Análisis de un amplificador de baja señal en emisor común

LABORATORIO DE

ELECTRÓNICA PRACTICA 4

INTRODUCCIÓN

El 2N3904 es un transistor NPN de propósito general. Puede ser utilizado como

amplificador o como interruptor. Esta especificado para una corriente máxima de colector

(IC) de 200mA y un voltaje colector-emisor (VCE) máximo de 40V. Su ganancia de

corriente ó hFE puede ser entre 40 y 300.

Este parámetro varía mucho de un transistor a otro, aunque sean de la misma referencia ye l

mismo fabricante. La máxima potencia que puede disipar es de 625mW, lo cual implica que

el producto C CEI V debe mantenerse siempre por debajo de este valor.

En esta práctica utilizaremos el transistor 2N3904 en la configuración emisor común, que

es la más empleada en amplificadores. Este modo de conexión se denomina así porque el

emisor es la terminal común a los circuitos de entrada y salida Objetivos de aprendizaje.

Familiarizarse con las características y la operación de un amplificador de baja señal

en la configuración común (EC).

Medir los voltajes y las corrientes de polarización de un amplificador EC

Aprender a medir la ganancia de voltaje (AV), la impedancia de entrada (Zi) y la

impedancia de salida (Zo) de un amplificador.

Confirmar la validez y exactitud de los procedimientos de análisis explicados en clase,

mediante la comparación de resultados esperados teóricamente con los obtenidos en

la práctica.

Comprobar que en un amplificador EC la señal de salida esta defasada 180º con

respecto a al señal de entrada.

Medir la respuesta en frecuencia de un amplificador EC

Evaluar como varía la ganancia de voltaje de un amplificador EC con los diferentes

valores de la resistencia de carga.

Determinar los factores que causan distorsión en un amplificador EC.

Utilizar el amplificador EC como un preamplificador de micrófono para una etapa de

potencia.

Materiales provistos por el laboratorio

INVESTIGACIÓN PREVIA

Que es un transistor

Como funciona un transistor

Interpretar las hojas de especificaciones o Datasheet de un transistor

EQUIPO:

UNIVERSIDAD: ALUMNO:

Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán, BNC-BNC,BNC –Caimán, Caimán – Banana, Banana - Banana)

1 Computadora con Multisim

1 Multímetro Digital

1 Fuente regulada de 12V/1A

1 Osciloscopio

1 Generador de Onda

MATERIALES:

UNIVERSIDAD: ALUMNO:

1 Transistor NPN de propósito general 2N3904 o equivalente (Q1)

1 Protoboard

2 Resistencias de 110 ,1/ 4 1, Lk W R R

1 Resistencia de 2.2 ,1/ 4 2k W R

1 Resistencia de 3.9 ,1/ 4 ck W R

2 Resistencias de 21 ,1/ 4 ,E Lk W R R

1 Resistencia de 3100 ,1/ 4 Lk W R

2 Condensadores electrolíticos de 4.7 / 25 1, 2F V C C

1 Condensador electrolítico de 47 / 25 EF V C

1 Micrófono electrect (MIC1) (opcional)

1 Resistencia de 3.3 ,1/ 4 ( )( )Mk W R opcional

Alambre telefónico #24AWG para conexiones

PROCEDIMIENTO 1. Análisis de corriente continúa. Arme sobre el Protoboard el

circuito de la figura 1a, correspondiente a un amplificador de baja señal en emisor común desarrollado alrededor de un transistor bipolar (Q1). Asegúrese de utilizar puentes de alambre fácilmente removibles en las ramas indicadas para facilitar la

medición de las corrientes del circuito , ,B CI I etc . En la figura 1b

se muestra la fotografía de nuestro montaje experimental. Si su multímetro posee la función de prueba de transistores, antes de instalar Q1 mida su ganancia de corriente estática

, o hcc FE , figura 1c.

Figura 1.Amplificador en emisor común polarizado, sin fuente de señal ni carga. Se puede utilizar una fuente de alimentación de 12 (VCC) una construida alrededor de un regulador LM340T12. Usted puede utilizar una fuente de 12V ya ensamblada, tal como las fuentes proporcionadas en el laboratorio.

2. Voltajes de polarización. Configurando su voltímetro enCD CD, mida todos los voltajes de polarización del circuito en condiciones de reposo, como se indica en la figura 2.

Figura 2. Midiendo los voltajes de polarización.

3. Calcule los mismos voltajes anteriores en forma teórica, siguiendo el método de análisis en corriente continua simplificado, que se denota a continuación como ejemplo. Asuma que el valor de las resistencias corresponde al indicado por su código de colores; 12 ; 0.7cc BEV V V V es muy pequeña

comparada con 1 2 e R RI I ; 203 (puede ser este valor, puede

variar al que usted mida). Compare sus resultados teóricos con los medidos en la práctica.

4. Corrientes de polarización. Configurando su multímetro como micro amperímetro o miliamperímetro de CD, según corresponda, mida todas las corrientes de polarización del circuito en condiciones de reposo (Q), como indica en la figura 3. En cada caso, retire solamente el puente asociado a la corriente que desea medir. Una vez medida esta corriente, reinstale el puente y haga lo mismo en otra parte del circuito.

Figura 3. Midiendo las corrientes de polarización.

5. Calcule las mismas corrientes anteriores en forma teórica,

siguiendo el mismo método anterior y haciendo las mismas presunciones. Compare sus resultados teóricos con los medidos en la práctica, como se ilustra a continuación.

6. Análisis de señal. Conecte al circuito de la figura 1 la fuente de señal (vs) y la resistencia de carga (RL), como se indica en la

figura 4a. Utilice como carga una resistencia de 10 1k RL y

como fuente de señal un generador de señales de audio de buena calidad. En la figura 4b se muestra una fotografía de nuestro montaje experimental. Como fuente de señal puede utilizar el generador de ondas proporcionado por el laboratorio.

Figura 9. Amplificador en emisor común practico, con fuente de señal y carga

7. Conecte el canal 1 X del osciloscopio a la entrada del

amplificador, como se indica en la figura 10, para visualizar y

medir la señal de voltaje de entrada iv . Utilice el modo de

acoplamiento AC para desacoplar el voltaje de polarización

presente en ese punto Bv . De este modo, solamente observará

la señal propiamente dicha. Manipule entonces los controles de frecuencia y de voltaje del generador de onda hasta observar en el osciloscopio una señal de entrada ( )iv de 1kHz y

5 10mVp mVpp de amplitud ó Vip Vipp .

Figura 11. Midiendo el voltaje de señal de entrada iv . Situé los

controles de sensibilidad vertical /V div y base de tiempo

/s div del osciloscopio en las posiciones 5 /mV div y 0.5 /s div ,

para observar unos ciclos completos de la señal.

8. Conecte el canal 2Y del osciloscopio a la salida del

amplificador como se indica en la figura 12 para visualizar y medir la señal de voltaje de salida ( )ov . Nuevamente, utilice el

modo de acoplamiento (AC) par desacoplar el voltaje de polarización presente en ese punto (VC). De este modo, solamente observará la señal de salida propiamente dicha. Mida

entonces la frecuencia f y la amplitud ó Vop Vopp de la

señal obtenida.

Figura 12. Midiendo el voltaje de señal de entrada ov . Situé

los controles de sensibilidad vertical (V/div) y base de tiempo (s/div) del osciloscopio en las posiciones 0.2V/div y 0.5s/div, para observar unos cinco ciclos completos de la señal.

9. Calcule la ganancia de voltaje de la etapa Av relacionando la

amplitud de la señal de salida ó Vop Vopp con la amplitud de la

señal de entrada ó Vip Vipp . Como se denota a continuación:

10. Siguiendo el método de análisis, calcule teóricamente el valor esperado de la ganancia de voltaje (Av) para este circuito. Compárelo con el obtenido en la práctica. Asuma inicialmente que ' 25 / Er e mV I , aunque en la práctica puede ser hasta el

doble de este valor 50 / EmV I . En nuestro caso obtuvimos:

Esta ganancia (163), basada en la presunción de que

' 25 / Er e mV I , es 1.2 veces mayor que la obtenida en la

práctica (136), lo cual implica que el valor real de 'r e debe ser:

Calculando nuevamente la ganancia de voltaje (Av) bajo esta condición obtenemos:

11. Repita los pasos 8,9 y 10 utilizando las resistencias de

carga 1 2 y de 100 3k RL k RL . Notará que en el primer

caso, la ganancia de voltaje (Av) disminuye, mientras que en el segundo aumenta con respecto a su valor para 10LR k .

Hecho esto, instale nuevamente esta última 1RL y continúe con

el siguiente paso.

Figura 13. Comparando la fase de la señal de salida ov con

respecto a la de entrada iv

12. Observe al mismo tiempo las dos señales en el osciloscopio, como se indica en la figura 12. Notará que la señal

de salida ov aparece amplificada pero invertida con respecto a

la señal de entrada iv . Por tanto, el circuito introduce un

desplazamiento de fase de 180º. Esta es una característica muy importante de los amplificadores de emisor común.

13. Impedancia de salida. Retire la resistencia de carga LR .

Mida entonces la amplitud del voltaje de señal de salida bajo esta condición, como se indica en la figura 13. Llame a este voltaje Vo’p para distinguirlo del voltaje de salida con carga (Vop). Hecho esto reinstale RL. Calcule entonces la impedancia de salida del amplificador (Zo) a partir de la siguiente formula basada ene l hecho de que Zo y la resistencia de carga RL forman un divisor de voltaje excitado por Vo’p:

Figura 14. Midiendo el voltaje de señal sin carga (Vo’) como paso previo para el cálculo de la impedancia de salida (Zo) del amplificador.

14. Siguiendo el método de análisis, calcule teóricamente el valor esperado de la impedancia de salida (Zo) para este circuito. Compárelo con el obtenido en la práctica. Asuma que roe es muy grande comparada con RC.

15. Impedancia de entrada (Zi). Retire la entrada del

amplificador la fuente de señal (Vs). Mida entonces la amplitud de voltaje de señal que entrega esta ultima en condiciones de circuito abierto, como se indica en la figura 15. Llame este voltaje Vi’p = Vs para distinguirlo del voltaje de entrada con carga (Vip). Hecho esto vuelva a conectar la fuente de señal. Calcule entonces la impedancia de entrada del amplificador (Zi) a partir de la siguiente formula, basada ene l hecho de que Zi y la

resistencia de la fuente de señal (Rs) forman un divisor de voltaje excitado por Vs o Vi’p:

Figura 15. Midiendo el voltaje de la fuente de señal de entrada sin carga (Vi’ o Vs) como paso previo para el calculo de la impedancia de entrada (Zi) del amplificador.

Esta ultima 1.5k es la impedancia de entrada (Zi) medida, de

nuestro amplificador. 16. Arme el circuito en Multisim y obtenga sus conclusiones

NOTAS PARA LOS ALUMNOS: (OPTATIVO) El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina o en procesador de

textos (PC) sin excepción.

Las prácticas impresas solo sirven de guía y referencia.

No se aceptan copias fotostáticas del reporte final.

La entrega del reporte final de la práctica es por alumno.

CONCLUSIONES DE APRENDIZAJE:

RECURSOS BIBLIOGRAFICOS:

Fascinating I.C Projects, P.K. Aggarwal,Editorial BPB, 1990. Power Supplies for All Occasions, M.C. Sharma, Editorial BPB, 1990.