informe laboratorio electronica n°6

INFORME DE LABORATORIO N°6

CIRCUITOS CON TRANSISTORES BIPOLARES

Integrantes

: Felipe Gacitua Dennis Vidal

Docente

: Luis Silva O.

Fecha de entrega

: 21/10/2015

Laboratorio de Electrónica Informe N°6 Circuitos con Transistores Bipolares

Ingeniería Civil en Automatización Depto. Ingeniería Eléctrica y Electrónic a Universidad del Bio Bio

ÍNDICE

Pág.

1

Resumen

3

2

Objetivos

4

3

Bases Teóricas

5-7

4

Procedimiento experimental, análisis y resultados

8-18

5

Conclusión

19

6

Lista de materiales

20

2

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1. Resumen Circuito de polarización en saturación/corte

Se implementa un circuito en una protoboard con un transistor bipolar 2N2222, donde se midien los parámetros en estado de saturación. Luego se conmuta agregándole un switch, cambiando su estado de saturación a corte donde se midió sus parámetros a tal condición. Finalmente para una señal de tipo TTL a la entrada del circuito se calculó el voltaje colector emisor.

Circuito de polarización en región activa

Se implementó el circuito de la figura N°11 en la protoboard bajo la topología de un divisor de tensión, donde se miden los parámetros para el cálculo del punto Q (punto de trabajo) y se verificó si tal punto se ubicaba en la zona media de operación del transistor.

Circuito amplificador en emisor común

Utilizando el circuito de polarización de la actividad anterior, construimos un amplificador en emisor común, con una señal de sinusoidal en la entrada, con una frecuencia de 5 Khz. Variamos la amplitud de la señal de entrada hasta encontrar observar la máxima amplitud de la señal de salida sin distorsión.

Circuito amplificador en emisor común modificado

Utilizando el circuito anterior, con la diferencia de que se modifica colocando una resistencia (by pass) para crear una realimentación negativa. Calculamos el valor teórico del punto de trabajo para poder comprarlo con el valor obtenido en el laboratorio.

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2. Objetivos 

Diseñar y ensayar circuitos de polarización para operar en conmutación y en zona activa.



Diseñar y ensayar circuitos amplificadores en régimen de señales pequeñas, medir sus parámetros de operación en frecuencias medias.

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3. Bases Teóricas

Transistor Bipolar El transistor de unión bipolar

es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en

dos uniones PN  muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través 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 N°1: “Ejemplo de transistor BJT”

Tipos de configuración de un transistor BJT

Figura N°2: “Configuración PNP”

Figura N°3: “Configuración NPN”

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Zonas de Trabajo de un Transistor Bipolar  Zona de Saturación

Corresponde a un punto Q con una I C elevada (depende de la RC) y un voltaje V CE muy pequeño no menor a un valor denominado de saturación V CEsat. Los valores típicos de V CEsat son del orden de 0,3 [V]. Cuando el transistor está saturado, se puede comparar a un interruptor cerrado entre colector y emisor.  Zona de Corte

Corresponde a un punto Q con una I C prácticamente nula y un voltaje VCE elevado. Si hacemos nula la I B, la IC=ICEO, es decir tendrá un valor muy pequeño, y por lo tanto la cantidad de tensión en RC será mínima con lo que V CE=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 saturación es mínima, ya que uno de los coeficientes en ambos casos es prácticamente nulo.  Zona Activa

Es una amplia región de trabajo comprendida entre la zona de corte y la de saturación, con unos valores intermedios tanto de IC como de VCE. La potencia disipada ahora es mayor, ya que ambos términos (I C y VCE) tienen un valor intermedio.

Figura N°4: “Grafico de zonas de trabajo del transistor bipolar” 6

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Transistor 2N222 El 2N2222, también identificado como PN2222, es un transistor bipolar NPN de baja potencia de uso general. Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watts). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas.

Figura N°5: “Transistor BJT 2N222”

Parámetros de operación (Transistor BJT 2N2222) -

Polaridad: Disipación de potencia máxima de colector (Pc): Máxima tensión colector-base (VCE): Tensión máxima de colector-emisor (VCE): Máxima tensión emisor-base (VEB): Corriente máxima de colector (IC máx): Máxima temperatura (T j): Frecuencia de transición (f t): Velocidad de transferencia de corriente directa (hFE):

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NPN 0.5 [W] 60 [V] 30 [V] 5 [V] 0.8 [A] 175°C 250 [MHz] 100 min

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4. Procedimiento experimental, análisis y resultados a) Circuito de polarización en saturación/corte

Se implementará un circuito de polarización en saturación, para ello se necesitarán los siguientes componentes: -

Transistor BJT 2N222

-

Resistencia de 10 [kΩ]

-

Resistencia de 1 [kΩ]

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

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

aplicará una señal Vcc = 12 [V]. -

La resistencia de 10 [kΩ] se conectara al terminal base del transistor y al mismo nodo

en el que está conectado al resistencia de 1 [kΩ]. -

El terminal emisor de 2N22 se conecta a tierra.

Nuestro circuito queda conectado como se muestra en la figura N°6:

Figura N°6: “Circuito de polarización en saturación”

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Luego se conmutó agregándole un switch, cambiando su estado de saturación a corte donde nuevamente se midió sus parámetros.

Figuras N°7 y N°8: “Circuitos de polarización en saturación/corte”

Para el ensayo del circuito de polarización en saturac ión/corte se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla N°1: “Valores circuito de polarización en saturación” Voltajes [V]

Valor teórico

Valor practico

Voltaje Colector Emisor Voltaje Resistencia 1 [kΩ] Voltaje Resistencia 10 [kΩ]

0[V] 12.0[V] 11.3[V]

0.060[V] 11.89[V] 11.23[V]

Tabla N°2: “Valores circuito de polarización en corte” Volates [V]

Valor teorico

Valor practico

Voltaje Colector Emisor Voltaje Resistencia 1 [kΩ] Voltaje Resistencia 10 [kΩ]

12[V] 0 [V] 12[V]

11.95[V] 0[V] 11.94[V]

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Finalmente se le aplicó una señal cuadrada tipo TTL a la entrada del circuito, donde se procedió a calcular el voltaje colector emisor.

Figura N°9: “Circuito de polarización en saturación con señal TTL” Se muestra la imagen de la señal TTL 5[V] de entrada (arriba) y la se ñal amplificada (abajo)

Figura N°10: “Visualización de las señales TTL’’ 10

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b) Circuito de polarización en región activa

Se implementará un circuito de polarización en región activa, para ello se necesitarán los siguientes componentes: -

Transistor BJT 2N222

-

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

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

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

aplicará una señal Vcc = 12 [V]. -

La resistencia de 57 [kΩ] se conectara al terminal base del transistor junto con el de 27 [kΩ], y al mismo nodo en el que está conectado al resiste ncia de 1.5 [kΩ].

-

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

Nuestro circuito queda conectado como se muestra en la figura N°11:

Figura N°11: “Circuito de polarización en región activa”

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Para encontrar los valores teóricos del transistor en la región activa, es necesario hacer un circuito equivalente del circuito anterior, para ello se debe encontrar un voltaje y una resistencia equivalente, la cual quedaría como en la figura:

Figura N°12: “Circuito equivalente”

Para determinar los valores de dicho circuito, proce demos a realizar los siguientes cálculos:

 =

 =

 ∙   +    + 

=

57 [Ω] ∙ 27 [Ω] = 18.3 [Ω] 57 [Ω] + 27 [Ω]

∙  =

27 [Ω] ∙ 12[] = 3.87 [] 57 [Ω] + 27 [Ω]

 ( + 1) = 1 [Ω] ∙ (1 0 0 + 1) = 101 [Ω]

Figura N°13: “Circuito equivalente con valores calculados”

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Después de obtener los valores correspondientes al circuito equivalente, se calcula la corriente IBQ  y a su vez ICQ :

 =

 −   +  ( + 1)

=

3.87 [] − 0.7 [] 101 [Ω] + 18.3 [Ω]

= 26.5 [µ]

 =  ∙  = 26.5 [] ∙ 100 = 2.65 []

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

 =  −  ( +  ) = 12 [ ] − 2.65 [] ∙ (1.5 [Ω] + 1[Ω]) = 5.37 []

Los valores obtenidos en la práctica se presentan mediante los siguientes cálculos y en su tabla correspondiente:

Valor práctico de V CargaCC :

4.4 [V]

Valor práctico de I CQ:

 =

 

=

4.4 [] 1.5 [Ω]

Valor práctico de V CEQ:

= 2.93 []

4.78 [V]

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Tabla N°3: “Valores teóricos y prácticos de parámetros de Q ” Parámetros de Q VCEQ  ICQ 

Valores teóricos 5.37 [V] 2.65 [mA]

Valores prácticos 4.78 [V] 2.93 [mA]

Figura N°14: “Gráfico de punto Q en la recta de carga”

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

resultó ser más desviado hacia saturación en la zona de operación del transistor.

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c)

Ensayo de un Amplificador en Emisor Común

Se implementará un circuito amplificador en emisor común, para ello se necesitarán los siguientes componentes: -

Transistor BJT 2N222

-

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

-

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

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

Al terminal colector del transistor se conectará una resistencia de 1.5 [kΩ]  junto con un capacitor de 10 [µF], y a está resistencia se le aplicará una señal Vcc = 12 [V].

-

La resistencia de 57 [kΩ] se conectara al terminal base del transistor junto con una de

27 [kΩ] (ésta conectada a tierra), y al mismo nodo en el que está conectado al resistencia de 1.5 [kΩ].

-

A la misma terminal base, se conectará un capacitor de 10 [µF], a la cual se le aplica una señal senoidal de 10 [mV].

-

Al terminal emisor se le conecta una resistencia de 1 [kΩ] , y en paralelo a ésta, un capacitor de 47 [µF], ambos conectados a tierra.

Nuestro circuito queda conectado como se muestra en la figura N°15:

Figura N°15: “Amplificador en emisor común”

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Se muestra la imagen de la señal de entrada aplicada en el amplificador (arriba) y la señal amplificada (abajo).

Figura N°16: “Señal de entrada Sinusoidal, 10[mV/div], Señal de salida, 2[V/div]” 

Figura N°17: “Figura de Lissajous del circuito en relación de fase entre señal de entra y salida” 

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d) Ensayo de un Amplificador en Emisor Común Modificado

Se implementará un circuito amplificador en emisor común modificado, para ello se necesitarán los siguientes componentes: -

Transistor BJT 2N222

-

Resistencias de 1.5 [kΩ], 1 [kΩ], 27 [kΩ], 57 [kΩ] y 100 [Ω]

-

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

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

Al terminal colector del transistor se conectará una resistencia de 1.5 [kΩ] junto con

un capacitor de 10 [µF], y a está resistencia se le aplicará una señal Vcc = 12 [V]. -

La resistencia de 57 [kΩ] se conectara al terminal base del transistor junto con una de 27 [kΩ] (ésta conectada a tierra), y al mismo nodo en el que está conectado al

resistencia de 1.5 [kΩ]. -

A la misma terminal base, se conectará un capacitor de 10 [µF], a la cual se le aplica una señal senoidal de 320 [mV].

-

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

capacitor de 47 [µF], ambos conectados a tierra. -

La única modificación aplicada al circuito, es una resistencia de 100[Ω], entre el emisor y la resistencia de 1 [kΩ].

Nuestro circuito queda conectado como se muestra en la figura N°18:

Figura N°18: “Amplificador en emisor común modificado”

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Se muestra la imagen de la señal de entrada aplicada en el amplificador (arriba) y la señal amplificada (abajo).

Figura N°19:”Señal de entrada Sinusoidal, 320[mV/div], Señal de salida, 4[V/div] ” 

Figura N°20: “Figura de Lissajous del circuito en relación de fase entre señal de entra y salida” 

Tabla N°4: “Valores prácticos en amplificador en emisor común modificado” Método

Tensión máx Vi

Tensión máx Vo

Ganancia Vo/Vi

Frecuencia

Desfase

Practico

320 [mV]

4[V]

12.5

5[Khz]

Aprox 180°

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5. Conclusión

En el desarrollo del laboratorio, se pudo analizar el comportamiento de un transistor en cada circuito empleado, el cual nos permitió comprender algunas funciones que cumple este dispositivo. En el ensayo número 1, correspondiente a circuito de polarización en saturación (y corte) los valores prácticos, fueron muy cercanos a los valores teóricos. Dichos valores daban a conocer el comportamiento de este tipo de circuito. Al estar el circuito en zona de saturación o de corte, su comportamiento es similar a la de un interruptor. Ya que al hacer tender dicho circuito a saturación, este actuaba como si el interruptor estuviera abierto, sin conexión, lo que su voltaje tomaba un valor aproximado a 0 [V], simulando un corto circuito ideal, y si te ndía 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 teórico. En el circuito número 2, en el que se analizó un circuito en polarización en la región activa, en el cual se pedía determinar los parámetros del punto Q, en la recta de carga, los valores obtenidos mediante la práctica están en el rango de valores presentes en dicha región de trabajo del transistor. Dichos valores tendían a irse a zona de saturación más que a zona de corte. También se dedujo que si al modificar el circuito de cierta manera a través de uno de los resistores, se podía hacer tender el punto Q tanto a zona de saturación como de corte. Luego se estudió un circuito amplificador en la configuración de emisor común, el cual se le agregaron capacitores que ayudaban a modificar las tensiones, para así obtener una señal 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 analizó el mismo circuito en emisor común, pero modificado de tal manera de que la señal de salida pudiera aumentar en mayor número de ganancia, ante una señal de entrada especifica. Se aplicó una señal 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 señal amplificada por el circuito empezaba a deformarse en sus extremos. En la parte superior aparecía una señal saturada y en la parte inferior de la señal, esta mostraba un pick en corte. Lo que significa que en el circuito, al modificar los parámetros de los componentes, se puede cambiar el rango de amplificación, para así modificar la señal, aunque esto trae consigo una disminución en el rango de ganancia amplificada en la señal de salida del circuito.

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6. Lista de Materiales Dispositivo e instrumentos Transistor NPN 2N2222 Resistores (10 [Ω], 1[kΩ], 10 [kΩ], 1.5 [kΩ], 1 [kΩ], 27 [kΩ], 57 [kΩ]) 3 Capacitores (2 de 10 [uF] y 1 de 47[uF])

Osciloscopio Análogo/ Digital Entrenador Digital Potenciómetro (10kOhm) Protoboard Alicate de punta Alicate de corte Alambres

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