Laboratorio Transistor Darlington y Cascodo

Universidad Nacional del Callao Amplificador Darlington y Cascodo Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Circuitos Electrónicos 1

Transistor Darlington El transistor Darlington es una pareja de transistores que están configurados para que proporcionen una gran ganancia de corriente y, al integrarlos en una misma capsula, requiere menos espacio que dos transistores normales en la misma configuración. La ganancia total del Darlington es el producto de la ganancia de los transistores individuales. Un dispositivo típico tiene una ganancia en corriente corriente de 1000 o superior. La tensión base-emisor también es mayor, siendo la suma de ambas tensiones base-emisor, y para transistores de silicio es superior a 1.2V. La beta de un transistor o par Darlington se halla multiplicando las de los transistores individuales. la intensidad del colector se halla multiplicando la intensidad de la base por la beta total La ecuación de ganancia de un transistor típico es: IE= β x IB (Corriente de colector es igual a beta por la corriente de base). Entonces analizando el gráfico: - Ecuación del primer transistor es: IE1 = β1 x IB1 (1), - Ecuación del segundo transistor es: IE2 = β2 x IB2 (2) Observando el gráfico, la corriente de emisor del transistor (T1) es la misma que la corriente de base del transistor T2. Entonces IE1 = IB2 (3) Entonces utilizando la ecuación (2) y la ecuación (3) se obtiene: IE2 = β2 x IB2 = β2 x IE1 Reemplazando en la ecuación anterior el valor de IE1 (ver ecuación (1) se obtiene la la ecuación final de ganancia del transistor Darlington. Darlington. IE2 = β2 x β1 x IB1

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Desventajas del Transistor Darlington: Un inconveniente es aproximadamente el doble de la tensión de base/emisor. Puesto que hay dos uniones entre la base y el emisor del transistor Darlington, la base equivalente/tensión de emisor es la suma de ambas tensiones de base/emisor: Para que la tecnología basada en silicio, donde cada VBEi es de aproximadamente 0,65 V cuando el dispositivo está funcionando en la región activa o saturada, la base/emisor tensión necesaria del par es 1,3 V. Otro inconveniente del par Darlington es su aumento de tensión "saturación". El transistor de salida no está permitido para saturar porque el primer transistor, cuando está saturado, establece retroalimentación negativa paralelo completo entre el colector y la base del segundo transistor. Desde colector/emisor de tensión es igual a la suma de su propia tensión de base/emisor y la tensión de colector-emisor del primer transistor, ambas cantidades positivas en el funcionamiento normal, que siempre excede la tensión de baseemisor. Por lo tanto el voltaje de "saturación" de un transistor Darlington VBE es uno más alto que una sola tensión de saturación del transistor, que es típicamente 0.1 - 0.2 V en el silicio. Para corrientes de colector iguales, este inconveniente se traduce en un aumento en la potencia disipada por el transistor Darlington más de un solo transistor. El aumento del nivel de salida baja puede causar problemas cuando se accionan los circuitos lógicos TTL. Otro problema es una reducción en la velocidad o la respuesta de conmutación, debido a que el primer transistor no puede inhibir activamente la corriente de la segunda una base, haciendo que el dispositivo lento para apagar. Para aliviar esto, el segundo transistor a menudo tiene una resistencia de unos pocos cientos de ohmios conectados entre su base y terminales del emisor. Esta resistencia proporciona un camino de descarga de baja impedancia para la carga acumulada en la unión base-emisor, lo que permite un transistor más rápido apagado. El par de Darlington tiene más desplazamiento de fase en las frecuencias altas de un solo transistor y por lo tanto puede llegar a ser más fácilmente inestable con la regeneración negativa.

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Configuración Cascodo El cascodo es un amplificador de dos etapas compuesto por un amplificador de transconductancia seguido de un búfer en uso. En comparación con una sola etapa de amplificación, esta combinación puede tener una o más de las siguientes características: mayor aislamiento de entrada-salida, más alta impedancia de entrada, de alta impedancia de salida, la ganancia más alta o mayor ancho de banda. En los circuitos modernos, la cascodo a menudo se construye a partir de dos transistores, con uno que funciona como un emisor común o fuente común y el otro como una base común o puerta común. El cascodo mejora el aislamiento de entrada-salida ya que no hay acoplamiento directo de la salida a la entrada. Esto elimina el efecto Miller y por lo tanto contribuye a un ancho de banda mucho mayor.

Ventajas de la Configuración Cascodo: La disposición cascodo ofrece alta ganancia, de alto ancho de banda, de alta velocidad de respuesta, alta estabilidad, y la alta impedancia de entrada. El número de componentes es muy baja para un circuito de dos transistores.

Desventajas de la Configuración Cascodo: El circuito de cascodo requiere dos transistores y requiere una tensión relativamente alta de suministro. Para la cascodo de dos FET, ambos transistores deben estar sesgado con amplia VDS en funcionamiento, la imposición de un límite inferior a la tensión de alimentación.

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Parte B – Amplificador Cascodo

+20V

R5 1.8k

R4

C3

6.8k

10000nF

C4

Q2 2N3904

10000nF

R3 5.6k

C2

Q1 2N3904

10000nF

C1 10000nF

R2

R1

4.7k

1k

Calculado Vb1 Vc1 Ve1 Vb2 Vc2 Ve2 Ie1 Ie2 Re1 Re2 Av

5.347 11.17 4.643 11.87 11.75 11.17 -4.643m -4.615m 5.5998 5.6338 330

Medido

% Diferencia

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R5 1.8k

R4 6.8k +88.8  AC µA

F2 160

+88.8  AC Volts

R3 5.6k

R6 5.414 +88.8  AC mA

F1 160 +88.8  AC mV 



R2

R1

4.7k

5.384

Parte C – Fuente de Corriente JFET

+10V

R1 150

Q1 2N3823

+88.8 Volts

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

RL(Ω)

Calculado

20

13 mA

50

13,2 mA

80

13,13mA

100

13,1mA

150

13,06

Medido

Parte D – Fuente de Corriente BJT 

D-1) (+)

RL 5.1k

R1 1.2k

R2

RE

1.2k

4.3k

RE(2)



RL = 5.1k

D-2)

VE (V) 7.17

VC (V) 11.9

IL (mA) 2.33

IE (mA) 1.66

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

D-3) RL(1)

RL

R1 1.2k

R2

RE

1.2k

4.3k

RE(2)

RL (kΩ)

3.6

4.3

5

7.5

VE (V)

8.31

7.15

7.17

7.21

VC (V)

11.6

12.8

12.86

12.95

IE (mA)

1.93

1.66

1.66

1.67

IE-med (mA)

1.87

1.75

1.70

1.68

IE-calc (mA)

1.93

1.66

1.66

1.67

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Parte E – Espejo de Corriente 

E-1)

RX(1)

RL(1)

RX

RL

10k



E-2)

RL (kΩ)

10

3.6

1

VB1 (V)

9.33

9.33

9.33

VC2(V)

9.85

4.05

1.18

Ix-calc (mA)

0.9

0.9

0.9

Ix-med (mA)

0.878

0.893

0.912

IL (mA)

0.985

1.125

1.18

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

Parte F – Espejo de Corriente Múltiple

+10V

R1

R2

R3

9.1k

4.3k

10k

Q1

Q2

Q3

2N3904

2N3904

2N3904

R1(KΩ)

10

3.6

R2(KΩ) 

3.6

10

VB1 (V)

0.665

0.665

VC2 (V)

0.153

5.426

VC3 (V)

5.426

0.153

Ix (mA)

1.026

1.026

IL1 (mA)

0.984

1.064

IL2 (mA)

1.064

0.984

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IV). Preguntas:  A- Comparado con un seguidor de emisor con un transistor BJT común, ¿Cuánto mejora el circuito con el uso del Darlington? Refiérase en particular a las impedancias de entrada, salida y ganancia de voltaje Av. - Se tiene una mayor ganancia, la impedancia de entrada es menor y la impedancia de salida es igual. B- Analice la ganancia de voltaje compuesta para el amplificador Cascode. ¿Cómo influye cada etapa en la composición de Av global? - La etapa inferior es el amplificador principal mientras que el superior es el amplificador secundario. C- ¿Cómo influye la variación de la resistencia de carga RL en la fuente de corriente JFET? A partir de los resultados experimentales determine: ¿Cuál es el valor mínimo de RL que garantiza un valor constante de IL? - Se tiene que la resistencia Rl incrementa la intensidad mientras más cercana es a 50 ohm. D- Compare las fuentes de corriente JFET y BJT ¿Cuál resulta más estable en mantener un valor constante de IL? Justifique - El JFET es más estable que el BJT. Debido a que el JFet tiende a generar menos ruido que el BJT y además posee mayor impedancia de entrada, asegurando que variaciones no cambien mucho la medida. E- ¿Cómo influye la variación de RL en los espejos de corriente? ¿Se afecta de alguna manera a IX? Justifique - No afectó al Ix debido a que en los espejos de corriente el intercambio de resistencias entre los transistores paralelos genera un circuito idéntico.