UNIVERSIDAD DE TARAPACÁ

Escuela Universitaria de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Informe de Laboratorio Electrónica I

EXPERIENCIA

Nº

TÍTULO EXPERIENCIA

2 Amplificación con BJT

Apellidos, Nombre Alumnos OBSERVACIONES

1.- Alejandro, Marcos

2.- Orozco, Patricio

3.- Terrazas, Paul

FECHA REALIZACION

01 / 07 / 2010

FECHA ENTREGA ASIGNATURA

12/ 07 / 2010 Electrónica I

PROFESOR: NOTA:

Ramón Guirriman

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1.- Objetivos.

El presente informe tiene como objetivo principal dar a conocer la experiencia N°2

realizada el día Jueves 01 del presente mes en el laboratorio de electrónica, en donde se analizó

el comportamiento del amplificador BJT frente a señales de corriente continúa y alterna.

2.- Introducción.

El transistor de unión bipolar (BJT) es un dispositivo electrónico semiconductor de estado

sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, lo cual permite controlar el paso de

la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción

tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades, y son de gran utilidad ya

que cumplen funciones como amplificador; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su

impedancia de entrada bastante baja.

Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y generalmente se usan en la

electrónica analógica.

Un transistor de unión bipolar consta de tres regiones, la cuales serian:

Emisor: que se diferencia de las otras dos por estar “dopada”, comportándose como

un metal. Su nombre se debe a que este terminal funciona como emisor de portadores

de carga.

Base: la de posición intermedia y muy estrecha, la cual separa el emisor del colector.

Colector: de extensión mucho mayor.

La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su funcionamiento

normal, la unión base-emisor está polarizada directamente, mientras que la base-colector es

inversa. Los portadores de carga emitidos atraviesan la base, que por ser muy angosta, hay

poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres

estados de operación los cuales son: estado de corte, estado de saturación y por ultimo estado

de actividad.

En ésta ocasión el transistor BJT BC548C fue utilizado como amplificador, y es por esto

que será analizado teóricamente, previo análisis experimental.

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FIGURA 4.1.1 CIRCUITO AMPLIFICADOR BJT

3.- Instrumentos y componentes.

CANTIDAD INSTRUMENTO MODELO SERIE(*)

1 Generador de funciones digital GW Instek GFG-8016G

1 Multimetro GW Instek GDM-8145

1 Osciloscopio digital Tektronix TDS1012B

COMPONENTES

CANTIDAD COMPONENTE SERIE(*)

1 Transistor BC548 (BJT)

1 Condensador Electrolítico 10uF

1 Condensador Electrolítico 100uF

1 Resistencia 150Ω

2 Resistencia 3.3 KΩ

1 Resistencia 5.6 KΩ

1 Resistencia 10 KΩ

1 Resistencia 22 KΩ

1 Resistencia 33KΩ

1 Protoboard

4.- Análisis previo.

4.1.- Circuito a analizar.

Con la ayuda del programa Pspice se pretenderá analizar el comportamiento del circuito en

corriente continua y corriente alterna.

-4-

Figura 4.1.1.1 Circuito en corriente continua.

4.1.1.- Análisis en corriente continua.

En el desarrollo del análisis de corriente continua es necesario hacer un estudio separado

del análisis de corriente alterna. Para ello se anula la fuente de señal sinusoidal y se consideran

los condensadores como capacitores de paso o capacitores de acoplamiento.

4.1.1.1.-Capacitores de paso: Los capacitores de paso se pueden utilizar para poner en

corto circuito el resistor emisor, incrementando así la ganancia del amplificador. Para lograr

esto, se selecciona un capacitor cuya impedancia en frecuencia de operación sea mucho menor

que la resistencia del emisor. Como la impedancia aumenta al disminuir la frecuencia, la

impedancia del capacitor deber ser mucho menor que el valor de la resistencia equivalente a

través de la capacitancia en la frecuencia de operación más baja del amplificador.

4.1.1.2.-Capacitancia de acoplamiento: Los capacitores son circuitos abiertos en cd y

cortocircuito para ca. Sin embargo, los capacitores tienen un papel importante en la

determinación de la porción de frecuencia bajas en la curva de respuesta.

De este modo se obtiene la configuración de la figura 4.1.1.1.

4.1.1.3.-Desarrollo en corriente continua.

Ω Ω

-5-

En la entrada se tiene:

En la salida se tiene:

4.1.1.4.- Determinación del punto de operación, en un transistor que varía entre:

Para β=110

Ω

Para β=800

Ω

De lo anterior se puede apreciar que para distintos valores que toma , la corriente en

colector y el voltaje colector-emisor tienen variaciones poco significativas y es por ello

configuración del circuito es independiente de .

4.1.1.5.-Recta de carga en continua y en alterna.

Recta de carga del circuito DC:

-6-

Figura 4.2.1.1.- Circuito en corriente alterna.

4.2.- Análisis en corriente alterna.

En éste segunda análisis del circuito, los condensadores en frecuencias medias se

comportan como circuito cerrado, por lo cual quedaría de la siguiente forma el circuito:

4.2.1.1.-Recta de carga CA:

Debido a que el circuito está diseñado para ser independiente de , y la corriente de base y

el voltaje colector-base varia muy poco, el punto de operación en ambas betas, deberían tener

mismo un punto Q para recta de carga en alterna y continua.

-7-

Se procede a graficar por medio del esquemático, obteniendo de este modo el punto de

operación obtenida en el marco teórico.

Las rectas de carga en el simulador definidas son:

(12-V_Vce)/6.75K PSPICE* 0.85m-(V_Vce-6.2)/3.150k PSPICE*

4.2.1.2.-Gráfico recta de carga de salida en corriente continua.

Fig.4.2.1.2.-Recta carga de salida en corriente continua y alterna.

Se puede apreciar la recta de carga en DC y AC, graficado en Pspice en la figura 4.2.1.2.

En ésta caso para la recta de carga en continua esta dada considerando:

Cuando Ic=0 => Vce = Vcc = 12V

Cuando Vce = 0 => I= Vcc / (Rc+Re) = 1.77 Ma

4.3.1.1.- Análisis en corriente alterna, pequeña señal:

+ +

Vin vo

- -

Figura 4.3.1.1.- Modelo en pequeña señal.

V_Vc

e

0

V 1

V 2

V 3

V 4

V 5

V 6

V 7

V 8

V 9

V 10

V 11

V 12

V 13

V 14

V Ic(Q2

) (12-

V_Vce)/6.75K 0.85m-(V_Vce-

6.2)/3.150k

0

0.5

m

1.0

m

1.5

m

2.0

m

2.5

m

3.0

m

Recta

DC

Recta

AC

(6.0602,894.216u

)

-8-

4.3.1.2.-La ganancia de voltaje está dada por:

Av = Vo / Vin = - *Rc / hie+( +1)*Re

Av1= -18,4 ; Av2= -18,6

4.3.1.3.-impedancia de entrada sería:

Zin =Rth//hie+( +1)Re

Zin1= 4,88k ; Zin2=6,37k

4.3.1.4.-La impedancia de salida quedaría:

Zo => Rc=3,3k

4.3.1.5.- Ganancia de corriente se tiene:

Ai = Io/Ii = Av*Zin / Rl

Ai1= -2,72 ; Av2= -3,59

5.-Simulación de análisis de frecuencia.

Figura 4.1.2.4 Simulación de análisis de frecuencia.

Por medio del simulador PSPICE, se mide la señal de salida en parámetros de voltaje de

salida v/s frecuencia. Se aprecia que la ganancia de tensión es aproximadamente de 16.5 volts a

1.00KHz.

Frequency

100mHz 1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHz

V(out)

0V

5V

10V

15V

20V

-9-

Time

0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms

V(out)

-6.0V

-4.0V

-2.0V

0V

2.0V

4.0V

5.1.1.1.-Simulación de voltaje de entrada y salida.

Figura 5.1.1.1.- Simulación de voltaje de entrada y salida.

La figura 5.1.1.1 representa la relación de entrada y salida del voltaje del amplificador, es decir,

la función de transferencia. Además cabe mencionar que el color verde representa el voltaje de

entrada y el color rojo el voltaje de salida.

Figura 5.1.1.2.- Simulación de señales de salida.

Se puede apreciar de la figura anterior que la señal de salida sufre distorsiones en la parte

superior e inferior debido a que no puede exceder el Vcemáx límite aproximado a 2,25V.

Además de la simulación se puede apreciar que el límite superior es 2,25V y el inferior -5,1V. Si

se sobrepasa estos límites la señal de salida se entrecorta como se aprecia. Los voltajes utilizados

(6) se fueron variando de 0,1V a 1V.

Time

0s 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms 5.0ms 6.0ms 7.0ms 8.0ms V(in) V(out)

-80mV

-40mV

0V

40mV

80mV

-10-

Ahora, en las señales armónicas de igual manera se puede apreciar la distorsión que sufre

las otras señales con respecto a la fundamental, como se muestra en la siguiente figura:

Figura 5.1.1.3 Simulación de señales de salida armónica.

6.- Desarrollo de Experiencia.

6.1.1.1- Medición en análisis en corriente continúa.

Para obtener el valor de , se tuvo que medir los valores reales que estaban entregando los

componentes, tales como las resistencias y voltajes en punto de colector y emisor, mediante el

multimetro digital.

A continuación se darán a conocer las mediciones y cálculos previos para encontrar :

VC = 3,026V y RC = 3.312kΩ

Entonces por ley de Ohm quedaría:

IC = VC / RC

IC = 3,029V / 3.312kΩ

RESISTENCIA VALOR NOMINAL (kΩ) VALOR REAL (kΩ)

Rg 5,6 5,56

R1 22 19,8

R2 10 9,98

Rc 3,3 3,312

Re 0,150 0,146

Rl 33 3,29

Frequency 0Hz 0.4KHz 0.8KHz 1.2KHz 1.6KHz 2.0KHz 2.4KHz 2.8KHz 3.2KHz 3.6KHz 4.0KHz

V(out) 0V

1.0V

2.0V

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IC = 0.915mA

VE = 3,134V y Req = Rc + Re, donde Rc = 3.312kΩ y Re = 0,149kΩ

Req = 3.268kΩ + 0.146kΩ

Req = 3.414kΩ

Entonces por ley de Ohm se tiene que:

IE = VE / Req

IE = 3.134V / 3,414kΩ

IE = 0,918mA

Teniendo ya los valores de IC e IE, se puede calcular IB mediante la siguiente ecuación:

IB = IE – IC

Al reemplazar los valores se debe tener en cuenta que el resultado de correctamente, es

decir, que la corriente del emisor debe ser mayor a la corriente del colector. Reemplazando en la

ecuación anterior se tiene que:

IB = 0.918mA – 0.915mA

IB = 0.003mA

Pero la corriente en la base debe estar en micro amperes, entonces quedaría:

IB = 3uA

Ahora, con todos los valores calculados anteriormente se puede encontrar el valor de ,

mediante la siguiente ecuación:

β = IC / IB

Reemplazando quedaría:

= 0.915 / 0.003

β = 305

Ahora calculando hie, mediante la ecuación:

hie = VT* ( / IC), siendo ZVT=26mV

Que es el voltaje de temperatura termal.

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hie = 26mV* (305/0.915mA)

hie = 8,667kΩ

Con los valores obtenidos experimentalmente se puede ver una gran similitud con los

valores obtenidos teóricamente, es decir que hay pequeñas variaciones debido a que en el

laboratorio hay componentes que presentan variaciones como las resistencias, entre otros. De

este modo el beta calculado está dentro del rango de aceptación.

6.2.1.1.- Medición en análisis en corriente alterna.

En esta última experiencia de laboratorio tiene por objetivo la obtención de ganancia del

voltaje que presenta el amplificador BJT BC548 a diferentes frecuencias de señal de entrada, lo

cual permite analizar el ancho de banda que presentara. Para esta ocasión se utilizó un generador

de funciones obteniéndose los siguientes valores:

El generador de funciones otorgó 150mV, que es la señal mínima que posee por lo cual se

procedió a calcular las ganancias de voltaje.

Av = Vout / Vin

A una frecuencia de:

1.- 1.001kHz 2.- 10.08kHz

Av = 2.5V / 150mV Av = 2.5V / 150mV

Av = 16V Av = 16V

3.- 99.98kHz 4.- 1001.12kHz

Av = 2.5V / 150mV Av = 500mV / 100mV

Av = 16V Av = 5V

5.- 10Hz

Av = 1.5V / 150mV

Av = 10V

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Previa obtención de las ganancias, se procedió a registrar en la siguiente tabla los valores

obtenidos:

6.3.1.1.-Señal de entrada y señal de salida obtenida con el osciloscopio digital sin distorsión

previa en la señal de salida.

Fig.6.3.1.1.-Gráfico obtenido en instrumento Tektronix.

6.4.1.1.-Señal de entrada y señal de salida.

Fig.6.4.1.1.-Gráfico se señal real de distorsión de señal.

Es este caso la señal de salida se puede observar gracias al osciloscopio digital que sufre

una distorsión superior e inferiormente debido a que la señal de entrada supera los 500mV.que

sería como tope máximo aproximado.

F Av Ai

1.001kHz 16V 21.136

10.08kHz 16V 21.136

99.98kHz 16V 21.136

1001.12kHz 5V 6.605

10Hz 10V 13.21

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6.- Conclusiones.

6.1.- Conclusión Patricio Orozco:

Gracias al desarrollo de esta segunda sesión de laboratorio, la cual consta en el análisis

tanto práctico como teórico del transistor BJT, que esta ocasión trato de su modo de

amplificador, me permitió mejorar y complementar los conocimientos sobre las características y

función que cumple éste tipo de transistor.

Además cabe mencionar que con los valores obtenidos de las mediciones, se obtuvieron los

valores del punto de operación en la funciona u opera el transistor BJT BC548. Posteriormente a

los análisis en corriente continua y alterna del transistor, se procedió a la obtención del valor de

, número que está considerado dentro del rango. Otro punto importante es que la señal de salida

se ve afectada con respecto a la señal de salida cuando ésta superaba su límite máximo, lo cual

producía una distorsión en su parte superior e inferior.

6.2.-Conclusión Marcos Alejandro:

Bueno este laboratorio fue importante ya que pudimos aprender a usar de manera adecuada

en lo práctico los transistores, además de observar y analizar el comportamiento de estos en

distintas situaciones, dentro de estas pudimos ver el comportamiento de los condensadores y el

amplificador para señales en alterna y en continua. Lo aprendido en este laboratorio fue de

mucha importancia, ya que en la práctica fue mucho más fácil comprender como funciona este

dispositivo, y esto nos va a ayudar en la especialidad a tener un uso adecuado de los transistores.

6.3.-Conclusión Paul Terrazas:

Este laboratorio permitió comprender de forma experimental las características de un

circuito amplificador estable. Por medio del análisis de mediciones se comprobó que los

conceptos teóricos se aproximan a los valores reales.

Existen dos diferencias importantes en la obtención de mediciones teóricas y prácticas. La

primera constó de un análisis separado en configuración alterna y continua, mientras que en el

marco real no es posible hacer este procedimiento, limitándonos a efectuar mediciones con el

multímetro para encontrar los datos.

El osciloscopio mostró que la señal de entrada era amplificada y se pudo comprobar que el

diseño cuenta con limitantes, generando características de corriente continua en los máximos de

amplificación.

Se concluye finalmente que esta experiencia ha sido de gran apoyo para obtener una visión

global del desarrollo de los circuitos electrónicos, su función, límites y aplicación.