Electrónica Informe - Características De Los Transistores BJT

8/2/2019 Electrónica Informe - Características De Los Transistores BJT

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Universidad Pedagógica Y Tecnológica De Colombia

Seccional Duitama ELECTRÓNICA I

Escuela De Ingeniería Electromecánica

LABORATORIO No. 3

CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSISTORES BJT:AMPLIFICACIÓN Y CONMUTACIÓN.

JASSON RICARDO DÍAZ LEON

[email protected]

RICARDO ALONSO ESTEPA ESTUPIÑAN

[email protected]

RESUMEN: Una de las aplicaciones

principales de los transistores es la

amplificación de una señal tanto en corriente

directa como en alterna y la conmutación de

circuitos.

En el laboratorio se pretende conocer las

características principales de los transistores

BJT, además analizar su funcionamiento a

través de una plataforma robótica diferencial

y un amplificador por divisor de voltaje.

Se inicia haciendo el montaje de la

plataforma en el protoboard. El control de los

motores se hace usando transistores NPN y

PNP, los cuales pueden actuar como

circuitos abiertos o cortos circuitos según el

sentido de giro que se desee para cada

motor. La implementación de diodos, nos

permite además, el control de los dos

motores simultáneamente.

Para el amplificador, es necesario el cálculo

de las resistencias propias del circuito.

Primero de hace un análisis del circuito en

C.C, teniendo así un circuito equivalente en

C.C. Luego se analiza el circuito en C.A,

obteniendo así un circuito equivalente en

C.A. De las ecuaciones que se obtengan de

cada circuito equivalente, se calculan

entonces las resistencias que satisfagan la

condición de ganancia en voltaje (-15)

INTRODUCCIÓN: El transistor de unión

bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se

fabrica básicamente sobre un monocristal de

Germanio, Silicio o Arseniuro de galio, que

tienen cualidades de semiconductores,

estado intermedio entre conductores como

los metales y los aislantes como el diamante.






Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en

forma muy controlada tres zonas, dos de las

cuales son del mismo tipo, NPN o PNP,

quedando formadas dos uniones NP. En

forma equivalente los transistores BJT se

pueden entender como un Fuente de

corriente (salida) controlada por corriente

(entrada).

TALLER PREVIO

1. ¿Cuál es la característica que hace que el

montaje EC (emisor común) sea más

utilizado en amplificación que el

amplificador BC (base común)?

La terminología de la base común se derivadel hecho que la base es común tanto a la

entrada como a la salida de la configuración

A pesar de que las condiciones de base

común son muy similares a las de emisor

común, es esta, la que se puede emplear

para amplificar voltaje, corriente o potencia.

Debido a que la región de corte de la

configuración emisor común no esta tan bien

definida como la configuración base común.El BJT PNP desde el emisor emite huecos,

controlada por la base. El exceso de huecos

que no pueden recombinarse en la base van

parar al colector.

2. ¿En qué consiste la acción amplificadora

del transistor?

Después que un transistor se haya

polarizado con un punto de operación cerca

de la mitad de la línea de carga, se puede

acoplar una pequeña señal de C.A en la

base. Esto produce alteraciones o

fluctuaciones de igual forma y frecuencia en

la corriente de colector. Por ejemplo, si la

entrada es una onda senoidal con una

frecuencia de 1 kHz, la salida será una ondasenoidal amplificada con una frecuencia de 1

kHz. El amplificador se llama lineal si no

cambia la forma de la señal. Si la amplitud

de la señal es pequeña, el transistor sólo

usará una pequeña parte de la línea de carga

y la operación será lineal. Si la señal de

entrada es demasiado grande, las

fluctuaciones en la línea de carga excitarán al

transistor a saturación y corte. Esto cortarálos picos de una onda senoidal y el

amplificador ya no será lineal con lo que la

señal se distorsiona grandemente.






3. ¿Cuál es la región activa del transistor?

Cuando un transistor no está ni en su región

de saturación ni en la región de corte

entonces está en una región intermedia, la

región activa. En esta región la corriente de

colector (Ic) depende principalmente de la

corriente de base (Ib), de β (ganancia de

corriente) y de las resistencias que se

encuentren conectadas en el colector y

emisor. Esta región es la más importante si lo

que se desea es utilizar el transistor como un

amplificador de señal.

4. ¿Cuál es la finalidad de la recta de carga?

La recta de carga es una herramienta que se

emplea para hallar el valor de la corriente y la

tensión del diodo. Las rectas de carga son

especialmente útiles para los transistores.

Hemos de conocer el comportamiento del

transistor trabajando con una determinada

resistencia de carga y averiguar el punto de

funcionamiento del mismo.

Para ello, trazamos la recta de carga del

transistor en las curvas de colector para

poder determinar los puntos de

funcionamiento.

Para determinar la corriente que circula por el

colector (emisor común), podemos aplicar la

ley de Ohm entre los extremos de la

resistencia de carga RL. La tensión aplicada

a esta resistencia se corresponderá con la

tensión total aplicada por la fuente VCC

menos la caída de tensión que se produce

entre el colector y el emisor VCE. De estaforma obtendremos la siguiente expresión,

que se corresponderá con la ecuación de la

recta de carga:

Para dibujar esta recta sobre la curva

característica, lo primero que hay que hacer

es encontrar sus extremos (IC=0 y VCE=0).

Para VCE=0

Para IC=0

Llevando estos valores a la curva

característica de colector, obtendremos la

recta de carga para una determinada

resistencia de carga RL y una fuente VCC.

A lo largo de esta recta se pueden distinguir

tres partes fundamentales: puntos de corte,

punto de saturación, punto de trabajo.Para calcular la recta de carga debemos usar

la ecuación de la recta:






Si de la ecuación de la malla, despejamos la

intensidad tenemos la ecuación de una recta,

que en forma de gráfica sería:

El punto de corte de la recta de carga con la

exponencial es la solución, el punto Q, es el

punto de trabajo. Este punto Q se controla

variando VS y RS.

Al punto de corte con el eje X se le llama

corte y al punto de corte con el eje Y se le

llama saturación.

5. ¿Qué datos son necesarios para trazar

una recta de carga?

Dado el comportamiento lineal podemos

obtener la curva con solo dos puntos, uno se

halla cuando fijamos un corto entre colector y

emisor de manera que VCE = 0 e IC será

entonces Ic=Vcc /Rc es decir la corriente

máxima o de saturación, el otro punto se

obtiene haciendo Ic=0, lo que significa que

eliminamos el transistor quedando VCC = VCE,

el cual se conoce como tensión de corte.

6. ¿Cómo se determina el punto de trabajo

para un amplificador?

El punto de trabajo es un punto que

demuestra la sensibilidad de VEC a los

cambios en la ganancia, se ubica en la zona

activa y pertenece a la recta de carga, de

manera que se define a partir de valores de

IC y VEC.

7. ¿Es o no, indispensable el condensador

de paso o acople? Explique.

Dada la naturaleza de la impedancia

capacitiva el comportamiento delcondensador depende de la frecuencia; a

frecuencias bajas la impedancia es lo

suficientemente alta o infinita como para

evitar el paso de la corriente de manera que

se comporta como un interruptor abierto; a

frecuencias altas la impedancia es muy baja

de manera que hay libre paso a la corriente

equivalente a un interruptor cerrado, de

manera que el condensador es indispensableen un circuito para el que se quiera un

comportamiento distinto en función de la

frecuencia.






8. ¿Qué es un cuadripolo?

Se llama cuadripolo a un circuito eléctrico

con dos puertos, o dos pares de patas,considerada como una caja negra y

caracterizada por una serie de parámetros,

relacionados con las impedancias que

presenta en cada una de las puertas y con

su función de transferencia.

El cuadripolo es un modelo muy potente para

caracterizar componentes o secciones de

circuitos (amplificadores, filtros, etc.), demodo que no hace falta descender hasta el

nivel de componente a la hora de analizar

una red grande.

La puerta de la izquierda se considera la

entrada y sus magnitudes asociadas (V e I)

llevan el subíndice 1. La salida se representa

a la derecha y sus magnitudes asociadas se

indican por el subíndice 2.

9. ¿Qué son los parámetros híbridos y paraqué sirven?

Los parámetros híbridos son parámetros

de electrónica utilizados para la

caracterización de cuadripolos. Engloban a

los parámetros de impedancia y a los

de admitancia, de ahí su nombre de

"híbridos".

Los parámetros h11, h12, h21 y

h22 representan, respectivamente, la

impedancia de entrada en cortocircuito, la

ganancia inversa de voltaje en circuito

abierto, la ganancia directa de corriente en

cortocircuito y la admitancia de salida en

circuito abierto.

Los parámetros híbridos definen la ganancia

de corriente de un circuito, como la relación

entre la intensidad de salida e intensidad de

entrada.

10.¿Qué es ancho de banda de un sistema?

Hay una frecuencia que es la que aporta

mayor potencia al sistema; esta frecuencia se

suele denominar frecuencia de resonancia

(cuando sintoniza una emisora en su radio, la

frecuencia es la correspondiente a la

emisora) a frecuencias superiores e inferiores

a ésta la potencia disminuye, se suele

denominar frecuencia de corte inferior a la

frecuencia a la que se ha perdido 3 dB de

potencia (la mitad de la potencia) en

frecuencias inferiores a la de resonancia, y

frecuencia de corte superior a la frecuencia a

http://es.wikipedia.org/wiki/Impedancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_de_transferencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_electr%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuadripolo


http://es.wikipedia.org/wiki/Admitancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Cortocircuito

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_abierto




http://es.wikipedia.org/wiki/Cortocircuito

http://es.wikipedia.org/wiki/Admitancia


http://es.wikipedia.org/wiki/Cuadripolo

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_electr%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_de_transferencia







la que se ha perdido 3 dB de potencia en

frecuencias superiores a la máxima.

El rango que va desde la frecuencia de corteinferior a la frecuencia de corte superior se le

llama ancho de banda del sistema. Por

ejemplo si la frecuencia de corte inferior es

de 4 KHz y la frecuencia de corte superior es

de 15 KHz, el ancho de banda del sistema es

de 11 KHz.

11. ¿Para qué sirve la función de ganancia en dBdel generador de señales? ¿Cómo se

implementa?

La función de ganancia representa los

efectos que tiene la frecuencia en la

ganancia de el circuito, generalmente tiene

valores muy grandes tanto que el

comportamiento no es fácilmente notorio en

una grafica a escala, por tal razón se acude ala escala logarítmica definida con 20*log*(F

(f)), en la cual el comportamiento de la

función se hace notorio facilitando su

análisis.

CIRCUITO DE CONTROL PARA UNA

PLATAFORMA ROBÓTICA DIFERENCIAL

Figura 1 Puente H Para Control De Motor

Figura 2 Circuito Puente H Para Control De Motor






Figura 3 Montaje Del Control

Figura 4 Montaje Del Control

Figura 5 Montaje Final Del Control

Figura 6 Montaje De La Tracción

Figura 7 Montaje Del Chasis

Figura 8 Montaje Final Del Chasis






El uso de la tracción delantera se debe

primordialmente a que el peso el peso de los

motores mejora notoriamente la

maniobrabilidad, siendo este nuestro mayorfactor de interés.

Aunque el uso de este sistema de tracción

tiene sus desventajas a altas velocidades, no

es de relevancia en nuestro caso, ya que

nuestro auto no alcanzara dichas

velocidades.

Los valores de resistencia usados en laplataforma no son valores fijos, las únicas

condiciones que deben satisfacer son:

Que limiten la corriente de base para

proteger el transistor, pero que aun así la

corriente sea suficiente para hacer que

VCE=0.

Garantizar que el transistor este en lazona de saturación, es decir se comporte

como un corto circuito.

DISEÑO DE UN AMPLIFICADOR EC

POLARIZADO POR DIVISOR DE TENSIÓN

Para tener en cuenta la influencia de

frecuencia se deben utilizar modelos de

transistor más elaborados. Es muy frecuente

usar el modelo en pi.

CÁLCULO DE LAS RESISTENCIAS

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Reemplazando (5) en (4):

(6)






Reemplazando (1) en (6):

Asignando valores para que satisfagan la

igualdad, tenemos:

Reemplazando valores en (1)

Ahora reemplazamos (2) en (3)

Con la simulación de la red, podemos

corroborar valores de corriente y voltaje

calculados con los simulados en PROTEUS.

El voltaje , y la corrientese comparan con los

simulados, siendo correctos para ambos

casos.






Figura 9 Amplificador EC Polarizado Por Divisor De Tensión

Figura 10 Señal De Entrada Vi=100mV

a)Conecte el circuito con las resistenciasadecuadas según su diseño y Q1 un

transistor 2N2222. Compruebe con el

osciloscopio que la ganancia es la

definida en el numeral anterior, con Vin

obtenida por el generador de señales con

una onda sinusoidal de mínima amplitud y

f=1KHz. Conecte y visualice

simultáneamente las señales V in y Vo

(voltaje sobre RL) por los dos canalessimultáneamente. Analice las formas de

onda: ¿Hay desfase entre ellas?

Figura 11 VO Cuando Vi=1mV, f=1KHz

Cada divisor de tensión formado por una

resistencia y un capacitor, desfasa a cada

una de las frecuencias que la atraviesan, un

ángulo distinto de 0º a 180º. Por tanto, la

onda de salida se atrasa con respecto a la deentrada, un ángulo de casi 180°.

b) Aumente la amplitud de la señal Vin, que

sucede con Vo?








Figura 14 VO Cuando Vi=2V, f=1KHz

Cuando una onda sinusoidal de mínima

amplitud a la base del transistor, en el

colector se tiene la misma señal que en la

base, pero con una amplitud mayor.

c) Disminuya nuevamente la amplitud de Vin,

pero aumente su frecuencia, ¿qué sucede

con Vo?, ¿cuál es el ancho de banda se

su circuito?


Figura 16 VO Cuando Vi=1mV, f=1MHz


Si en la entrada, presentamos ondas de

distintas frecuencias, para cada frecuencia

habrá un desfase diferente.

Figura 18 Ancho De Banda

A medida que aumentamos el valor de lafrecuencia la red pierde su poder de

amplificación. Según lo observado, el ancho

de banda de nuestra red es de 100MHz.

d) Disminuya nuevamente la amplitud de Vin

y defina f=1KHz. Retire del circuito el

condensador de desacoplo de 100μF.

¿Qué sucede con Vo?







Figura 20 VO Cuando Vi=2V, f=1KHz




Entre la salida y la entrada sólo hayatenuación, permaneciendo en fase la ondade salida con respecto a la de entrada.

Condensador de acoplo: Un condensador

de acoplo transmite una señal de alterna de

un nudo a otro del circuito. La figura 24

muestra un condensador de acoplo. El

condensador debe comportarse como un

cortocircuito para alterna, a la frecuencia más

baja que pueda tener el generador, es decir,

si se tiene un generador que varia entre 100

Hz y 10 KHz, el condensador tiene que ser

un cortocircuito para la frecuencia de 100 Hz.

Figura 24 Condensador De Acoplo






Condensador de desacoplo: La figura 25

representa un condensador de desacoplo. Lo

que se consigue con este montaje es que la

corriente alterna no pase por la resistencia.Como el condensador es un cortocircuito

para altas frecuencias la corriente alterna

fluye por él y se deriva a tierra.

Figura 25 Condensador De Desacoplo

e) Disminuya nuevamente la amplitud de Vin,

pero aumente las capacitancias, ¿qué

sucede con Vo?

Figura 26 VO Cuando C1=10 μF, C2=10 μF, C3=9 mF

Figura 27 VO Cuando C1=10 μF, C2=10 μF, C3=1 F

Figura 28 VO Cuando C1=100 μF, C2=100 μF, C3=1 mF

Figura 29 VO Cuando C1=100 μF, C2=100 μF, C3=9mF

Si dejamos fijos las 3 resistencias y variamos

los 3 condensadores a la vez, tendremos por

cada valor de capacitancia una frecuencia

distinta.






CONCLUSIONES

Para la ganancia de voltaje el signo

menos se usa para indicar la inversión defase. En otras palabras, en el semiciclo

positivo del voltaje de entrada aumenta la

corriente de colector, produciendo el

semiciclo negativo del voltaje de salida.

En el circuito equivalente de C.A se

pueden poner en corto todos los

condensadores porque para la corrientealterna actúan como cortocircuitos en un

amplificador bien diseñado.

Si la señal de entrada es demasiado

grande, las fluctuaciones en la línea de

carga excitarán al transistor a saturación y

corte. Este corta los picos de la onda

senoidal.

Si la señal de entrada es una pequeña

señal de C.A en la base, produce

alternancias o fluctuaciones de igual

forma y frecuencia en la corriente de

colector pero amplificada.

Cuanto menos corriente consuma el

amplificador de la fuente, será mejor. Laimpedancia de entrada de un amplificador

determina la cantidad de corriente que

toma el amplificador de la fuente de C.A.

Si alimentamos en la entrada con una

onda senoidal de frecuencia constante y

variamos el valor de las resistencias

controlamos el ángulo de desfase.

Debido a que un transistor real, β varia

con la temperatura de manera que en el

cálculo del divisor de tensión se usa un

valor aproximado según el diseño.

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