Sensor de voltaje Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Semiconductores P57 Common Emitter.DS (Vea al final de la (Vea al final de la experiencia) experiencia) Equipo necesario Cant. Del AC/DC Electronics Lab (EM8656) Cant. Sensor Voltaje (CI-6503) 1 Condensador, 1 microfaradio (µf) 1 Adaptadores pinza cocodrilo (SE-9756) 1 Condensador, 10 microfaradios (µf) 1 Cables de conexión (SE-9750) 4 Resistencia, 1 k (marrón, negro, 4 marrón) Fuente de alimentación, 5 V DC (SE-9720) 1 Resistencia, 10 k10 (marrón, negro, 1 naranja) Resistencia, 22 k (rojo, rojo, naranja) 2 Transistor, 2N3904 1 Cable, 25 cm 1 Cable 13 cm 4 IDEAS PREVIAS Es posible que un pequeño dispositivo semiconductor produzca una señal de salida mayor que la señal de entrada que se le aplica?. Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio. El objetivo de esta experiencia es investigar las características de amplificación de tensión e intensidad de un transistor npn en un circuito amplificador de emisor común. FUNDAMENTO TEÓRICO En el transistor npn, la intensidad que circula a la base es mucho menor que la intensidad que circula a colector. Esto permite que el transistor sea utilizado como amplificador. El transistor puede amplificar intensidad y tensión. Si la tensión de entrada es lo suficiente baja de forma que sea mucho mas baja que la tensión de polarización en la conexión del emisor, la intensidad de entrada encontrará una impedancia baja. La tensión de entrada Colector Base RL Emisor + + Amplificador npn en emisor-común P57 1999 PASCO scientific p. 231
no necesitará ser muy grande para producir intensidades importantes.. Adicionalmente, dado que la tensión de salida a través de la resistencia de carga R L es el producto de la intensidad de salida (intensidad de colector) y el valor de R L, la tensión de salida puede ser también mayor. Como resultado, la tensión de salida puede ser mucho mayor que la tensión de entrada. El amplificador en emisor-común se llama así por el hecho de que la conexión de base del transistor y la conexión del colector del transistor se unen con la conexión del emisor, tienen el terminal de emisor en común. Cada sección del circuito amplificador en emisor común desarrolla una función específica. En la Sección I, el circuito de acoplamiento de entrada mantiene un tensión CC que cambia el circuito de polarización. La función de la sección 2, circuito de polarización, es proporcionar una tensión que mantenga al transistor en su zona activa. La Sección 3 es el circuito de amplificación. La Sección 4, circuito de acoplamiento de salida, permite que solo la señal de salida de CA del transistor alcance la resistencia de carga de manera que el valor de la resistencia no afecte a la tensión de funcionamiento.. Sección 1 Sección 2 Sección 3 Sección 4 1 k +5 V +5 V 22 k 2 k rojo Salida potencia 10 k 1 k 22 k Al canal A Negro Circuito acoplamiento entrada Circuito poalrización Circuito amplificación Circuito acoplamiento RECUERDE Siga todas las instrucciones de seguridad. P57 1999 PASCO scientific p. 232 DISTESA 2000
PROCEDIMIENTO Utilice la característica " Salida" del interfaz ScienceWorkshop para suministrar una tensión alterna a la base de transistor npn. Utilice una fuente de alimentación de CC para aplicar una tensión al colector del transistor. Utilice el sensor de voltaje para medir la caída de tensión (diferencia de potencial) a través de la resistencia de 22 k en el circuito de acoplamiento de salida, la cual está conectada al colector del transistor Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para registrar y mostrar la tensiones a través de la resistencia en el circuito de acoplamiento de salida así como la "Salida" del interfaz. Mida la tensión en la base del transistor y la tensión del colector para calcular la tensión de salida. Compare la tensión de salida real con la tensión de salida teórica PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR 1. Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador. 2. Conecte un sensor de voltaje al Canal analógico A 3. Conecte los cables a los terminales de SALIDA del interfaz. 4. Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P57 Common Emitter.DS (Vea al final de la (Vea al final de la experiencia) experiencia) El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El osciloscopio muestra la " tensión de salida " del interfaz y la " la tensión canal A2 del sensor de voltaje. Mire las páginas del final de esta experiencia para obtener información de cómo modificar el archivo de ScienceWorkshop. El generador de señales está configurado para dar una salida senoidal de 0.2 voltios a 300 Hz La salida está configurada para arrancar y parar automáticamente cuando se inicia y para la recogida de datos. P57 1999 PASCO scientific p. 233
PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar los Sensores de voltaje Necesitará los siguientes componentes: Item Cantidad Item cantidad Resistencia, 1 k (marrón, negro, marrón) 4 Condensador 10 µf 1 Resistencia, 10 k10 (marrón, negro, naranja) 1 Cable, 25 cm 4 Resistencia, 22 k (rojo, rojo, naranja) 2 Cable 13 cm 1 Condensador 1 µf 1 transistor 2N3904 1 1. Inserte el transistor 2N3904 en el zócalo del tablero AC/DC Electronics Lab. El transistor tiene la forma de medio cilindro con una cara plana. Transistor 2N3904 El zócalo tiene tres agujeros etiquetados como E Zócalo (emisor), B (base) y C (colector). Cuando lo E = Emisor C = Colector sujete de manera el transistor le mire y los B = Base terminales estén hacia abajo, el terminal izquierdo es el emisor. El del medio es la base y el de la derecha el colector.. 2. Conecte un cable de 13 cm desde el muelle porta-componentes del terminal base del transistor al muelle porta-componentes debajo del terminal base. 3. Conecte una resistencia de 1 k desde el muelle porta-componentes del extremo inferior del cable que viene del terminal base de del transistor, al muelle porta-componentes directamente debajo (en el extremo inferior del tablero AC/DC lab ). 4. Conecte el terminal negativo del condensador de 1µF al mismo muelle porta-componentes del extremo inferior del tablero AC/DC lab. No conecte el otro cable del condensador.. NOTA: El terminal negativo del condensador de 1µFtiene un pequeño resalte. 5. Conecte un cable de 13 cm desde el muelle porta-componentes próximo al terminal emisor del transistor al muelle porta-componentes en la equina izquierda superior. Del área de componentes de tablero AC/DC Electronics Lab 6. Conecte una resistencia de 1 k desde el muelle porta-componentes de la esquina izquierda superior del área de componentes y el muelle porta-componentes justo debajo. 7. Conecte un cable de 13 cm desde el muelle porta-componentes próximo al terminal colector del transistor al muelle porta-componentes a la derecha y ligeramente debajo. 1 µf P57 1999 PASCO scientific p. 234 DISTESA 2000
8. Conecte una resistencia de 1k desde el muelle porta-componentes del terminal colector, al muelle porta-componentes debajo y ligeramente a la derecha del muelle porta-componentes del extremo del cable desde el terminal colector. 9. Conecte una resistencia de 1 k desde el muelle porta-componentes a la derecha del terminal de conexión superior, al muelle porta-componentes directamente a la izquierda del primer muelle porta-componentes. 10. Conecte un cable desde el terminal positivo (+) de la fuente de alimentación al terminal de conexión superior del tablero AC/DC lab. 11. Conecte un cable desde el terminal negativo (-) de la fuente de alimentación al terminal de conexión inferior del tablero AC/DC lab. 12. Conecte el cable de 25 cm desde el muelle porta-componentes próximo al terminal de conexión inferior al muelle porta-componentes del extremo inferior de la resistencia de 1 k que está conectada al terminal emisor del transistor. 13. Encuentre el muelle porta-componentes del final del cable que está conectado al muelle porta-componentes de la base del transistor. Conecte la resistencia de 10-k desde el muelle porta-componentes al extremo del cable del muelle porta-componentes en la esquina inferior izquierda del tablero. NOTA: Puede conectar un extremo de la resistencia 10 k al mismo muelle porta-componentes que sujeta un extremo del cable de 25 cm. 14. Vuelva al muelle porta-componentes que está en el extremo del cable conectado a la base del transistor. Conecte una resistencia de 22 k desde el muelle porta-componentes del extremo del cable al muelle porta-componentes que está a la derecha y debajo. ( en el borde del tablero) 15. Conecte un cable de 13 cm desde muelle porta-componentes al extremo de la resistencia de 22-k al muelle porta-componentes próximo al terminal de conexión superior. 16. Ponga las pinzas cocodrilo en un extremo del cable de conexión. Conecte la pinza cocodrilo a la pata del condensador de µf Conecte el otro extremo del cable a la " salida" del interfaz ( ). 17. Conecte cable de conexión con banana negra desde la salida de masa ( ) del interfaz al terminal negativo de la fuente de alimentación de CC.. 18. Ponga las pinzas cocodrilo a los terminales del sensor de voltaje. Conecte la pinza cocodrilo del cable negro del sensor de voltaje al muelle porta-componentes próximo al terminal de conexión inferior en la esquina derecha inferior del tablero. 19. Enrolle el terminal negativo del condensador de 10-µF junto con un terminal de una resistencia 22-k. P57 1999 PASCO scientific p. 235
NOTA: El terminal negativo del condensador 10-µF de tiene un saliente El terminal positivo tiene una muesca a su alrededor. Hay una banda en un lado del condensador con flechas que apuntan al terminal negativo. Condensador 10 µf > > Terminal negativo Resistencia 22 k Enrolle las alambres juntas 20. Conecte el terminal positivo del condensador de 10-µF al muelle porta-componentes con un cable conectado al terminal colector del transistor. Conecte la resistencia de 22-k al muelle porta-componentes próximo al terminal de conexión de la esquina inferior derecha del tablero. 21. Con cuidado conecte la pinza cocodrilo del cable rojo del sensor de voltaje a los terminales enrollados del condensador de 10-µF y de la resistencia 22 k. PARTE III: RECOGIDA DE DATOS 1. Inicie la medida de datos (Pulse Start en DataStudio o MON en ScienceWorkshop.) 2. Encienda la fuente de alimentación de CC y ajuste la salida exactamente +5 Voltios. Observe la traza del tensión circulando a la base del transistor desde la "SALIDA" del interfaz (la traza para Tensión de salida ). Compare esta traza con la tensión medida por el sensor de voltaje conectado al canal A (Tensión, canal A). 3. Mida las tensiones. Utilice la s herramientas de análisis del osciloscopio (Sugerencia: En DataStudio, pulse el botón Smart Tool En ScienceWorkshop, pulse el botón de Cursor inteligente Esto parará temporalmente la medida de datos. Mueva la herramienta de análisis ( Smart Tool o Cursor inteligente ) al primer pico de la traza de la tensión de SALIDA del interfaz ( tensión de salida ).Anote el valor de la tensión del pico. (Sugerencia En DataStudio, la tensión es el segundo número del par de números ordenados. En ScienceWorkshop, la tensión de salida se muestra próxima a los controles de sensibilidad (v/div)). P57 1999 PASCO scientific p. 236 DISTESA 2000
Mueva el cursor/retícula al primer punto de la traza de la tensión del canal A (directamente debajo del pico de la traza Tensión de salida. Anote el valor del pico de tensión. 4. Pare la medida de datos. 5. Apague la fuente de alimentación de CC. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio P57 1999 PASCO scientific p. 237
Informe de Laboratorio IDEAS PREVIAS Es posible que un pequeño dispositivo semiconductor produzca una señal de salida mayor que la señal de entrada que se le aplica? Datos Tensión (pico) de B = V Tensión (pico) de A = V ANÁLISIS DE DATOS 1. Utilice los valores anotados para calcular la proporción entre la tensión de entrada (tensión en B) y la tensión de salida8 tensión en A). V V out Tensión" B" Tensión" A" 2. Calcule la tensión de salida teórica como sigue in V out V in R C R E = donde RC es el valor de la resistencia en serie con el terminal colector (2 k), y RE es el valor de la resistencia en serie con el terminal emisor (1 k). Calcule tensión de salida teórica para el amplificador en emisor común. CONCLUSIONES Y APLICACIONES 1. Cuál es la relación de fase entre la señal de entrada y la señal de salida'? 2. Cómo compara la tensión de salida real con el valor teórico? P57 1999 PASCO scientific p. 238 DISTESA 2000
APENDICE. MODIFICACIÓN DEL ARCHIVO ScienceWorkshop Modificación del archivo existente de ScienceWorkshop. Abra el archivo ScienceWorkshop : : ScienceWorkshop (Mac) P50 Transistor Lab 3 ScienceWorkshop (Win) P50_TRN3.SWS Esta experiencia utiliza la característica " salida" (Output) del interfaz ScienceWorkshop 750 para proporcionar un voltaje de salida Elimine el amplificador de potencia en la ventana de preparación de experiencia. Elimine el icono del amplificador de potencia Em la ventana de preparación, pulse en el icono amplificador de potencia y pulse <supr> (delete) en el teclado. Resultado: Una ventana de " peligro" (warning) se abre. Pulse " Aceptar" para volver a la ventana de preparación. Modifique el generador de señales Ajuste la salida del generador de señales a una " onda seno" de 0.2 voltios a 300 Hz.. P57 1999 PASCO scientific p. 239