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Laboratorio Análisis en DC y AC de un BJT Hamilton Figueroa López – 42151075 [email protected]

1. OBJETIVOS 1.1.

Objetivos generales 

1.2.

Calcular y simular diferentes circuitos de un transistor BJT, analizar su funcionamiento y entender las distintas formas de polarización. Objetivos específicos

2. MARCO TEORICO 2.1. Funcionamiento del circuito y fundamentos teóricos 2.2. Esquema del circuito se debe presentar en fondo blanco y las líneas y los elementos del esquema en color negro 2.4. Formas de onda de entrada y salida 2.5. Cálculos teóricos 2.6. Leyes o principios 2.7. Gráficos esperados que relacionen las variables a probar en la práctica

3. EQUIPO 3.1. Listado del equipo empleado en la práctica 3.2. Listado de materiales, con referencias y valores

3. PROCEDIMIENTO 1. For the network of Fig. 1: a. Determine Z i and Z o. b. Find Av. c. Repeat parts (a) and (b) with ro = 20 kΩ

Fig. 1 A)

𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐵 ∗ 𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝐼𝐵 = 𝑅𝐵 12𝑉 − 0.7 𝐼𝐵 = = 51.36µ𝐴 220𝑘Ω 𝐼𝐶 = 𝛽 ∗ 𝐼𝐵 𝐼𝐶 = 60 ∗ 51.36µ𝐴 = 3.08𝑚𝐴 𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 𝐼𝐸 = 51.36µ𝐴 + 3.08𝑚𝐴 = 3.13𝑚𝐴 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 ∗ 𝑅𝐶 𝑉𝐵 = 0.7𝑉 𝑉𝐸 = 0𝑉 𝑉𝐶𝐸 = 12 − (3.08𝑚𝐴) ∗ (2.2𝑘Ω) = 5.22𝑉 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 = 5.26𝑉

2. For the network of Fig. 2: a. Determine Z i and Z o. b. Find Av. c. Repeat parts (a) and (b) with ro = 20 kΩ

Fig. 2 𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐶 ∗ 𝑅𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 ∗ 𝑅𝐶 − 𝑉𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 20𝑉 − 4.79𝑚𝐴 ∗ 2.2𝐾Ω − 4.86𝑚𝐴 ∗ 1.2𝐾Ω = 3.688

𝐼𝐵 =

𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 20𝑉 − 0.7𝑉 = = 34.51µ𝐴 𝑅𝐵 + (𝐵 + 1)𝑅𝐸 390𝐾Ω + (141) ∗ 1.2𝑘Ω 𝐼𝐸 = (𝐵 + 1)𝐼𝐵 = (141) ∗ (34.51µ𝐴) = 4.86𝑚𝐴

𝑟𝑒 =

26𝑚𝑉 26𝑚𝑉 = = 5.349Ω 𝐼𝐸 4.86𝑚𝐴

A) Se somete a prueba la siguiente condición 𝑟𝑜 ≥ 10(𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 ) 100𝐾Ω ≥ 10(2.2𝐾Ω + 1.2𝐾Ω) 100𝐾Ω ≥ 10(3.4𝐾Ω) = 34𝐾Ω 𝑍𝑖 = 𝑅𝐵 ||𝑍′𝑖 𝑍𝑖 = 390𝐾Ω||𝑍′𝑖 𝑍′𝑖 = 𝐵(𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 ) = 140 ∗ (5.349Ω + 1.2𝐾Ω) 𝑍′𝑖 = 168.74𝐾Ω 𝑍𝑖 = 390𝐾Ω||168.74𝐾Ω 𝑍𝑖 = 117.78𝐾Ω 𝑍𝑂 ≅ 𝑅𝐶 = 2.2𝐾Ω B) Si se satisface la siguiente condición 𝑟𝑜 ≥ 10𝑅𝐶 100𝐾Ω ≥ 10 ∗ 2.2𝐾Ω = 22𝐾Ω 𝐴𝑣 =

𝑉𝑜 𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 2.2𝐾Ω = = = 1.825 𝑉𝑖 𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 5.349Ω + 1.2𝐾Ω

3. For the network of Fig. 3: a. a. Determine r e. b. b. Find Z i and A v.

Fig. 3

𝑅𝐸 = 1.2𝐾Ω + 0.47𝐾Ω = 1.67𝐾Ω 𝑉𝐸 = 𝐼𝐸 𝑅𝐸 = 3.707𝑚𝐴 ∗ 1.67𝐾Ω = 6.19𝑉 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 ∗ 𝑅𝐶 − 𝑉𝐸 = 22𝑉 − 3.75𝑚𝐴 ∗ 5.6𝐾Ω − 6.19𝑉 = −5.19𝑉

a) 𝐼𝐵 =

𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 22𝑉 − 0.7𝑉 = = 45.77µ𝐴 𝑅𝐵 + (𝐵 + 1)𝑅𝐸 330𝐾Ω + (81) ∗ 1.67𝑘Ω

𝐼𝐸 = (𝐵 + 1)𝐼𝐵 = (81) ∗ (45.77µ𝐴) = 3.707𝑚𝐴 𝑟𝑒 =

26𝑚𝑉 26𝑚𝑉 = = 7.013Ω 𝐼𝐸 3.707𝑚𝐴

b) Se somete a prueba la siguiente condición 𝑟𝑜 ≥ 10(𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 ) 40𝐾Ω ≥ 10(5.6𝐾Ω + 1.67𝐾Ω) 40𝐾Ω ≥ 10(7.27𝐾Ω) = 72.7𝐾Ω 𝑍𝑖 = 𝑅𝐵 ||𝑍′𝑖 𝑍𝑖 = 330𝐾Ω||𝑍′𝑖 𝑍′𝑖 = 𝐵(𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 ) = 81 ∗ (7.013Ω + 1.67𝐾Ω) 𝑍′𝑖 = 135.83𝐾Ω 𝑍𝑖 = 390𝐾Ω||135.83𝐾Ω

𝑍𝑖 = 100.74𝐾Ω c) 𝑍𝑂 ≅ 𝑅𝐶 = 5.6𝐾Ω d) Si se satisface la siguiente condición 𝑟𝑜 ≥ 10𝑅𝐶 40𝐾Ω ≥ 10 ∗ 5.6𝐾Ω = 56𝐾Ω 𝐴𝑣 =

𝑉𝑜 𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 5.6𝐾Ω = = = 798.51 𝑉𝑖 𝑟𝑒 7.013Ω

4. For the network of Fig. 4: a. Determine re. b. Calculate V B, V CE, and VCB. c. Determine Z i and Z o. d. Calculate A v e. Determine A i

Fig. 4 𝐼𝐵 =

𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸

16𝑉 − 0.7𝑉 = 26.85µ𝐴 270𝑘Ω + (110 + 1) ∗ 2.7𝐾Ω 𝐼𝐶 = 𝛽 ∗ 𝐼𝐵 𝐼𝐶 = 110 ∗ 26.85µ𝐴 = 2.95𝑚𝐴 𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 𝐼𝐸 = 26.85µ𝐴 + 2.95𝑚𝐴 = 2.97𝑚𝐴 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 = 16𝑉 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶 − 𝑅𝐸 ∗ 𝐼𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 16𝑉 − 2.7𝐾Ω ∗ 2.97𝑚𝐴 = 7.9𝑉 𝑉𝐸 = (2.7𝐾Ω) ∗ (2.97𝑚𝐴) = 8.01𝑉

𝐼𝐵 =

𝑉𝐵 = 8.01 + 0.7𝑉 = 8.7𝑉 5. For the network of Fig. 5: a. Determine AvNL, Z i, and Z o . b. Determine AvL and Avs. c. Calculate AiL. d. Change RL to 5.6 kΩ and calculate Avs. What is the effect of increasing levels of RL on the gain? e. Change Rs to 0.5 kΩ (with RL at 2.7 kΩ) and comment on the effect of reducing Rs on Avs. f. Change RL to 5.6 kΩ and R s to 0.5 kΩ and determine the new levels of Z i and Z o. How are the impedance parameters affected by changing levels of RL and Rs ?

Fig. 5 6. For the network of Fig. 6: a. Determine AvNL, Z i , and Z o . b. Determine AvL and Avs. c. Change Rs to 1 kΩ and determine AvL and Avs. What is the effect of increasing levels of Rs on the voltage gains? d. Change R s to 1 kΩ and determine AvNL, Z i , and Z o . What is the effect of increasing levels of Rs on the parameters? e. Change R L to 5.6 kΩ and determine AvL and Avs. What is the effect of increasing levels of RL on the voltage gains? Maintain Rs at its original level of 0.6 kΩ. f. Determine Ai = Io/ Ii with RL = 2.7 kΩ and Rs = 0.6 kΩ.

Fig. 6

𝑅𝑇𝐻 =

𝑅1 ∗ 𝑅2 91𝐾Ω ∗ 12𝐾Ω = = 10.6𝐾Ω 𝑅1 + 𝑅2 91𝐾Ω + 12𝐾Ω

𝑉𝑇𝐻 = 20𝑉 ∗ 𝑉𝐶𝐸

12𝐾Ω = 2.33𝑉 91𝐾Ω + 12𝐾Ω

𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑅𝐸 ∗ 𝐼𝐸 − 𝑅𝐶 ∗ 𝐼𝐶 = 20𝑉 − 6.8𝐾Ω ∗ 1.26𝑚𝐴 − 1.2𝐾Ω ∗ 1.27𝑚𝐴 = 9.91𝑉

a) 𝐼𝐵 =

𝑉𝑇𝐻 − 𝑉𝐵𝐸 2.33𝑉 − 0.7𝑉 = = 10.46µ𝐴 𝑅𝑇𝐻 + (𝐵 + 1)𝑅𝐸 10.6𝐾Ω + (121) ∗ 1.2𝐾Ω 𝐼𝐸 = (𝐵 + 1)𝐼𝐵 = (121) ∗ (10.46µ𝐴) = 1.26𝑚𝐴 𝑟𝑒 =

26𝑚𝑉 26𝑚𝑉 = = 20.63Ω 𝐼𝐸 1.26𝑚𝐴

b) 𝑍′𝑖 = 𝐵𝑟𝑒 + (𝐵 + 1)𝑅𝐸 = (121) ∗ (20.63Ω) + (121) ∗ (830.7𝐾Ω) 𝑍′𝑖 = 103.01𝐾Ω 𝑍𝑖 = 𝑅𝐵 ||𝑍 ′ 𝑖 = 10.6𝐾Ω||103.01𝐾Ω = 9.6𝐾Ω c) 𝑅𝐶 ≅ 𝑍𝑂 = 6.8𝐾Ω d)

𝐴𝑣 =

𝑉𝑜 𝑅𝐶 6.8𝐾Ω = = = 7.98 𝑉𝑖 𝑅𝐸 +𝑟𝑒 830.7Ω + 20.63Ω

e) 𝐴𝑖 = 𝛽 ∗

𝑅𝐵 91𝐾Ω = 120 ∗ = 116.822 𝑅𝐵 + 𝛽𝑟𝑒 91𝐾Ω + 120 ∗ 20.63Ω

5. ANALISIS DE RESULTADOS 5.1 Con los resultados consignados en las tablas, los datos experimentales, las mediciones directas indirectas, datos simulados, gráficos se realiza una comparación para determina el porcentaje de error y las posibles causas. Aquí será donde se justifican las conclusiones y la confiabilidad del laboratorio.

6. CONCLUSIONES 6.1. Parte de estas son el resumen de los resultados 6.2. Su fundamento esta en los resultados, en el análisis de resultados, y en los objetivos. 6.3. Describir las enseñanzas y las experiencias que le dejo el desarrollo del laboratorio.

7. BIBLIOGRAFIA En esta sección se incluye únicamente la bibliografía citada o consultada. Para facilitar su consulta, se ordena alfabéticamente por apellidos.

8. ANEXO 1: En esta sección se incluye únicamente los resultados obtenidos de las simulaciones, como son gráficos, formas de onda, magnitudes, esquemas. Se debe organizar una carpeta para los resultados de las etapas de potencia y en otra los resultados de las etapas de control.

9. ANEXO 2: En esta sección se incluye únicamente los resultados obtenidos de las mediciones con el osciloscopio, como son formas de onda, magnitudes.

Estas formas de onda se deben tomar del osciloscopio con una USB y traerlas al informe.

10. ANEXO 3: En esta sección se incluye únicamente los datasheet de los elementos utilizados en la práctica, como por ejemplo, sensores, resistencia especiales, diodos, transistores, SCR, etc.

11. ANEXO 4: En esta sección se incluye únicamente los ejecutables de las simulaciones de las etapas de potencia y de control. Con respecto a los programas en C desarrollados para los controladores cuando se utilizan PIC’s, se deben incluir en un bloc de notas el listado del código debidamente comentado en cada una de sus instrucciones y en otro bloc de notas el código hexadecimal de cada programa.

OBSERVACION: No se debe realizar el informe sobre el formato de la guía, el informe debe ser construido en un documento en formato word, con las partes relacionadas en este documento.