modelo pi2

7/24/2019 Modelo Pi2

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13PARMETROS DEL

TRANSISTOR

0.- INTRODUCCIN (2)

1.- SONDA DETECTORA (4)

2.- MEDIDA DE LA fT (5)

2.1 Realizacin prctica (7)

3.- PARMETRO DE TRANSFERENCIAINVERSA (10)


4.- CAPACIDAD DE LA UNIN COLECTOR-BASE (11)



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Captulo 13. Medida de parmetros del transistor Pgina 2

0 -INTRODUCCION

Esta prctica es un complemento de la que se realiza en electrnica con el nombre de

medida de los parmetros hbridos.

Su finalidad es determinar los valores de los componentes del circuito equivalente hbrido

en .

El circuito en su versin intrnseca es el siguiente:

Ilustr. 1 Circuito en parmetros hbridos

El circuito equivalente en parmetros "h":

Ilustr. 2 Circuito en parmetros "h"


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Los parmetros de estos circuitos se pueden calcular segn la siguiente tabla:

_

c c

m

fe0 0b e

m

b b b e ie 11

b e re 12

b cre

oe 22o

oe

m Tb e cb

T

cb

FORMULA MEDIDA DE

Q cI I I= =g

K T 26 mV

= h=r

g

= hie- =h hr r

=h hr=

r h

1 =h hr

h

g f= -C C

C

Q = 1,60219 . 10-19 Culombios

K = 1,38062 . 10-23

J.K-

T = 273+25 = 298 C mVQTK

26.=

Ccb= Capacidad entre colector-base.

Cb'e= Capacidad entre base emisor.

NOTA: Entre esta prctica y la hecha en primero se realiza todo el conjunto de medidas

siendo las que se van a realizar en el "laboratorio de Medidas" las que presentan una

mayor dificultad.


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1.- SONDA DETECTORA

Los polmetros digitales suelen tener una limitacin importante en cuanto a las medidas

en alterna, y es que suelen responder correctamente hasta unos 100K. Como en esta

prctica hay algn apartado que tenemos que trabajar a bastantes MHz. y no podemos

utilizar el Osciloscopio por las capacidades, que tambin tienen que ser pequeas y la

sonda detectora tambin cumple este requisito.

Para superar esta limitacin lo ms sencillo es utilizar una sonda detectora tambinllamada demoduladoraque lo que hace es detectar la seal, esto es rectificarla y luegofiltrarla dando un nivel de continua igual al valor eficaz de la alterna presente en la

entrada. Pero la precisin de las sondas suele ser baja (10%) y adems variable con la

tensin.

En nuestro caso veremos que la precisin no tiene importancia pues se trata de hallar elpunto en que la tensin es mxima.

Esta seal de continua se medir con el osciloscopio o con el voltmetro, en continua, que

dan una buena precisin y no tienen problemas.

Ahora bien, las sondas suelen funcionar correctamente a partir de los 100 KHz hastabastantes MHz. Por lo tanto no es correcto utilizar la sonda Detectora para frecuencias

inferiores a los 100 KHz.

La sonda que se utiliza aqu tiene un margen de funcionamiento de 100KHz a 100MHz

con un error de 1dB10%.

Otra limitacin de la sonda es que no es capaz de medir cualquier tensin, slo funciona

correctamente para un margen de tensiones de entrada, que van de 250 mV a 30V.

Una buena medida de precaucin es comprobar que la sonda funcionar bien para las

condiciones en que deseemos medir. Esto se puede hacer utilizando como medidor patrn

un osciloscopio, y comparando la medida realizada directamente con el osciloscopio y la

realizada con la sonda y el voltmetro u osciloscopio.


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2.- MEDIDA DE LA fT

La medida de la fT, consiste en hallar la frecuencia para la cual la ganancia del transistorse hace la unidad. La respuesta en frecuencia de un amplificador transistorizado estdeterminada en primer lugar por el propio transistor y luego por el circuito exterior.

El transistor es un elemento activado bsicamente por corriente. Para cambiar lacorriente a travs del transistor se necesita el movimiento de cargas de una regin a otra

de la base del transistor.

Este movimiento de cargas precisa un tiempo finito. Si tenemos un montaje de un

amplificador normal en emisor comn, como el de la figura 1, cuando la seal senoidaltiende a positiva las corrientes de base y de colector aumentarn.

Ilustr. 3 Amplificador en emisor comn

Esto significa un movimiento de cargas a travs de la regin de base del transistor. Este

movimiento necesita tiempo. Por lo tanto no podemos subir la frecuenciaindefinidamente sin que haya modificaciones importantes en la salida.

A bajas frecuencias, la salida ser una versin amplificada de la entrada y estar

exactamente desfasada 180. Pero si se aumenta la frecuencia de manera continuada,

manteniendo constante la tensin de entrada, la seal de salida no slo disminuir sino

que aumentar el desfase respecto a seal de entrada. Si representamos las grficas dela tensin y de la fase de salida en funcin de la frecuencia nos dar unas curvas comolas de la Ilustr. 4

Analicemos porqu cae la ganancia del transistor cuando se aumenta la frecuencia.

Primero observemos lo que sucede a baja frecuencia. Cuando la onda senoidal tiende a

positiva, las cargas se mueven hacia la regin de la base y en consecuencia aumenta la

corriente de colector.

Debe tenerse en cuenta que las cargas circulan hacia dentro y hacia fuera de la regin de la

base por difusin. Este es un proceso errtico que necesita un tiempo apreciable para

mover las cargas hacia dentro y hacia fuera de la base.


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Ilustr. 4 Grficas de ganancia y fase

Cuando aumenta la frecuencia, el tiempo entre las partes positiva y negativa de la ondase hace ms y ms corta. Si se alcanza una frecuencia en que la parte positiva de la onda

persiste durante un tiempo ms corto que el necesariopara mover la cantidad de cargaapropiada en la regin de la base, sucede que cuando la onda empieza a disminuir, la

carga en la base est an tratando de aumentar.

En este momento el transistor no est respondiendo correctamentea las variacionesde entrada, dando lugar a una disminucin en la ganancia y a una desviacin de fase entre

las seales de entrada y salida, como se indica en la Ilustr 3.

La frecuencia de corte superior de -3 dB, en un montaje en emisor comn, se designa por f.

Por encima de esta frecuencia la ganancia cae 6 dB/octava, es decir, cada vez que se

duplica la frecuencia la tensin de salida cae 6 dB.

Otro parmetro importanteque ahora nos interesa y que se muestra en la Ilustr.3 es lafT.

La fT es la frecuencia a la cual la ganancia de corriente en emisor comn es igual

a 1.

Si se mide la ganancia de corriente a cualquier frecuencia a lo largo de la zona de cada de

6 dB/octava, el producto de la frecuencia por la ganancia a esa frecuencia ser una

constante llamada fT.

O sea, se cumple que:T

= 1f f 2


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Por otra parte si conocemos la ganancia a frecuencias intermedias o y la fT podemosconocer la ganancia a cualquier frecuencia mediante la relacin:

f

f+1

=

T

0

2

0

2.1.- REALIZACIN PRCTICA

NOTA: En estas tres prcticas, principiar por identificar bien los circuitos con losesquemas tericos. Fijarse bien en los puntos donde hay que aplicar la tensin

y los aparatos de medida.

Se trata de hallar la frecuencia para la cual la ganancia del transistor se hace la unidad.basndose en el hecho deque en la zona de cada de 6 dB/octava se cumple que:

T=f f

Mediremos la ganancia de corriente a una frecuencia comprendida en dicha zona. Ymediante el producto, frecuencia por ganancia, hallamos fT.

Para conocer mejor el comportamiento del transistor hallaremos una serie de valores de la

curva y trazaremos la curva, observando entre que valores se cumple la condicin de queal doblar la frecuencia la ganancia de corriente disminuye 6 dB.

Para ello representaremos, en una hoja semilogartmica de unas 6 dcadas, frecuenciasdesde 1K a 1000 MHz y en el eje Y, la ganancia en corrienteexpresada en dB. ndB =20 log Gi.

Haremos unas cuantas medidas desde 125 KHz a 8 MHz procurando tomar valores dobles

unos de otros, por ejemplo 125 KHz, 250 KHz, 500 KHz, 1M, 2M, 4M, 8M.

Nota: No conviene trabajar a frecuencias superiores a los 8MHz, porque los elementos

exteriores al transistor principian a influir en el comportamiento del transistor

De las anteriores medidas podemos deducir fT ya sea por clculo o grficamente,prolongando la grfica hasta cortar el eje de las X. En este punto tendremos:

log 2

1

i0 dB = 20 ( )

i

Despejando:


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1=0deantilog=i

i

20

0=)

i

i(

1

2

1

2log

Proceso:

1.- Comprobar si Vceest comprendido entre 4,5V y 5,5V si no avisar para ajustarla.

2.- Para esta tensin la corriente Ic = (12-5) / 3K6 2mA.3.- Por tratarse de parmetros para pequea sealaplicaremos seales a la entrada

tales que la forma de onda de la salida no se deforme sino que sea senoidal.

4.- De la ecuacin: 2 21 1 22 2 2= + ; si = 0 :i h i h v v

0=v

i

i==h

2

1

2

ac21

Mediremos las corrientes i1e i2sobre las resistencias Rmy Rmrespectivamente (Ilustr.3)

La cada de tensin en Rmse medir por diferencia entre los puntos 1 y 2 respecto masa.

Aunque la salida tendra que estar en cortocircuito para alterna, tenemos que poner una

pequea resistencia (20) para medir la cada y de ella deducir la i2. Al ser despreciablefrente a Rcno introduce modificacin apreciable.

NOTAS: 1 Las medidas se harn con el osciloscopioy no con la sonda, pues los

niveles de tensin son inferiores a los requeridos por la sonda.

2 Por tratarse de seales muy pequeas puede haber problemas de

sincronismos, por lo que se recomienda sincronizar externamente

tomando la seal directamente del punto 1 o del generador y ajustar bien

el nivel de trigger.

3 Para obtener valores ms precisos conviene aprovechar todas las

posibilidades del osciloscopio como el filtroy elpromediado.


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Ilustr. 5 fTen funcin de Ic

3.- MEDIDA DEL PARMETRO DETRANSFERENCIA INVERSA (h12 hre)

De la ecuacin: 1 11 1 12 2 1= + ; si = 0 :v h i h v i

Se trata pues de deducir h12midiendo v1y v2.

0=i

v

v=h=h

1

2

1re12


Ilustr. 6 Esquema de montaje

Las condiciones de medida son:

a) Vce = 5V. para ello se ajustar la resistencia Rb2(est debajo).

b) Ic = 2 mA; teniendo en cuenta los 12 voltios de alimentacin y los 5 Vce

tendremos:

Ic= 7V/3,6K 2mA.


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c) La frecuencia de medida ha de ser de 1 KHz, si queremos comparar el resultado

obtenido con el que nos da el fabricante ( para el SC 108 y el BC 108 est com-

prendida entre 1,5x10-3 y 3x10-4). Para darse cuenta de la influencia de la

frecuencia, se har una grfica de la variacin de hrecon la frecuencia, para lassiguientes frecuencias 1, 5, 10, 20, 40, 80 y 100 KHz.

d) La tensin del generador ha de ser tal que la seal que aparece en la entrada

no se deforme dando unos picos raros. Pero deber ser lo ms grandeposible para poder medirla sin mucho error. Quiz la manera ms prcticasea mediante el osciloscopio, que nos permite ver la forma de onda.

Una de las mayores dificultades es que la seal que aparece en la entrada es

muy pequea. De medirla con el voltmetro de alterna cuidar de hacer la

correccin de la tensin que aparece cortocircuitando las puntas, que no

siempre es cero cuando se trata de tensiones muy pequeas.

4.- CAPACIDAD DE LA UNIN COLECTOR - BASE(Ccb)

En el circuito de la Ilustr. 7 se muestra la capacidad Ccd entre colector y base. Lapresencia de esta capacidad produce una realimentacin negativa entre la salida y la

entrada del transistor.

Puesto que el amplificador en emisor comn presenta un desfase de 180entre la entrada yla salida, el efecto de Ccb es introducir realimentacin negativa, que al sumarse con la

seal de entrada, hace que disminuya la salida. Adems, puesto que la reactanciacapacitiva de Ccb disminuye al aumentar la frecuencia, los efectos de realimentacin seharn ms pronunciados al aumentar la frecuencia.

Ilustr. 7 Amplificador emisor comn

Hay otro factor importante, a tener en cuenta, producido por Ccb. La corriente queabandona el colector al llegar al punto Ase divide, de acuerdo con la impedancia, por losdistintos caminos de corriente.


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El efecto de Ccb es importante porque la corriente de realimentacin est realmentemultiplicada por . respecto a la que tenemos en la entrada

Ejemplo:

Supongamos un transistor con =50 y una seal de salida 1 mA. Si el 1% de esta seal de

salida, es decir, 0,01 mA se realimenta a la base, la cual base tena una corriente de :

0,02mA=50

1mA=

Ic

La corriente neta de base despus de realimentado ser 0,02-0,01=0,01 mA.

La corriente de colector disminuir desde 1 mA a 0,01 * 50 = 0,5mA. O sea que con un

factor de realimentacin del 1 % reduce la salida en un 50 %.Lo que nos da idea de laimportancia de Ccb.


Ilustr 8 Esquema de montaje

Vamos a medir la Ccbque es la capacidad de la unin colector-basems la capacidad delos terminales

Esta medida es la que presenta mayor dificultad por ser muy pequea (entre 2,8 y 4,5 pF).

El montaje tiene que ser compacto. Se medir por resonancia, mediante una bobina

cuya capacidad entre espiras se conozca.

Para no tener que utilizar una bobina muy grande se ha de obtener la resonancia a una

frecuencia elevada. Para poder medir tensiones a estas frecuencias y adems pequeas

capacidades, necesitamos un milivoltmetro de radiofrecuencia o una sonda detectora de


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capacidad conocida.

Se utilizarn dos fuentes de 5 y 12 voltios respectivamente para la polarizacin del

transistor. Cuidado, las polaridades!!.

Cdes para desacoplar ms perfectamente la fuente principal.

El circuito resonante queda formado por la bobinay por las capacidades(Ccb// Cs// CL).Dado que la capacidad que hemos de medir es pequea importa mucho conocer la

capacidad del instrumento que utilizamos , por este motivo usaremos la sonda detectoraque tiene una capacidad pequea y conocida.

Cs= Capacidad de la sonda detectora est comprendida entre 6 a 8 pF.CL= Capacidad distribuida de la bobina est comprendida entre 1 y 1,7 pF.L = Inductancia de la bobina =Entre 0,33 y 0,34 H.

Se hallar entre qu valores est comprendida la capacidad Ccb tomando losvalores de la capacidad de la sonda y de la bobina y la inductancia de la bobina de forma a

obtener los valores mximo y mnimo posibles

Llamando C a la capacidad paralelo de (Ccb+ Cs+ CL) el circuito resonante esta formadopor el paralelo de la bobina con los condensadores. En un circuito resonante paralelo la

tensin es mxima en la resonancia.

Dado que la frecuencia de resonancia es la misma para el circuito paralelo que para

el serie con los mismos elementos, podemos utilizar el circuito equivalente serie el de

la Ilustr. 9

Ilustr. 9 Circuito resonanteequivalente

El condensador de acoplamiento C0 no influyeapenas por estar en serie con otro mucho ms

pequeo y el equivalente sera aproximadamente

el ms pequeo.

En este apartado utilizaremos la sonda.Aqu no importa la precisin de la sonda, porque

lo que nos interesa es sencillamente un valor

mximo. Lo que importa es que tenga unacapacidad pequea y conocida.

Tampoco hay problemas de tensin mnima, pues podemos variar el generador.

Colocaremos la sonda en el punto 1e iremos variando la frecuencia del generadorhasta obtener una tensin mxima, que suceder en el momento de la resonancia,debido a ser un circuito LC paralelo , en la resonancia la impedancia es mxima , la

corriente ser mnima, y por tanto la tensin en el punto 1 es mxima..

De la frmula:r

1=f

2 L C


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Podemos deducir C, y por tanto, Ccb:

)C+C(-C=CC Lscb

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