Informe 2

ESCUELA POLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA Laboratorio de Circuitos Electrónicos Informe Nº2

Realizado por: Andrea Rocha Daniel Suntaxi Marcelo Vallejo

Tema: Amplificadores en BC y CC Fecha de Entrega: 14/03/2013

 Tema Amplificadores en configuración de Base Común y Colector Común  Objetivo Diseñar e implementar amplificadores en configuración de Base común y Colector Común utilizando TBJ.  Marco Teórico DISEÑO DE AMPLIFICADOR EN BASE COMÚN Circuito

DISEÑO DE COLECTOR Circuito

Materiales

AMPLIFICADOR EN COMÚN

 TBJs  Resistencias  Osciloscopio  Generador de funciones  Cables para osciloscopio  Protoboard Procedimiento 1. Diseñar el amplificador en ambas configuraciones 2. Medir voltajes de polarización de cada circuito 3. Medir y graficar los voltajes alternos de entrada y salida y de emisor de cada circuito INFORME 1. Indicar las principales características y diferencias entre amplificadores en configuración de base común y colector común, además de sus aplicaciones. TBJ El transistor de unión bipolar está formado por tres capas de silicio (o de germanio) de gran pureza, a las cuales se han añadido pequeñas cantidades de boro (tipo p) o de fósforo (tipo n). El límite entre cada capa forma una unión, que sólo permite el flujo de corriente desde p hacia n. El transistor de unión tiene numerosas aplicaciones, que van desde los detectores electrónicos sensibles hasta los amplificadores de alta fidelidad de gran potencia. Todos ellos dependen de esta amplificación de corriente. Polarización

Un transistor sin polarización es similar a dos diodos contrapuestos. Si se conectan fuentes de voltaje externas al transistor, se obtiene nuevas aplicaciones. La

V

I

polarización de un transistor implica establecer voltajes ( CE ) y corrientes ( I B , C ) directos que determinen un punto de trabajo o de operación, el cual se mantendrá fijo sobre estas características. Los voltajes y corrientes directos de polarización deben estar dentro de los límites establecidos por el fabricante, los cuales son: * VCE < VCE max.

* IC < IC max.

* PCE < PCE max.

AMPLIFICADOR EN BASE COMÚN El amplificador en Base-común (B-común) es el menos usado de las tres configuraciones básicas de amplificadores. Proporciona alta ganancia de voltaje sin ganancia de corriente.

Debido a que cuenta con una baja impedancia de entrada, este amplificador es el tipo más apropiado para ciertas aplicaciones de alta frecuencia en donde las fuentes tienden a presentar muy bajas resistencias de salida. La figura muestra un amplificador típico en B-común.

La base es el terminal común y está conectado a tierra ac mediante el capacitor CB; la señal de entrada se conecta al emisor. La salida está acoplada mediante el capacitor CC al colector. Se aplica donde las fuentes tienden a tener salidas de muy baja resistencia. Nota técnica: El amplificador en base común es útil a altas frecuencias cuando se requiere igualación de impedancias, porque las impedancias de entrada pueden ser controladas porque los amperes no inversores responden mejor a la frecuencia. AMPLIFICADOR EN COLECTOR COMÚN El amplificador en colector común suele denominarse emisor seguidor, la señal de entrada se aplica a la base a través de un capacitor de acoplamiento, la señal esta en el emisor. No hay resistencia de colector y en este caso la ganancia de voltaje es aproximadamente 1, sus ventajas más importante es la alta impedancia de entrada y la ganancia de corriente. Se usa como acoplador de impedancias para reducir al minino los efectos de carga cuando un circuito excita una carga de resistencia baja. La figura muestra el circuito del emisor-seguidor con polarización mediante divisor de voltaje.

Los capacitores de acoplamiento deben tener una resistencia despreciable en comparación con la frecuencia de operación. Comparación relativa de configuraciones de amplificadores B-C y C-C

AMPLIFICADOR EN COLECTOR COMÚN Por la Base (B) Por el Emisor (E) Muy Alta Baja 1 β Β (Ai) No El colector (C), está conectado a tierra

Entrada (Vin) Salida (Vout) Impedancia de Entrada (Zin) Impedancia de Salida (Zout) Ganancia de Voltaje (Av) Ganancia de Corriente (Ai) Ganancia de Potencia (Ap) Inversión de fase

AMPLIFICADOR EN BASE COMÚN Por el Emisor (E) Por el Colector (C) Baja Alta Alta 1 Alta (Av) No La Base (B) está conectada a tierra

2. Presentar los diagramas esquemáticos de los circuitos implementados en el laboratorio, con los respectivos cambios de haber existido, con sus debidas justificaciones. Diseño de Colector Común: No existió ningún cambio de ninguna resistencia ni nada, nos dio la forma de onda esperada. Los correctores en la hoja de datos es porque trabajamos con el circuito de mi compañero Vallejo y no encontrábamos sus hojas de datos. Y es por esa razón. Pero en el colector común no existió ningún cambio. Este es el circuito empleado en el laboratorio.

R1 C1

22k Q1

B1

2N3904 2.2uF

12V

C2

2.1V/-2.1V R2 22k

Diseño de Base Común:

1uF R3 2k2

R4 2k2

R1

R3

47k

3k3

C2 1uF

R6

Q1

3k3

2N3904

B1 20V

R2 C3 1uF

5k6

R4 82R

C1 22uF

R5 390R

0.294V 1KHz

Cambios: - R4: Se cambio de 82Ω a 74Ω Se realizo este cambio para poder aumentar la ganancia ya que la misma por formula es Av = (RC||RL)/(re+ Re1) entonces si disminuimos Re1 aumentamos la ganancia. - Vcc: Se cambio de 18V a 20V Se realizo este cambio para que el exceso de voltaje vaya a VCE y así aseguramos más que el BJT trabaje en la región activa. 3. Para cada circuito presentar en un cuadro presentar las mediciones AC y DC de los valores obtenidos en la practica y los valores teóricos calculados en el trabajo preparatorio. Obtener los porcentajes de error debidamente justificados. Para Colector común:

VCC VCE VE VB Vop Vip

-

V. Medido [V] 12 6.72 5.31 6 2.32 2.32

Teórico [V] 12 6.78 5.21 5.91 2.10 2.05

% error 0 -0.88 1.9 1.5 9.4 11.6

El error en VCE se debe a la tolerancia de las resistencias que siendo de un 5% en valores pequeños como los de R4 hace que cambien los voltajes en cada una de ellas y no sean los mismos que los calculados.

-

El error en VE se debe a que este valor influye la resistencia interna, y a cambiamos su valor por uno no estándar. - El error en VB pudo deberse a la tolerancia de las resistencias y a la variación de IB. Para Base común: V. Medido Teórico % error Valores % error [V] [V] reales sim. [V] VCC 20 18 11 20 0 VCE 9.25 8.55 81.9 9.54 3 VC 9.40 10.04 6.37 9.09 3.3 VE 1.35 1.42 5 1.38 -2 Vop 5 5 0 4.90 2 Vip 0.300 0.294 2 0.300 0 -

-

-

-

El error en VCC se debe a que en la práctica modificamos el valor de la fuente de 15V a 18V. pero en lo simulado vemos que nos un 0%. La mayoría de errores de la tabla en errores reales se debe a que cambiamos una resistencia en el emisor. El error en VCE se debe a la tolerancia de las resistencias que siendo de un 5% en valores pequeños como los de Re1 y Re2 hace que cambien los voltajes en cada una de ellas y no sean los mismos que los calculados. El error en VC se debe al cambio de la corriente IE y también a la tolerancia de la resistencias RE1 y RE2 que al cambiar hacen que el voltaje cambie y debido a que VC= VCE + VE este cambia. El error en Vop se debe a que la ganancia calculada no es la misma que la del laboratorio.

4. Realizar los cálculos necesarios para determinar la ganancia de voltaje en función de los voltajes de alterna, compararla con el valor teórico calculado. Obtenga el porcentaje de error y justifique el mismo Base Común:

Av

Valor teórico 17

Valor calculado 16

% error 6.2

El error se debe a los cambios que se hizo en el circuito debido a que al principio de la práctica la ganancia no era alta. Colector Común:

Av

Valor teórico 0.99

Valor calculado 1

% error 1

El error se debe a la exactitud de la medición.

5. Graficar en hojas de papel milimetrado a escala, las señales de voltaje de entrada, salida y en emisor observadas en el osciloscopio para cada circuito, explique las diferencias o semejanzas con las señales obtenidas en la simulación. 

Colector común:

ANEXO 1 En la simulación los voltajes de entrada y salida de este amplificador presentan tan solo una pequeña variación en sus valores pico, sin embargo en la práctica los valores de entrada y salida coincidieron exactamente, dando una ganancia perfecta de 1, y como se puede observar, dichos voltajes se encontraban en fase, puesto que en esta configuración no existe desfasamiento. Seguramente los cálculos teóricos abarcaban un buen porcentaje del error con lo cual al poner a prueba el circuito dicho error no afectaría al circuito diseñado.

Voltaje en el emisor: ANEXO 3

En la simulación y en la práctica la ubicación y el valor del voltaje en el emisor coincidieron, sin embargo sus valores pico son diferentes, puesto que en la simulación su valor era de 3.9Vp, mientras que en la práctica ese valor era de 2.8Vp sobre el VE que era de 7.9 V, sin embargo el valor que se buscaba obtener era el conseguido en la práctica. 

Base común: ANEXO 2

Los voltajes de entrada y salida de la simulación y la parte práctica presentan una pequeña variación con respecto a la amplitud, puesto que fue necesario realizar cambios, ya que la señal de salida obtenida originalmente no permitía obtener una ganancia adecuada, además se puede verificar que tanto en la simulación como en la práctica las ondas de entrada y salida estaban en fase, por lo cual se puede comprobar las características de un amplificador en base común. Voltaje en el emisor: ANEXO 3 Este valor varía en el voltaje de polarización, puesto que en la simulación ese valor corresponde a 1.7V, mientras que en la parte práctica ese valor corresponde a 2.88V, es decir el voltaje de polarización aumentó, mientras que el voltaje pico de salida presentó una ligera variación en su amplitud. 6. Conclusiones y recomendaciones Andrea Rocha:  El amplificador en configuración colector común presenta una baja impedancia de entrada y una impedancia de salida también baja, y no permite obtener ganancia de voltaje ni de corriente, por lo cual la señal que ingresa al amplificador es la que sale, con lo cual se deduce que este amplificador ofrece acoplamiento de resistencias más no amplificación en sí. se usa solo como un seguidor en amplificadores multietapa  El amplificador en configuración base común permite obtener una alta ganancia de voltaje, aunque de corriente su ganancia sea baja al igual que su impedancia de entrada, por ello este tipo de amplificador puede ser utilizado cuando se trabaja en altas frecuencias, puesto que su configuración lo hace apropiado para este tipo de aplicaciones.  De las tres configuraciones para amplificadores, la más conveniente para las diversas aplicaciones es en emisor común, puesto que permite obtener ganancia de voltaje y de corriente, por lo tanto ganancia de potencia, mientras que las otras configuraciones poseen otras ventajas no tan importantes como la potencia.

Daniel Suntaxi Saravia  El amplificador en Colector Común nos da una ganancia unitaria, por lo que como se observó ya en las prácticas de amplificadores multietapa este no serviría para obtener una ganancia alta, por lo que es necesario acoplarle con un amplificador emisor común o base común.  Estos dos tipos de amplificadores, nos dan la forma de onda de salida en fase con la onda de entrada, por lo que al momento del diseño en el voltaje colector-emisor no se necesita tomar los parámetros de voltaje pico de entrada, voltaje activo y el de salido, puesto que ya están en fase solamente le sumamos el voltaje activo al de salida y tenemos la seguridad de que no se van a cruzar las ondas.  En el diseño matemático de las ondas, no se muestra mucha dificultad, puesto que en la configuración Colector Común la onda de salida es igual a la de entrada, y en la configuración Base Común la onda de salida es igual a la de entrada multiplicada por la ganancia. Marcelo Vallejo  Los amplificadores, dependiendo de su configuración, amplifican voltaje o corriente, en el caso de un amplificador base común amplifica voltaje pero no corriente, y un amplificador colector común amplifica corriente únicamente.  Para una configuración colector común no es necesaria una resistencia de colector, ya que el colector se encuentra cortocircuitado mirándolo desde el punto de vista de la señal, y por consiguiente no se necesita tampoco un condensador en el colector.  El amplificador base común tiene una impedancia de entrada pequeña ya que al tener la entrada de señal en el emisor, la impedancia de entrada del transistor no tiene ganancia.