PRÁCTICA 4. Polarización de transistores en emisor/colector común

Transcripción

1 PRÁCTICA 4. Polarización de transistores en emisor/colector común 1. Objetivo El objetivo de la práctica es comprobar experimentalmente la polarización de un transistor y la influencia de distintos parámetros en su polarización, para las configuraciones de emisor y colector común. 2. Material necesario Para el desarrollo de la práctica se usarán las placas de circuito impreso entregadas al efecto, así como un destornillador pequeño para cambiar los valores de los potenciómetros. Aparte, será necesario el material normal de laboratorio (fuentes de alimentación, voltímetro y osciloscopio. 3. Conocimientos previos Para el desarrollo de la práctica, se suponen en el alumno conocimientos básicos del montaje en emisor y colector común, y de los modelos de pequeña señal de los mismos. A modo de recordatorio, las ecuaciones del circuito en emisor común son: Si no existe resistencia conectada entre el emisor y tierra, las siguientes características de pequeña señal son aplicables: R i = r π A v = h fe (R c r o ) / (R s + r π ) R o = R c r o Estando relacionadas las variable de pequeña señal con el nivel de polarización 1 a través de: g m r π = h fe g m = I C Q / V t r π = V AF / I C Q Si existe una resistencia conectada entre el emisor y tierra de valor R E, las características de pequeña señal en este caso son (aproximadamente): R i = r π + h fe R E A v = h fe R C / (R s + r π + h fe R E ) R o = R c (r o h fe ) 1 Con la intensidad de colector en polarización: I C Q en particular 1

2 4. Realización de la práctica La práctica se divide en tres partes bien diferenciadas. La primera de ellas estudia la polarización del transistor en emisor común, para lo que usaremos la placa 1. En la segunda parte haremos lo mismo con la placa 2, estudiando el circuito en colector común. Por último, veremos cómo usar ambas configuraciones para realizar un pequeño amplificador de audio, que sea capaz de reproducir en el altavoz el sonido captado por el pequeño micrófono Circuito en Emisor Común. Se usará la placa 1, cuyo esquema y PCB se muestran a continuación. Conviene notar que los potenciómetros RP2 y RC2 sirven para variar los valores de las resistencias situadas entre la base y tierra y entre el colector y alimentación, respectivamente. El potenciómetro RE, sin embargo, no varía el valor de la resistencia de emisor, que será siempre 2k2, sino el punto en el que se conecta el condensador C3, desde totalmente cortocircuitado hasta en paralelo con RE. +10v Rpdc JP2 RC2 T1 RP1 JP1 T2 RC1 C1 C2 T3 RP2 RE C3 0v Transistor npn 2n2222a Rpdc 100 Ω 5%, 1/4w Rp1 47k Ω 5%, 1/4w Rp2 100k Ω Mono-vuelta, 0.15w Rc1 47 Ω 5%, 1/4w Rc2 10k Ω Mono-vuelta, 0.15w Re 2.2k Ω Mono-vuelta, 0.15w C1, C2 220nF Cerámico C3 10uF Electrolítico Polarización en activa En este apartado se va a situar el transistor en activa usando RP2. Se procederá de la siguiente manera: El puente JP1 debe estar colocado en su sitio, dejando JP2 y JP3 abiertos. 2

3 Ajustar RC2 aproximadamente a 5K Conectar alimentación (10V) y tierra Modificando el valor del potenciómetro RP2, obtener el valor de VT2 que se indica y anotar las mediciones solicitadas, calculando el valor de Ic en función de las tensiones calculadas en cada caso Amplificación en emisor común de una señal En el apartado anterior se han visto diferentes puntos de polarización del circuito. Ahora vamos a quedarnos en uno concreto y a amplificar una señal senoidal proveniente del generador de señal. La entrada del circuito se aplicará entre la base del BJT y tierra, y la salida se medirá entre el colector y tierra. Tanto a la entrada como a la salida se han colocado condensadores de desacoplo (C1 y C2) para evitar que lacomponente de continua de la señal afecte a la polarización. Ajustar RP2=25K, y mover RC2 hasta que VT2=7V. Colocar RE de forma que C3 esté en paralelo con la resistencia. Así se está eliminando la resistencia en pequeña señal, ya que los condensadores en pequeña señal se comportan como cortocircuitos. Generar una onda senoidal de 10kHz con la amplitud pico a pico indicada en la hoja de resultados e introducirla en la entrada del circuito. Medir las amplitudes pico a pico indicadas. Calcular la ganancia de tensión Variar la frecuencia de la entrada hasta que la ganancia experimente una caída de 3dB (el cuadrado de la tensión de salida sea la mitad), calculando de esta forma la frecuencia superior e inferior de corte. Comprobar la forma de onda de salida cuando la entrada es de 100mV. Es senoidal? porqué? Amplificación en emisor común con resistencia de emisor Manteniendo el mismo punto de polarización del apartado anterior, mover el potenciómetro RE hasta que el condensador C3 quede en paralelo sólo con la mitad de la resistencia. Generar de nuevo una señal de 10kHz e introducirla en la entrada del circuito. Medir las amplitudes pico a pico indicadas. Para cada medición, calcular la ganancia experimental 3

4 4.2. Circuito en Colector Común Para la segunda parte de la práctica, se usará la placa 2, que implementa el circuito en colector común. En la figura se muestra el esquema y el fotolito de la misma: +10v R pdc JP2 R P1 T1 JP1 C 2A T2 C 1A R E1 R P2 0v R E2 Transistor npn 2n2222a Rpdc 100 Ω 5%, 1/4w Rp1 47k Ω 5%, 1/4w Rp2 100k Ω Mono-vuelta, 0.15w Re1 470 Ω 5%, 1/4w Re2 2.2k Ω Mono-vuelta, 0.15w C1, C2 1uF cerámico Polarización en activa Veamos la influencia de la resistencia R P2 para una resistencia de emisor fija R E2 Colocar el puente JP1 Regular RE2 al valor indicado Conectar la alimentación y tierra al circuito Modificando el valor del potenciómetro RP2, anotar las mediciones solicitadas Las fórmulas a emplear en este apartado son: I VCC =V alim /100 I P2 =V T1 /R P2 I E =V T2 /(47+R E2 ) 4

5 A continuación veremos la influencia de la resistencia R E2 para una resistencia de R P2 fija Colocar el puente JP1 Regular R P2 al valor indicado Conectar la alimentación y tierra al circuito Modificar el valor del potenciómetro R E2 hasta obtener la tensión solicitada, anotar las mediciones solicitadas Las fórmulas a emplear en este apartado son: I VCC =V alim /100 I P2 =V T1 /R P2 I E = I VCC - I P Amplificación del colector común El colector común presenta ganancia unitaria, por lo que en esta configuración estamos interesados en comprobar el correcto rango dinámico y linealidad de este montaje. Para ello procederemos con los siguientes pasos: Colocar el puente JP1 Posicionar R P2 =50k Conectar la alimentación y tierra al circuito Modificar R E2 hasta obtener una tensión estática en V T2 de valor 2v Generar una senoide de frecuencia 10kHz con la amplitud pico a pico indicada y aplicarla al circuito. Aumentar la frecuencia hasta que la salida caiga 3dB. Anotar la frecuencia superior de corte Montaje Completo En esta tercera parte se probará el montaje de las dos placas como pequeño amplificador de audio. Para ello procederemos de la siguiente forma: Cerrar el jumper JP3 de la placa 1, conectando el micrófono como fuente de entrada. Situar el potenciómetro de Re2 en el punto medio. Alimentar el circuito y comprobar en el osciloscopio que a la salida se tiene una señal al excitar el micrófono. Conectar ambas placas Cerrar el jumper de salida de la placa 2 Comprobar que el altavoz reproduce la entrada de audio. Mover poco a poco el potenciómetro Re2, comprobando que sube o baja el volumen. 5

6 Resultados de la práctica (OJO: las cuestiones previas están al final) 1 EMISOR COMÚN Polarización en activa: Calcular la corriente I C en diversos puntos de polarización: V T2 V T1 V T3 I C 4V 5V 6V 7V Amplificación del emisor común: JP1/JP2 cerrado, C 3 conectada al emisor (R E =0 en pequeña señal) Senoide frecuencia 10kHz V S 20mV 40mV 100mV V T1 V T2 V T3 A V Frecuencias máximas y mínimas: f MAX = f MIN = Amplificación del emisor común con resistencia de emisor: JP1/JP2 cerrado, C 3 conectada en el punto medio de R E V S 250mV 1V 2V V T1 V T2 V T3 A v 6

7 2 COLECTOR COMÚN Polarización en activa: JP1 cerrado R E2 =1.1k R P2 V T1 V T2 V alim V BE V BC I P2 I E I VCC 0 50K 100K R P2 =50k V T2 V T1 V alim V BE V BC I P2 I VCC I E 2V 3V 4V Amplificación del colector común: R P2 =50k, modificar R E2 para obtener V T2 =2v V S 1V V T1 V T2 V T3 3V f MAX = 7

8 Página dejada en blanco intencionadamente 8

9 Cuestiones previas Entregar antes del comienzo de la práctica NOMBRE: 1. Deducir las fórmulas de la intensidad de colector (IC) y de base (IB) del montaje a partir de las tensiones de base (VB), colector (VC) y emisor (VE), y las resistencias RP2 y RC2. 2. Cómo se puede calcular la potencia consumida usando la resistencia Rpdc? Qué valores debe tener para que el cálculo sea válido? Para qué puede servir el puente JP2? 3. Si la intensidad de colector medida en polarización fuese de 2 ma, cuál sería la ganancia esperada del montaje en emisor común sin resistencia de emisor? 4. por qué no se puede conectar directamente el altavoz a la salida del circuito en emisor común?. 9