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1 1. OBJETIVOS ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ÁREA: INFORMÁTICA INDUSTRIAL ASIGNATURA: LABORATORIO DE ELECTRÓNICA I PRÁCTICA 4 ANÁLISIS DEL TRANSISTOR BJT EN PEQUEÑA SEÑAL **** Lea completamente esta guía antes de realizar la práctica **** Analizar el comportamiento del transistor BJT en circuitos excitados por una señal de corriente alterna a frecuencias medias. Identificar las tres posibles configuraciones del transistor: emisor común, base común y colector común. A partir de las mediciones obtenidas, determinar las impedancias de entrada y de salida, al igual que la amplificación de voltaje y corriente y la máxima excursión de señal. 2. EQUIPOS Y MATERIALES Suministrados por el laboratorio 1 Osciloscopio de dos canales. 1 Fuente de DC. 1 Generador de señales. 1 Multímetro. Suministrados por el estudiante 1 Transistor npn escogido por el estudiante. Resistencias según los diseños. Condensadores de 1uF o valores similares. Puntas de fuente (Caimanes), pinzas, pelacables, protoboard, cables para protoboard. 3. INFORMACIÓN PREVIA El transistor es considerado un componente electrónico activo, pues el nivel de salida de AC es mayor que el de entrada. Esto se debe a la transrencia de energía proporcionada por las fuentes DC aplicadas al circuito, las cuales son responsables del punto operación, tal como se pudo verificar a través de la práctica de laboratorio anterior. Sin embargo, es necesario complementar este análisis con el de AC, que, gracias a la aplicabilidad del teorema de superposición, puede acerse separadamente del análisis DC. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la selección de los parámetros para los niveles de DC requeridos actarán la respuesta de AC y viceversa. El primer paso para el análisis en AC es buscar un modelo del transistor. Este modelo es una combinación de elementos circuitales seleccionados adecuadamente, de tal forma que en conjunto se aproximan al comportamiento real del transistor. Una vez determinado el circuito equivalente en AC, se sustituye en el esquema el símbolo del transistor por el modelo, y, de aí en adelante, se convierte en un análisis de circuitos eléctricos. 3.1 MODELOS DEL TRANSISTOR. Hay dos modelos del transistor muy usados: el modelo íbrido y un modelo derivado directamente de las condiciones de operación del transistor, el modelo re. El modelo íbrido adolece de estar limitado a un conjunto particular de condiciones de operación para que sea preciso, mientras que los parámetros del modelo re pueden determinarse para cualquier región de operación dentro de la región activa, y no están limitados a un solo grupo de parámetros incluidos en las ojas de especificaciones. Sin embargo, el modelo re carece de un parámetro que represente la impedancia de salida ó, el ecto de retroalimentación de la salida a la entrada.

2 3.1.1 MODELO EQUIVALENTE HÍBRIDO Para el modelo íbrido de un transistor cualquiera se definen los parámetros en un punto de operación que puede o no reflejar las condiciones de operación reales del circuito amplificador, esto se debe al eco de que las ojas de especificaciones no pueden proporcionar los parámetros para un circuito equivalente para cualquier punto de operación posible. El modelo íbrido se presenta en la gráfica 1 y, como ejemplo, en la tabla 1 se presentan los parámetros íbridos para el transistor 2N394, que fueron tomados de su oja de especificaciones. Estos valores corresponden a una corriente de colector de DC de 1mA, un voltaje de colector a emisor de 1V y una frecuencia de la señal de entrada de 1kHz. Min Máx Unidades Impedancia de entrada ie 1 1 k Transrencia inversa de voltaje re.5 8 x 1-4 Ganancia de corriente 1 4 Admitancia de salida oe S Tabla 1. Parámetros íbridos para un transistor 2N394 A veces es necesario convertir los parámetros de un transistor de una configuración a otra. Generalmente los fabricantes especifican los cuatro parámetros íbridos en emisor común. En la tabla 2 se presentan las fórmulas de conversión aproximadas entre parámetros íbridos para pasar de una configuración en emisor común (EC), a colector común (CC) en la primera columna, y a base común (BC) en la segunda. Emisor común a colector común fc ic ie ( 1 ) rc 1 oc oe Emisor común a base común ie ib 1 rb rb 1 ie. oe 1 ob oe 1 re Tabla2. Formulas de conversión de para los parámetros íbridos MODELO re El modelo re emplea un diodo y una fuente controlada de corriente para duplicar el comportamiento de un transistor en la región de interés. Se debe tener en cuenta que la resistencia de cada diodo puede determinarse mediante la ecuación

3 re 26 mv / I D, donde I D es la corriente de DC a través del diodo en el punto de operación estático, por tanto, para mv el éste modelo se cumple que re 26. I E Por otra parte, el parámetro se relaciona con la ganancia de corriente mediante la ecuación: 1 Los modelos para las tres configuraciones vienen dados a continuación. En este modelo la fuente de corriente relaciona la corriente del terminal de entrada con el de salida. Para el caso de la Figura 3, que corresponde a una configuración EC en donde el terminal de entrada es la base y el de salida es el colector; la fuente de corriente relaciona las corrientes por éstos terminales. Para la configuración colector común normalmente se aplica el modelo definido para la configuración de emisor común, en lugar de definir un modelo propio así: 3.2 CONFIGURACIONES DEL TRANSISTOR EMISOR COMÚN La configuración emisor común es la más utilizada en etapas transistorizadas. En esta configuración la señal de entrada ingresa por la terminal de base y la salida (carga) está conectada a la terminal de colector. Es importante resaltar que el terminal de colector nunca se usa como entrada, así como el terminal de base, nunca se usa como salida. Las características más relevantes de la configuración emisor común son: - Ganancia de corriente: alta - Ganancia de voltaje: alta - Ganancia de potencia: alta - Impedancia de entrada: media (5 a 5K ) - Impedancia de salida: media (3K a 8K )

4 Estas características sin embargo están relacionadas con los valores elegidos para los componentes del circuito, por lo que deben elegirse de tal manera que la etapa conserve sus características eléctricas. Hay dos tipos de configuración emisor común: sin resistencia de emisor y con resistencia de emisor, tal como se muestra en las figuras 5 y 6, respectivamente. Vcc C1 R1 Rc C2 Vo Vi RL R2 Re C3 Fig 5. Configuración de emisor común sin resistencia de emisor Fig 6. Configuración de emisor común con resistencia de emisor CONFIGURACIÓN EN COLECTOR COMÚN Para este tipo de configuración la entrada de la señal se aplica a la base, la señal de salida se obtiene del emisor y el colector es común a los terminales de entrada y de salida, tal como se muestra en la figura 7. Las características principales de éste tipo de configuración son: - Impedancia de entrada alta. - Impedancia de salida baja. - Ganancia de voltaje un poco menor que la unidad. - Ganancia de corriente alta (aproximadamente ). Vcc Vi C1 Rb Re C2 Vo RL Fig 7. Configuración en colector común

5 3.2.3 CONFIGURACIÓN EN BASE COMÚN En la configuración base común de la figura 8 la señal de entrada se aplica al emisor y la señal de salida se obtiene del colector, siendo la base el terminal común a los circuitos de entrada y de salida. Las características principales de esta configuración son: - Baja impedancia de entrada. - Impedancia de salida alta. - Ganancia de corriente menor que la unidad. - Ganancia de voltaje alta. - Ganancia de potencia alta. Vi Re Rb Rc Vo RL Vcc Fig 8. Configuración en base común 4. CÁLCULOS PREVIOS (Pre Informe) A continuación se indican los puntos que obligatoriamente deben aparecer en el informe junto con el valor de cada uno de ellos Utilizando una fuente de alimentación de 2V y un V ce de 1 V y una RL = 1KΩ realice los siguientes diseños: (1,4) a) Para la figura 5 y 6 encuentre los valores de resistencia para que la corriente de colector sea 1mA. b) Para la figura 7 encuentre los valores de resistencia para que la corriente de colector sea 1mA. c) Para la figura 8 encuentre los valores de resistencia para que la corriente de colector sea 1mA Para cada uno de los circuitos calcule los valores de la impedancia de entrada, la impedancia de salida, la ganancia de corriente, la ganancia de voltaje y la máxima excursión de señal. (1,4) 4.3. Investigue cómo se pueden medir de manera experimental la impedancia de entrada, la impedancia de salida, la ganancia de voltaje y la ganancia de corriente. (,8) 4.4. Simule los anteriores circuitos usando el software de simulación de su prerencia. Indique cual fue el software utilizado. (1,4) 5. PROCEDIMIENTO Para poder acceder a la práctica es necesario presentar los montaje acompañados de los cálculos de los componentes pasivos solicitados (Preinforme) y las tablas que se van a llenar en cada uno de los juntos del procedimiento. Para cada uno de los circuitos de las figuras 5, 6, 7 y 8 realice lo siguiente: - Energice el circuito. - Compruebe el punto de operación del transistor y anote los resultados. - Mida la impedancia de entrada, la impedancia de salida, la ganancia de voltaje y la ganancia de corriente de todas las configuraciones. - Determine la máxima excursión de señal.

6 6. INFORME Nota. Tenga en cuenta que lo más importante en un informe es la construcción de conocimiento que usted realiza al contrastar y analizar el por qué de las similitudes/direncias de los resultados teóricos, simulados y prácticos que deben aparecer después de la presentación de los mismos, en forma resumida, en las conclusiones. Verifique la realización de cada uno de los puntos indicados en esta guía tanto en el pre-informe como en el informe. a. Compare los resultados obtenidos en el punto anterior con los resultados obtenidos mediante simulación y los obtenidos en la práctica. (Analice, compare y explique el porqué de las direncias). (2.) b. Desarrolle los siguientes puntos: (2.) b.1 Investigue acerca del amplificador direncial, como esta formado, posibles formas de polarización, parámetros en modo común, modo simple o modo direncial y aplicaciones. Explique el término razón de recazo en modo común. b.2 De acuerdo con sus características mencionadas y los resultados obtenidos mencione las aplicaciones de cada una de las tres configuraciones estudiadas (EC, CC y BC). b.3 Explique la utilidad, ventajas y/o desventajas de los direntes amplificadores en cascada formados por la combinación de las tres direntes configuraciones, EC, BC y CC (Es decir, amplificadores formados por etapas EC y CC, o dos en EC, o BC y CC, etc.). b.4 Si se reemplaza el transistor por uno de tipo pnp que cambios, si es que los ay, abría que acerle al circuito en emisor común para que la respuesta sea forma similar a la obtenida por el transistor npn? c. Conclusiones (y sugerencias si usted lo desea). (1.) 7. METODOLOGÍA Los montajes y el pre-informe debe presentarse el día de la sesión. En el pre-informe deben estar consignadas las tablas necesarias para realizar las tomas de datos durante la práctica y debe ser entregado al final de la misma. El pre-informe y el informe debe tener muy buena presentación (de prerencia en computador) y si necesitan incluir cálculos realizados a mano, éstos deben ir consignados como anexos en ojas iguales a las del resto del preinforme. Lo anterior buscando fomentar una cultura de buena presentación de los trabajos realizados así como el orden en los mismos. El informe debe ser entregado el día en que está programada la siguiente práctica, y es indispensable para su calificación que se allan sustentado los resultados en clase del procedimiento. En caso que no alcance a realizar en clase todos los puntos, debe buscar un espacio extra-clase para terminar el procedimiento y para sustentarlos ante la prosora. La asistencia a las sesiones de laboratorio son obligatorias, y por tanto, sólo los estudiantes que ayan asistido a la sesión práctica tienen dereco a obtener una nota por la misma. La evaluación de la práctica se basará en los siguientes ítems: o Calidad del pre-informe (presentación y contenido) y Montajes. (3%) o Calidad del informe (presentación y contenido). (7%) 8. BIBLIOGRAFÍA. 1. Electrónica. Teoría de circuitos. BOYLESTAD Naselsky. Quinta edición. Prentice Hall. México Electrónica integrada. Circuitos y Sistemas Analógicos y Digitales. J.MILLMAN. C.HALKIAS. De. Hispano -Europea. Barcelona 1986.