 0.358

0.467 0.7 0.811 0.867 0.900 0.922 0.933 0.944 0.950 0.967 0.978 0.986 0.989 0.989 0.994 0.994 0.994 0.994 0.994

-6.6 -3.1 -1.8 -1.2 -0.9 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 -0.1 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

2.400 1.300 0.820 0.560 0.450 .04320 0.260 0.200 0.160 0.079 0.036 0.024 0.020 0.018 0.012 0.009 0.006 0.004 0.004

78.55 42.55 26.84 18.33 14.73 10.47 8.51 6.55 5.24 2.59 1.18 0.79 0.65 0.59 0.39 0.29 0.20 0.13 0.13

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Cuadro IV A MPLIFICADOR EN  C OLECTOR - COMÚN CON  C C  f  [Hz ]

vi  [ V   ]

vo  [ V   ]

α

α  [ dB ]

t desfase  [ ms]

φ desfase

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000

0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360

0.184 0.236 0.276 0.282 0.296 0.308 0.318 0.324 0.328 0.333 0.342 0.348 0.356 0.358 0.362 0.362 0.362 0.362 0.362

0.511 0.656 0.767 0.783 0.822 0.856 0.883 0.900 0.911 0.925 0.950 0.967 0.989 0.994 1.006 1.006 1.006 1.006 1.006

-5.8 -3.7 -2.3 -2.1 -1.7 -1.4 -1.1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.4 -0.3 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

2.0 1.0 0.86 0.48 0.42 0.26 0.24 0.18 0.14 0.096 0.066 0.048 0.024 0.014 0.012 0.010 0.008 0.008 0.008

65.46 32.73 28.15 15.71 13.75 8.51 7.85 5.89 4.58 3.14 2.16 1.57 0.79 0.46 0.39 0.33 0.26 0.26 0.26

Cuadro V A MPLIFICADOR EN  B ASE - COMÚN SIN  C B f  [Hz ]

vi  [ V   ]

vo  [ V   ]

α

α  [ dB ]

t desfase  [ ms]

φ desfase

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000

0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026

0.036 0.048 0.066 0.084 0.096 0.112 0.120 0.128 0.145 0.186 0.228 0.236 0.242 0.246 0.249 0.252 0.256 0.258 0.266

1.385 1.846 2.538 3.231 3.692 4.308 4.615 4.923 5.577 7.154 8.769 9.007 9.308 9.462 9.577 9.692 9.846 9.923 10.23

2.8 5.3 8.1 10.2 11.3 12.7 13.3 13.8 14.9 17.1 18.9 19.2 19.4 19.5 19.6 19.7 19.9 19.9 20.2

2.5 1.3 0.6 0.4 0.35 0.3 0.23 0.15 0.13 0.08 0.03 0.02 0.00 0.01 0.01 0.009 0.008 0.00 0.00

81.82 42.55 19.64 13.09 11.45 9.82 7.53 4.91 4.25 2.62 0.98 0.65 0.00 0.33 0.33 0.29 0.26 0.0 0.0

Cuadro VI A MPLIFICADOR EN  B ASE - COMÚN CON  C B f  [Hz ]

vi  [ V   ]

vo  [ V   ]

α

α  [ dB ]

t desfase  [ ms]

φ desfase

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000

0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026

0.006 0.022 0.047 0.059 0.075 0.089 0.100 0.110 0.115 0.120 0.155 0.162 0.165 0.166 0.167 0.167 0.168 0.168 0.168

0.23 0.85 1.81 2.27 2.88 3.42 3.85 4.23 4.42 4.62 5.96 6.23 6.35 6.38 6.42 6.42 6.46 6.46 6.46

-12.7 -1.5 5.1 7.1 9.2 10.7 11.7 12.5 12.9 13.3 15.5 15.9 16.1 16.1 16.2 16.2 16.2 16.2 16.2

2.750 1.800 0.800 0.500 0.450 0.380 0.320 0.180 0.130 0.200 0.040 0.020 0.010 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

90.00 58.91 26.18 16.36 14.73 12.44 10.47 5.89 4.25 6.55 1.31 0.65 0.33 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

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13

una señal completamente desfasada en la salida. Ahora en el biased and two base biased. In order for our transistors to caso del amplificador en base-común el efecto fue inclusive act as amplifiers it was necesarry to bias them in their active mas drástico. Hubo muy poco desfaz, tan poco que resulto region, by adding capacitors to the different terminals of the problemático obtener los valores del tiempo de desfaz en la transistor we were able to get the specific voltage gain that was señal de salida, pero a diferencia del circuito de colector- requested. It’s important to note one of the most important común que tampoco se desfasaba, el de base-común tenia una factors that come in to play when we were designing the ganancia de voltaje razonable. amplifiers. We must keep in mind the inputs and outputs of  As we can see in the charts in the previos section and our circuit so that we can properly alocate the right ammount contrasting that information with that which is available in our of voltage so that the transistor remains in the active region. books we can notice the wide variation that exists between the In the colector biased configuration it is important to keep three main configurations for small signal amplifiers. We can the voltage drop across the collector as small as possible in start by looking at the colector-biased circuit and notice how order to allow for maximum variation in the colector-emitter it has an inexistant voltage gain when measured at the load.  junction and the emitter resistance; which is where th load will We can also notice how it’s less suceptible to variations in the be conected in such a configuration. On the other hand, the input signal and it is capable of maintaining the amplifying emitter bias is almost exactly the opposite, since we want the ratio throughout a wider range of values than either of the emitter voltage drop to be as close to ground as posible we other configurations we used. In the circuit with with emitter- must alocate most of the voltage to the collector and collectorbias we instantly noticed the huge voltage gain at the load. It emitter junction. By allocating voltages in such a manner we was close to a factor of 50, that is to say, any signal coming allow for a wider range of variation in the input signal coming in will be amplified by 50 when measured in the load of the in from the function generator. In the cases were we didn’t circuit. However, it’s interesting to note the phase shift that is use a capacitor to bypass the resistor, we obtained a smaller generated in this configuration as opposed to the other two. It voltage gain and the phase shift was larger than otherwise. is obvious from the results that the emiter-bias has the most gain and it’s the only one where the input signal and the output R EFERENCIAS signal vary to a higher degree. Now in the case of the base- [1] "Electronic Devices and Circuit Theory," (2012) Prentice Hall, Boylestad, biased amplifier, we noticed that it had significant voltage gain, R and Nashelsky, L. 11 ed. and the input and output signal were pretty much in phase with [2] 2N2222 − NPN switching transistors (PDF) - Datasheet (Philips Semiconductors) each other. So depending on the stability and the parameters [3] 2N3904 - NPN General-Purpose Amplifier (PDF) - Datasheet (Fairchild) required we can use either one or a combination of the above configurations to successfully amplify an alternating current signal . VII. C ONCLUSIONES En esta practica logramos exitosamente completar todos los objetivos planteados. Fuimos capaces de polarizar los transistores en su zona lineal en seis diferentes configuraciones y haciendo uso de condensadores de acoplo pudimos obtener ganancia predeterminada. La parte mas importante en el diseño de los amplificadores era alocar un nivel de voltaje adecuado en cada terminal. En el caso del amplificador en emisor común, se aloco la mayor cantidad del voltaje para que caiga en el colector y la unión colector-emisor del transistor y la menor cantidad para que caiga a través del emisor. En el caso del colector-común la distribución del voltaje era al revés; en este caso el nivel de voltaje en el emisor y unión colector-emisor debía ser la mas grande y la parte del colector tenia un nivel de voltaje mucho menor a los otros. Ya que la resistencias que se emiten al conectar los condensadores no afectan en nada al circuito cuando el circuito esta acoplado correctamente. En los amplificadores en los cuales removimos el condensador de acoplo obtuvimos una pequeña variación en los resultados obtenidos, en general, la ganancia disminuía al remover el condensador, esto se atribuye a que envés de estar al nivel de tierra, se genera una ciada de voltaje a través de la resistencia During this lab session we were able to successfully acomplish all the stated goals. We properly biased biased all six diferent configurations, two collector biased, two emitter