Informe de Analisis de Transistor Bjt en Ac

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO 2015A

INFORME BJT EN AC

FIEE-

DE ANALISIS DE TRANSISTOR

OBJETIVOS:  Diseñar, calcular, simular e implementar un amplificador empleando el análisis en DC (polarización), y AC (análisis a pequeñas señales).transistorizado.  Definir el punto de polarización óptimo para un amplificador lineal sin distorsión.  Determinar los parámetros importantes para un amplificador transistorizado como la impedancia de ingreso y de salida, ganancias de voltaje e intensidad.  Realizar un análisis en dc y ac para el diseño de un amplificador transistorizado.

MARCO TEORICO: Una de las aplicaciones más típicas aplicaciones en corriente alterna del BJT es su uso como amplificador de corriente alterna. Dicha aplicación consiste en un sistema capaz de amplificar la señal de entrada en un factor de ganancia determinado, que será la relación de salida sobre la entrada. En términos de señales del voltaje, se habla de ganancia de voltaje Av =vo/vi . Para que este sistema funcione, el BJT debe estar polarizado en zona activa. Esto significa que simultáneamente conviven elementos de corriente continua (cc) y corriente alterna (ca). En los siguientes apartados se analizan los efectos de ambas componentes y se introducen conceptos dinámicos de funcionamiento de los sistemas basados en BJT. Los condensadores C1 y C2 que aparecen se denominan condensadores de acoplo y sirven para bloquear la componente continua. En concreto C1 sirve para acoplar la tensión que queremos amplificar al amplificador propiamente dicho, eliminando la posible componente continua que esta tensión pudiera tener. Si no bloqueásemos esta continua se sumaría a las corrientes de polarización del transistor modificando el punto de funcionamiento del mismo. Por otra parte, el condensador C2 nos permite acoplar la señal amplificada a la carga, eliminando la componente continua (la correspondiente al punto de polarización del transistor) de forma que a la carga llegue únicamente la componente alterna. El condensador C3 es un condensador de desacoplo, su misión es la de proporcionar un camino a tierra a la componente alterna. En el capítulo anterior se analizó el efecto de la resistencia RE desde el punto de vista de su efecto en la estabilización del punto de polarización. Sin embargo, en este capítulo veremos como desde el punto de vista de la amplificación, esta resistencia hace disminuir la ganancia del amplificador. Al añadir el condensador de desacoplo conseguimos que la continua pase por RE mientras que la alterna pasaría por el condensador C3 consiguiendo que no afecte a la amplificación.

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TIPOS DE CONFIGURACIONES 1. AMPLIFICADOR EN EMISOR COMUN:

Para obtener el circuito equivalente de alterna, cortocircuitamos las fuentes de tensión de continua y los condensadores. En el circuito resultante, sustituiremos el transistor por su modelo en parámetros híbridos (recordar que siempre utilizaremos el modelo en parámetros de emisor común con independencia de la configuración del transistor.

2. AMPLIFICADOR EN BASE COMUN: Para obtener el circuito equivalente de alterna, al igual que en los casos anteriores, cortocircuitamos las fuentes de tensión de continua y los condensadores. En el circuito resultante, sustituiremos el transistor por su modelo en parámetros híbridos (recordar que siempre utilizaremos el modelo en parámetros de emisor común con independencia de la configuración del transistor. Para ello, vamos a redibujar el circuito en

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parámetros h del transistor para que quede con el emisor a la izquierda, el colector a la derecha y la base abajo

3. AMPLIFICADOR EN COLECTOR COMUN: Para obtener el circuito equivalente de alterna, al igual que en los casos anteriores, cortocircuitamos las fuentes de tensión de continua y los condensadores. En el circuito resultante, sustituiremos el transistor por su modelo en parámetros híbridos (recordar que siempre utilizaremos el modelo en parámetros de emisor común con independencia de la configuración del transistor. Para ello, vamos a redibujar el circuito en parámetros h del transistor para que quede con la base a la izquierda, el emisor a la derecha y el colector abajo.

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MATERIALES:      

Resistencias DE 33k, 20k, 10k, 3k, 150k Transistor BC548A Condensadores de 10uF, 100uF Fuente dc y ac Multímetro Osciloscopio

SIMULACION EN PROTEUS Y CALCULOS MATEMATICOS  CONFIGURACION EN EMISOR COMUN:

Datos del proteus:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO 2015A ib Ic ie

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0.9uA 45.2 mA 43.5 mA

Gvo ANALISIS EN CONTINUA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO 2015A RB 

10k .20k  6.67 K  10k  20k

VBB 

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10k .12v  4V 10k  20k

VBB  VBE  RB .iB  RE .iE

Re solviendo : iCQ  1.025mA

VCC  VCE  RC .iC  RE .iE

vCEQ  5.69V

Ecuaciones :

ANALISIS EN ALTERNA Definimos:

hie   .

h fe    100

26mV  2,53K  iCQ Z IN  RB Phie  1.83K 

Z OUT  RC P RE  2.75K 

Calculo de la ganancia de tensión:

AV   h fe [

Donde : RE  0 RS  0

Quedando :

Z OUT Z IN ][ ] hie  (1   ) RE RS  Z IN

AV   h fe .[

Z OUT ]  108.69 hie

Calculo de la ganancia de corriente:

Ai  h fe .[ Donde : RE  0

Quedando :

RC RB ][ ] RB  hie  (1   ) RE RC  RL

Ai   h fe .[

RC RB ][ ]  6.074 RB  hie RC  RL

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 CONFIGURACION EN COLECTOR COMUN:

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Datos de simulación ib 24.35u A ic 0.954 mA ie 0.899 mA Gvo -0.23

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ANALISIS EN CONTINUA

RB 

10 K .20 K  6.67 K  10 K  20 K

VBB 

10 K .12V  4V 10 K  20 K

VBB  VBE  RB iB  RE iE

Re solviendo : iCQ  1.025mA

VCC  VCE  RE iE

VCEQ  8.77V

Ecuaciones :

ANALISIS EN ALTERNA Definimos:

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FIEEh fe    100

hie  

26mV  2.53K  iCQ Z IN  RB P(hie  [   1]RC )

Z OUT  RE P RL  0.15K 

Calculo de la Ganancia de Tensión:

AV  h fe [

Z OUT Z IN ][ ] hie  (1   )Z OUT RS  Z IN

Dónde:

RS  0

Quedando :

AV  h fe [

Z OUT ]  0.84 hie  (1   ) ZOUT

Calculo de la Ganancia de Corriente:

Ai  h fe .[

RB RE ][ ] RB  hie  (1   ) Z OUT RE  RL

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FIEEAi  0.123

 EXPERIMENTACION

 CONFIGURACION EN BASE COMUN:

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ANALISIS EN CONTINUA Ib Ic Ie Gvo

24uA 10.62 mA 8.34 mA 0.33 m

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RB 

10 K .20 K  6.67 K  10 K  20 K

VBB 

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10 K .12V  4V 10 K  20 K

Ecuaciones : VBB  VBE  RB iB  RE iE

Re solviendo : iCQ  15.22mA

VCC  VCE  RC iC  RE iE

VCEQ  35.96V

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ANALISIS EN ALTERNA h fb   

  0.1  1

hib 

26mV  1.7 K  iCQ

Definimos:

Z IN  RE Phib  1.13K 

Z OUT  RC P RL  2.75 K 

Calculo de la Ganancia de Tensión:

AV  h fb [

Z OUT Z IN ].[ ] RB R  Z S IN hib  (1   )

Dónde:

AV  h fb [ RS  0

Quedando :

Z OUT ]  0.15 RB hib  (1   )

Calculo de la Ganancia de Corriente:

Ai  h fb [

RE RE  hib 

RB (1   )

].[

RC ] RC  RL

Ai  0, 65.103

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PREGUNTAS PROPUESTAS: ¿Cómo afecta un aumento de la temperatura ambiente a la tensión de ruptura del transistor? Por encima de una determinada tensión, la cantidad de corriente que circula por un transistor aumenta bruscamente, lo que propicia la ruptura. A menos que se reduzca la tensión, la exposición prolongada a dichas condiciones propicias de ruptura producirá daños irreparables en el dispositivo a causa del auto calentamiento. Por lo general, se garantiza la máxima corriente de fuga cuando se aplica una tensión inferior a la tensión de ruptura (tensión nominal máxima absoluta). Un aumento de la temperatura ambiente produce un aumento de la corriente de fuga, pero no afecta considerablemente a la tensión de ruptura.

Consideraciones especiales sobre la disipación de calor de los transistores de potencia:

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 La superficie de montaje del disipador de calor debe ser lo más plana posible. Una superficie irregular podría provocar una tensión excesiva en el dispositivo y dañarlo de forma irreparable en el peor de los casos. Los disipadores de calor más usados están fabricados de aluminio o cobre, puesto que los dos materiales presentan unas propiedades de conducción de calor excelentes.  Además, tenga en cuenta el rendimiento de expulsión de calor necesario en las peores condiciones de funcionamiento para seleccionar un disipador de calor con una resistencia térmica adecuada. Plantéese la posibilidad de usar un sistema de refrigeración forzada, como un ventilador o similar, si resultara necesario.  Para obtener información sobre la silicona y otros medios de disipación de calor como láminas de aislamiento, póngase en contacto con los fabricantes de la resina. Aplique silicona térmica para mejorar la disipación de calor (es decir, para reducir la resistencia térmica) .  No aplique ninguna tensión mecánica sobre el disipador de calor

una vez se haya fijado al dispositivo ¿Son intercambiables los terminales del colector y del emisor de un transistor bipolar? No, usar los transistores bipolares en la orientación correcta, la estructura del transistor esta optimizada para funcionar en modo directo. Al intercambiar los terminales del colector y del emisor no solo empeora el rendimiento del transistor, sino que también se podrían causar daños irreparables en el dispositivo.

¿En que diferencian los transistores de señal pequeña y los transistores de potencia? No existe una clasificación internacional uniforme que distinga los transistores de señal pequeña y los transistores de potencia. Toshiba denomina "transistores de señal pequeña" a los transistores que tienen una disipación de potencia (PC) de 1 W o menos y "transistores de potencia" a los que tienen una PC superior a 1 W.

¿Se pueden colocar varios transistores bipolares en paralelo? Si, teniendo en cuenta los terminales de la base de todos los transistores en paralelo tengan la misma polarización, introduzca resistencias con equilibrio de corriente tal y como se muestra a continuación y use transistores con la misma referencia y el mismo rango hFE.

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OBSERVACIONES:  La onda de salida observada esta amplificada con respecto a la entrada por la ganancia de -227.72 el menos significa desfasamiento de 180 grados.  Observamos un calentamiento leve del transistor.

CONCLUSIONES: 

Si el amplificador funciona por la porción de sus características la señal de salida, es fiel reproductor de la entrada .Si sobre exitamos un

amplificador, por una señal de entrada alta o si lo utilizamos en su porción lineal, la señal obtenida será distorsionada y por lo tanto será diferente a la entrada.  Los transistores de una configuración de amplificador son usados muy frecuentemente en dispositivos comunes.  Vemos que la ganancia de tensión y de corriente es mayor en un amplificar emisor común.  Se frecuenta utilizar un amplificador E.C por su mayores valores en ganancia en todo aspecto para q nuestros circuitos sean más amplificados y al momento de utilizarlos sean muy bien utilizados.

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