Practicas De Electronic A I

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GUÍA DE PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA I

Elaboró: M. en I. Eduardo Cabal Yépez

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PRÁCTICA No. 1.

“UBICACIÓN Y VARIACIÓN DEL PUNTO DE OPERACIÓN EN LA REGIÓN ACTIVA”

Elaboro: M. en I. Eduardo Cabal Yépez.

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UBICACIÓN Y VARIACIÓN DEL PUNTO DE OPERACIÓN EN LA REGIÓN ACTIVA Objetivos: • •

Conocer las condiciones necesarias para llevar a corte y saturación al transistor. Identificar los efectos de no obtener una máxima oscilación simétrica alrededor del punto de operación.

Material y Equipo Utilizado: 1 1 1 1 1 1 2 2 1 2 1 1 1 2

Transistor TIP 31 o TIP 41. Resistencia de 10 KΩ ½ W. Resistencia de 100 KΩ ½ W. Resistencia de 68 KΩ ½ W. Resistencia de 150 KΩ ½ W. Resistencia de 100 Ω ½ W. Resistencias RE y RB (dependientes de los cálculos). Capacitores de 100 µF a 63 V. Osciloscopio con puntas. Fuentes de voltaje variable con puntas. Plantilla de experimentos. Generador de funciones con puntas. Trazador de curvas. Multímetros.

Desarrollo: 1.

Para el circuito de la Figura 1.1, calcule RE y reporte los puntos en los cuales la recta de carga corta a los ejes IC y VCE. (El voltaje VCC se elegirá de 12 V). Complete la tabla con los valores obtenidos. ICQ

2.

VCEQ

ICMAX

VCEMAX

Construya el circuito de la Figura 1.1 y prevenga que VBB esté al mínimo. Encienda la fuente y aumente VBB hasta obtener la IBQ del paso anterior. Compare los valores de ICQ y VCEQ con los obtenidos en el paso anterior. Reporte también IEQ, VCBQ y VBEQ en la tabla que está incluida en este apartado.

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ICQ

IBQ

VCEQ

VBEQ

IEQ

VCBQ

Figura 1.1. 3.

Calcule α y β a partir de los datos obtenidos en el paso 2. α=

4.

β=

Aumente y disminuya VBB hasta llevar al transistor a saturación (ICMAX = VCC/RC) y corte (VCEMAX = VCC) respectivamente. Reportando en ambos casos los siguientes parámetros: Saturación. IB = IC = IE = VCE = VBE = VCB = α= β=

Corte. IB = IC = IE = VCE = VBE = VCB = α= β=

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5.

Con base en los resultados que se obtuvieron en el punto número 1. Calcule: VCC − V BEQ RB = = ___________. I BQ Con el dato obtenido construya el circuito de la Figura 1.2. Nota: Vi debe de estar al mínimo de su amplitud y sin nivel de D.C.

Figura 1.2. 6.

Aumente la amplitud de Vi (señal senoidal de 1 KH) hasta que la señal de salida recorte a un extremo. Reporte las formas de onda y si el transistor llega primero a corte o saturación. Cambie el valor de RL de 100 KΩ por otra resistencia de 150 KΩ y posteriormente por uno de 68 KΩ, cada vez realizando el mismo procedimiento. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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7.

Tomando como base la figura 2.2. (Vi como señal senoidal de 1 KH) encienda la fuente de voltaje de VCC y Vi (con RL =100 KΩ) y aumente la amplitud de Vi hasta que el voltaje de salida en RL sea de 5 VPP. Manteniendo la misma amplitud, varié la frecuencia (en décadas) en todo el rango del generador de funciones y lea con el osciloscopio tanto la señal de entrada como la de salida. Haciendo una tabulación con los datos anteriores, calcule la relación Vo/Vi para todo el rango de frecuencia y grafique esta relación utilizando una escala semi-logarítmica.

Cuestionario: 1. 2.

Tomando en cuenta el paso numero 6, de una explicación del comportamiento observado y por qué la señal observada no se recorta en ambos extremos al mismo tiempo. Tomando en cuenta el mismo paso, reporte si observo alguna diferencia en la señal al cambiar la resistencia de 100 KΩ por la de 150 KΩ y la de 68 KΩ, y si es así de una explicación.

3.

¿Qué función desempeñan los capacitores en el circuito?

4.

¿Qué sucedería si la resistencia de 100 KΩ fuese omitida?

5.

Dibuje sobre las curvas características de salida, las hipérbolas de disipación de potencia de 1, 5 y 10 mW. Investigue en los manuales de semiconductores ¿Cuál es la máxima disipación de potencia del transistor que se utilizo en el desarrollo de esta práctica?

6.

¿Cuál es la función de la resistencia de 100 Ω que se coloca en serie con Vi?

7.

De una explicación de las variaciones de α y β en los pasos 3 y 4.

Elaboró: M. en I. Eduardo Cabal Yépez

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PRÁCTICA No. 2.

“EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DEL TRANSISTOR”

Elaboro: M. en I. Eduardo Cabal Yépez.

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EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LAS CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DEL TRANSISTOR. Objetivo: •

Observar y medir el efecto que ocasiona la temperatura en la operación de un transistor bipolar aplicado en los circuitos de Polarización Fija y de polarización Colector-Base estableciendo la diferencia de estabilidad térmica en ambos circuitos.

Material y Equipo Utilizado: 1 1 1 1 5 1 1 1 1 2 1 1

Transistor TIP-31 ó TIP-41. Capacitor de 10 µF a 25 V. Capacitor de 47 µF a 25 V. Resistencia de 5.6 KΩ ½ W. Resistencias (dependientes de los cálculos). Disipador de calor para TO220. Trazador de Curvas con dos Puntas de Fuente. Osciloscopio con dos puntas. Generador de funciones. Multímetros. Cautín. Fuentes de voltaje variable.

Desarrollo: 1. Observe las curvas características del transistor TIP 31 (ó 41) con el trazador de curvas (sin disipador de calor) y el osciloscopio. Reporte las curvas observadas en el osciloscopio y utilice estas curvas como referencia para las mediciones que realice. Nota: A continuación tenga mucho cuidado de no sobrecalentar el transistor. Ponga a calentar el cautín de lápiz a una temperatura considerable y haga contacto firme sobre el encapsulado metálico del transistor por períodos no mayores de 7 segundos. Observe en el osciloscopio el efecto que tiene la temperatura sobre las curvas del transistor y reporte las variaciones de éstas durante los 7 segundos en los cuales se calienta el encapsulado del transistor.

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Después de haber calentado el encapsulado del transistor, permita a éste enfriarse y observe el comportamiento de las curvas del transistor. Reporte las variaciones en las curvas del transistor. 2. Coloque el disipador de calor en el transistor y repita la operación anterior. Realice un reporte del comportamiento del transistor con disipador de calor y explique el comportamiento del transistor al colocarle un disipador de calor y variar su temperatura. 3. Para el circuito de la Figura 2.1 y tomando como base las curvas del transistor cuando éste se encuentra en condiciones normales de operación, encuentre VCC y RC. Recuerde que la recta de carga de D.C. está dada por la ecuación: VCC = RCIC + VCE. La intersección de la recta con el eje IC es VCC/RC y con el eje VCE es VCC. Estos valores pueden ser obtenidos de las gráficas al dibujar la recta de carga sobre las curvas de operación del transistor. IC (VCE =0) =

VCE (Ic =0) =

Con los valores obtenidos es posible calcular RC y VCC respectivamente. RC =

VCC =

4. Encuentre el punto de operación Q bisecando la recta de carga. Indique las coordenadas del punto. IBQ =

ICQ =

VCEQ =

5. Encuentre el valor de RB necesario para construir el circuito de la Figura 2.1. VS debe permanecer apagada. RB = (VCC – VBE )/ IBQ = 6. Encienda la fuente de voltaje VCC, encuentre y reporte el punto de operación. IBQ = VCEQ =

ICQ = VBEQ = DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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Figura 2.1 7. Caliente el cautín de lápiz y haga contacto firme con el encapsulado metálico del transistor (por no más de 7 segundos) y mida los valores de IC, IB y VCE. Haga una comparación entre los valores de cada uno de ellos antes y después de haber calentado el encapsulado del transistor y reporte las variaciones de éstos. Antes. IB = IC = VCE = VBE =

Después. IB = IC = VCE = VBE =

Variación. ∆IB = ∆IC = ∆VCE = ∆VBE =

8. Coloque el voltaje VS a una señal sinusoidal de 1 KHz y con la amplitud mínima. Verifique que el voltaje VS no tenga nivel de D.C. 9. Aumente poco a poco la amplitud de VS y observe el voltaje de salida VO hasta que se recorte en alguno de sus picos. Disminuya la amplitud del voltaje VS hasta que la señal VO se observe sin ninguna distorsión. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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10. Caliente nuevamente el cautín de lápiz y vuelva a hacer contacto firme sobre el encapsulado del transistor (por no más de 7 segundos). Reporte sus observaciones. 11. Observe las curvas del transistor TIP 31 o TIP 41 con la ayuda del trazador de curvas y el osciloscopio. 12. Para el circuito de la Figura 2.2 y tomando como base las curvas obtenidas en el punto anterior, encuentre VCC y RC (de igual manera que en los pasos 3 y 5). Tome en cuenta las siguientes ecuaciones. VCC = (I B + I C )RC + VCE ≈ I C RC + VCE La aproximación en la ecuación anterior es considerada la recta de carga de DC y sus puntos de intersección son: Para IC =0; VCE = VCC = VCEmax Para VCE =0; IC =VCC/RC = ICmax Los valores de ICmax y VCEmax se deben obtener de la intersección de la recta de carga con los ejes de las curvas que fueron obtenidas en el punto numero 11. VCC =

RC =

13. Localice el punto de operación Q bisecando la recta de carga. Reporte sus coordenadas. IBQ =

ICQ =

VCEQ =

14. Encuentre el valor de RB tomando como base la siguiente ecuación. Construya el circuito de la figura 3.2. RB =

(VCEQ − V BE ) I BQ

=______________

15. Obtenga y verifique el punto de operación indicando las desviaciones con respecto al punto de operación que se obtuvo en el paso 6. ∆IB =

∆IC =

∆VCE =

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Figura 2.2. 16. Caliente de nuevo el cautín de lápiz y haga contacto firme sobre el encapsulado metálico del transistor (por no más de 7 segundos) y mida las variaciones de IC, IB, VCE y VBE. También reporte los valores de éstos antes y después de calentar el transistor. Antes. IB = IC = VCE = VBE =

Después. IB = IC = VCE = VBE =

Variación. ∆IB = ∆IC = ∆VCE = ∆VBE =

17. Coloque VS a una señal sinusoidal de 1 KHz con la amplitud mínima. Asegúrese de no tener componente de D.C. 18. Conecte VS al circuito y enciéndalo. Aumente poco a poco la amplitud de VS e indique si el punto de operación coincide para tener la máxima oscilación simétrica. Para esto es necesario tener en cuenta la definición de máxima oscilación simétrica. Nota: Si al encender VS, la señal de salida está recortada en sus extremos, coloque un divisor de voltaje en serie con VS para disminuir aun más la amplitud de VS.

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Reporte el valor de Vm en la señal de salida y en la señal de entrada para la máxima oscilación simétrica y explique su relación con VCC. VOm =

Vim =

19. Construya el circuito de la Figura 2.3 haciendo las siguientes consideraciones. VCC, RC y RB son del mismo valor que los obtenidos en los pasos 12 y 14. NO conecte CE y calcule el valor de RE tomando en cuenta lo siguiente: RE = RC/10.

Figura 2.3. 20. Encienda VCC y obtenga el punto de operación. Compárelo con el circuito sin RE. Punto de operación. IBQ = ICQ = VCEQ = VBEQ =

Variación sin RE. ∆IBQ = ∆ICQ = ∆VCEQ = ∆VBEQ =

Variación con RE. ∆IBQ = ∆ICQ = ∆VCEQ = ∆VBEQ =

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Repita el paso 16. Antes. IB = IC = VCE = VBE =

Después. IB = IC = VCE = VBE =

Variación. ∆IB = ∆IC = ∆VCE = ∆VBE =

21. Coloque VS a una señal sinusoidal de 1 KHz con mínima amplitud, máxima atenuación y sin componente de D.C. Encienda VS. Aumente la amplitud de VS hasta que en VO se observe una señal de 2 VPP y mida el voltaje en VS. Conecte CE y mida VO. VS PP =

VO PP =

2 VPP

VO PP (con CE)=

22. Calcule el factor de estabilidad de los circuitos de las figuras 3.1 (S1), 3.2 (S2) y 3.3 (S3). Expresión. S1 = S2 = S3 =

Valor numérico. S1 = S2 = S3 =

Cuestionario: 1 En el paso número 2, ¿el disipador de calor vuelve más estable al transistor? 2 En el mismo punto, explique que efecto tiene el disipador sobre el punto de operación del circuito. 3 En el punto número 21, ¿Hubo alguna variación del voltaje de salida al conectar y desconectar el capacitor CE? 4 De una explicación de lo anterior.

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PRÁCTICA No. 3.

“ESTABILIDAD EN EL CIRCUITO DE AUTOPOLARIZACIÓN”

Elaboró: M. en I. Eduardo Cabal Yépez.

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ESTABILIDAD EN EL CIRCUITO DE AUTOPOLARIZACIÓN. Objetivos: • •

Comprobar la estabilidad de corriente de colector cuando existen variaciones en la temperatura ambiente que presenta el circuito de auto-polarización. Comparar la estabilidad de este circuito con los circuitos utilizados en la práctica anterior.

Material y Equipo Utilizado: 1 1 1 4 1 1 1 1 2 3

Transistor TIP 31 ó TIP 41. Transistor TIP 32 ó TIP 42. Capacitor de 47 µF a 25 V. Resistencias dependientes de los cálculos. Trazador de curvas con dos puntas para fuente. Osciloscopio con dos puntas. Generador de funciones con puntas. Fuente de voltaje variable. Multímetros. Cautín.

Desarrollo: 1.

Obtenga las curvas del transistor con ayuda del trazador de curvas y el osciloscopio.

Figura 3.1.

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2.

Tomando en cuenta el circuito de la Figura 3.2 y las curvas obtenidas en el paso anterior, encuentre VCC y RC, considerando las siguientes aproximaciones: RC ≈ 10 R E

VCC = R E I E + RC I C + VCE VCC ≈ ( RC + R E ) I CQ + VCEQ

 11  VCC ≈   RC I CQ + VCEQ  10 

RE =

1 RC 10

Figura 3.2. 3.

Bisecte la recta de carga para máxima oscilación simétrica y obtenga las coordenadas del punto de operación Q, la intersección con los ejes y calcule β. IBQ

4.

ICQ

ICmax

VCEQ

VCC

RC

β

RE β y obtenga 10 IC. También determine los valores de VBB a partir de la siguiente ecuación.

Para mantener estable IC contra variaciones de β, Suponga que R B =

V BB ≈ R B I BQ + V EB + R E I CQ

Demuestre que sí: DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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V BB =

R 2VCC R V RR R1V BB y R B = 1 2 entonces R1 = B CC y R 2 = R1 + R2 R1 + R 2 V BB VCC − V BB

Con los valores obtenidos para VCC, RB, y VBB. Calcule los valores de R1 y R2. RB 5.

R1

R2

Encuentre la expresión para S en este circuito y calcúlela. =

S= 6.

Construya el circuito de la Figura 3.3. Sin conectar Vi, verifique el punto de operación indicando las desviaciones observadas con respecto al punto de operación que se elige de las curvas características. También obtenga el valor de VBEQ. IBQ

ICQ

VCEQ

VBEQ

∆IBQ

∆ICQ

∆VCEQ

Figura 3.3. 7.

Encienda el cautín y espere un momento a que este caliente, posteriormente, haga contacto firmemente con el encapsulado del transistor (no por más de 7 segundos), obtenga: DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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Después de aumentar Variación. la temperatura. IBQ= ∆IBQ= ICQ= ∆ICQ= VCEQ= ∆VCEQ= VBEQ= ∆VBEQ= 8.

Coloca la señal Vi a una señal sinusoidal de 1 KHz con amplitud mínima y sin componente de DC.

9.

Encienda Vi y aumente su amplitud hasta que la señal VO tenga una amplitud de 4 VPP. Obtenga el punto de operación y reporte la ganancia de voltaje (VO/Vi). IBQ

ICQ

VCEQ

VBEQ

AV=VO/Vi

Apague las fuentes VCC y Vi. Cambie la polaridad de la fuente de alimentación (VCC) del circuito de la figura 4.2. Utilizando un Multímetro, mida la β de los transistores TIP 31 y TIP 32. βTIP 31 = 10.

βTIP 32 =

Cambie el transistor TIP 31 de la figura 4.3 por el TIP 32. No olvide cambiar la polaridad de la fuente VCC. Encienda VCC y obtenga el punto de operación, encienda Vi y mida AV. IBQ

ICQ

VCEQ

VBEQ

AV=VO/Vi

Cuestionario: 1.

¿Noto alguna diferencia entre el punto de operación Q del paso 10 y el paso 6? (No tomando en cuenta la polaridad de la fuente).

2.

Si la β del transistor que se sustituye, fuera muy diferente, ¿qué podría suceder con el punto de operación?

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3.

Suponga que al iniciar la práctica se conoce VCC, RC, S y el punto donde la recta de carga corta al eje IC. ¿Qué pasos se seguirían para encontrar RE, RB, VBB, R1 y R2?

Elaboró: M. en I. Eduardo Cabal Yépez.

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PRÁCTICA No. 4.

“OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS HÍBRIDOS DE UN TRANSISTOR BIPOLAR EN CONFIGURACIÓN DE EMISOR COMÚN”

Elaboró: M en .I. Eduardo Cabal Yépez.

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OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS HÍBRIDOS DE UN TRANSISTOR BIPOLAR EN CONFIGURACIÓN EMISOR COMÚN. Objetivo: • Obtener hie, hre, hfe y hoe a partir de las curvas características de entrada de un Transistor Bipolar en configuración Emisor Común. Material y Equipo Utilizado:

4 1 1 1 1 1 1 2 2 1

Diodos 1N4001. Transformador de 127 VAC / 24 VAC / 1 A. Transistor TIP 31 ó TIP 41. Resistencia de 100 Ω, ½ W. Resistencia de 1 KΩ, ½ W. Resistencia de 100 KΩ, ½ W. Osciloscopio con dos puntas. Fuentes de voltaje variable con puntas. Multímetros. Plantilla de experimentos.

Desarrollo:

1. Construya el circuito de la Figura 4.1. Este circuito es utilizado como base para la obtención de las curvas características de salida del transistor en configuración Emisor Común.

Figura 4.1.

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2 Para poder observar las curvas características, debe variar el valor de VBB de tal forma que IB se incremente desde 5µA a 150 µA. i. ii.

Reporte las curvas obtenidas al variar la corriente de 0 a 50 µA en incrementos de 5 µA. Reporte las curvas obtenidas al variar la corriente de 0 a 100 µA en incrementos de 10 µA.

Las curvas observadas serán reportadas en un sistema de ejes coordenados de IC contra VCE para los distintos valores de IB. La lectura del canal “Y” es el valor de IC en mA multiplicado por 10. La escala de VCE en las curvas de reportadas debe ser de 2 Volts / división. 3 Construya el circuito de la Figura 4.2 para obtener las curvas características de entrada del transistor en configuración emisor común.

Figura 4.2.

4 Varíe el voltaje de la fuente VCC, a fin de obtener los valores de VCE correspondientes para la Tabla 4.1. Obtenga los valores de VBE para los diferentes valores de IB y VCE indicados en la misma tabla.

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Tabla 4.1.

VCE IB= 5 µA IB= 50µA IB= 100µA

1

2

3

4

5

6

VBE 7

8

9

10

11

12

13

5 Grafique los puntos obtenidos en la tabla 5.1 en un sistema de ejes coordenados VBE contra IB para los diferentes valores de VCE. 6 Tomando en cuenta la Práctica 1, encuentre RC, VCC, ICQ, VCEQ e IBQ. Con las curvas características que fueron obtenidas en el paso 1 de la Practica 3, construya el circuito de la Figura 3.3, obtenga los valores de IEQ, VCBQ y VBEQ. Para construir el circuito tome en cuenta los siguientes puntos. i. ii. iii. 3.

VCC ≤ 12 VDC y la recta de carga con una inclinación de 135º CCW (sentido contrario a las manecillas del reloj). Sólo se calcula RC. IB se fija variando VBB.

En base a la definición teórica y con ayuda de las curvas de entrada y salida, determine:

hfe =

∆I C ∆I B

hoe =

∆I C ∆VCE

I BQ

hre =

∆V BE ∆VCE

I BQ

∆V BE hie = ∆I B

= VCEQ

= = = VCEQ

Nota: Realice incrementos pequeños, indicando el valor de éstos.

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4.

Seleccione dos puntos de operación más, los cuales se deben encontrar dos volts arriba y dos volts abajo del VCEQ que fue elegido en el paso 6. Reporte las variaciones de β del Transistor y las variaciones de hfe, hoe, hre y hie.

Punto Superior. Q2 IBQ2 = ICQ2 = VCEQ2 = β2 = hie2 = hre2 = hfe2 = hoe2 =

Punto Inferior. Q1 IBQ1 = ICQ1 = VCEQ1 = β1 = hie1 = hre1 = hfe1 = hoe1 =

Variaciones con respecto al punto: Q1 Q2 ∆IBQ1 = ∆IBQ2 = ∆ICQ1 = ∆ICQ2 = ∆VCEQ1 = ∆VCEQ2 = ∆β1 = ∆β2 = ∆hie1 = ∆hie2 = ∆hre1 = ∆hre2 = ∆hfe1 = ∆hfe2 = ∆hoe1 = ∆hoe2 =

Cuestionario: 1.

¿Se podrían obtener los mismos resultados mediante el trazador de curvas?. ¿Por qué?

2.

¿Los valores de los parámetros que fueron calculados de las curvas características leídas, coinciden con los valores típicos de los parámetros h?.

3.

Al variar el punto de operación, ¿varían los parámetros h del transistor?

Elaboró: M. en I. Eduardo Cabal Yépez.

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PRÁCTICA No. 5.

“AMPLIFICADORES DE UNA Y DOS ETAPAS UTILIZANDO TRANSISTORES BIPOLARES”

Elaboró: M. en I. Eduardo Cabal Yépez.

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AMPLIFICADORES DE UNA Y DOS ETAPAS UTILIZANDO TRANSISTORES BIPOLARES. Objetivo:

• • •

Obtener Ai, Ri, AV, y AVS en amplificadores de una y dos etapas. Comparar los valores obtenidos, mediante la medición, con los valores obtenidos mediante el análisis teórico de ambos amplificadores. Observar el comportamiento de la señal de salida al variar la frecuencia de la señal de entrada.

Material y Equipo Utilizado:

2 1 1 2 2 2 1 2 2 1 1 1 2

Transistores TIP 31 ó TIP 41. Resistencia de 100 Ω, ½ W. Resistencia de 390 Ω, ½ W. Resistencias de 3.9 KΩ, ½ W. Resistencias 12 KΩ, ½ W. Resistencias 56 KΩ, ½ W. Potenciómetro de 1 KΩ. Potenciómetros de 100 KΩ. Capacitores de 100 µF a ≥ 25 V. Fuente de Voltaje de DC con puntas. Osciloscopio con dos puntas. Generador de Funciones con puntas. Amperímetros (µA y mA).

Desarrollo:

1 Construya el circuito de la Figura 5.1. Tenga cuidado al conectar VCC =16 V. Al conectar C1 tome en cuenta la polarización del capacitor. 2 Encienda VCC y ajuste P1 para que VCE se aproxime a 8 V DC. Aun NO encienda VS. Calcule IC midiendo el voltaje VRc con un voltímetro y dividiendo este voltaje entre 3.9 KΩ. También mida el valor de IB con un micro amperímetro. VRc

ICQ

IBQ

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De aquí en adelante, solo importa la componente AC de la señal medida en el osciloscopio.

Figura 5.1.

3 Apague la fuente VCC y desconecte los amperímetros. Conecte el canal 2 (CH2) del osciloscopio entre el colector (+) y tierra (-) y conecte el canal 1 (CH1) del osciloscopio entre la base (+) y tierra (-). El voltaje entre el colector y tierra, registrado por el osciloscopio, es considerado como el voltaje de salida VO. 4 Coloque VS a una señal sinusoidal de 1 KHz y amplitud mínima. Si el generador de funciones tiene atenuación, aplique la máxima atenuación a la señal. 5 Encienda VS y VCC. Aumente gradualmente la amplitud de VS hasta que el canal 2 del osciloscopio, registre una señal de 5 VPP, ó se aproxime a este valor, y con una frecuencia de 1 KH. 6 Observe la señal VB con el canal 1 del osciloscopio y reporte este valor, posteriormente cambie el canal 1 entre el punto A y tierra y también reporte el valor observado.

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7 Conecte el canal 2 del osciloscopio entre del punto B y tierra. Invierta la señal del canal dos (utilizando la perilla adecuada del osciloscopio). Realice la operación ADD en el osciloscopio y observe que las perillas de ganancia vertical de ambos canales se encuentren en la misma escala y la magnitud adecuada para que la señal puede ser vista totalmente dentro de la pantalla del osciloscopio. (si no se cumple con esto las mediciones serán erróneas). El resultado obtenido es el voltaje a través de la resistencia RS = 1 KΩ y si se divide este voltaje entre 1000, se obtiene la corriente Ii. VAB(PP) =

Ii(PP) =

Si el voltaje VO del punto 3 es dividido entre 3.9 KΩ, se puede obtener el valor de IO. VO(PP) =

5 VPP

IO(PP) =

8 Calcule los valores que fueron medidos anteriormente. I O ( PP ) Ai =

I i ( PP )

=

Vi ( PP ) ______

AVS =

Ri =

I i ( PP )

=

VO ( PP ) ______

AV =

Vi ( PP )

=

_______

VO V O V i Ri = ⋅ = AV ⋅ = _____________. VS Vi V S Ri + R S

9 Calcule Ai, Ri, AV y AVS usando el modelo completo en parámetros “h” del transistor de la Figura 5.1 y con parámetros “h” idénticos a los que obtuvo en la Práctica 4. a. Repita el punto 9 pero utilizando el modelo simplificado de un circuito de auto polarización y tomando en cuenta que: hoe = ( RC + R E ) ≤ 0.1 ; hie =

VT 0.026 0.026 =_____________; = =β⋅ I B I BQ [µA] I CQ [mA]

hfe = valor obtenido en la práctica 5 =_______ ; AI = ffe =_______; Si hfe >>1 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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Ri = hie + (1+hfe) RE = (1+hfe)RE = _____________; Si hie << (1+hfe)RE AV = AI ⋅

− h fe R L − h fe R L − RL RL = = = = ___________ . R I hie + (1 + h fe ) R E (1 + h fe ) R E RE

b. Compare los resultados obtenidos en los pasos 8, 9 y 10. Comente de acuerdo a su criterio, sobre las variaciones observadas y las posibles fuentes de error. Resultados Ai Ri AV AVS

Punto 8

Punto 9

Punto 10.

Observe que la ganancia de voltaje del amplificador, solo depende de RL y RE (y no del punto de operación) y Ri solo depende de IBQ. Lo anterior tiene un error entre el 5 % y el 10 % si se cumple que hfe >> 1 y que hie << (1+hfe)RE. c. Utilizando el circuito de la Figura 5.2, las formulas aproximadas del punto 10, la condición del punto 11 y considerando RC1 = 3.9 KΩ, calcule el valor de RE1 para que la primera etapa tenga una ganancia de 5, conservando la ganancia de la segunda etapa en 10 y por tanto la ganancia total del amplificador sea de 50. Coloque el punto de operación de la primera etapa en VCEQ = 8 VDC (ajustando P1) y después de calcular RE reporte IBQ2

hie2

Ri2

R’i2

RE1

IBQ1

hie1

Ri1

R’i1

d. Para aproximarse más al valor de RE que se calculo en el punto anterior, utilice un potenciómetro de 1 KΩ. Encienda VCC pero NO VS, verifique que los puntos de operación sean correctos.

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e. El canal 1 del osciloscopio colóquelo de tal forma que mida el voltaje de la señal de entrada VS y con el canal 2 el voltaje de salida VO.

Figura 5.2.

Atenúe al máximo la salida del generador de funciones y conéctelo al circuito. Encienda el generador de funciones (señal sinusoidal de 1 KHz), y aumente su amplitud hasta que se observe una señal con amplitud 5 VPP en el canal 2 del osciloscopio. VS(PP) =

Vi1(PP) =

Vi2(PP) =

Calcule: AV2 =

VO ( PP ) Vi2 ( PP )

= _______________

AV1 =

V12 ( PP ) Vi1 ( PP )

= _______________

Mida Ii e Io utilizando la función ADD del osciloscopio para medir el voltaje a través de las resistencias correspondientes y dividiendo este valor entre el valor de las resistencias. I i ( PP ) = _____________

I o ( PP ) = _____________

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Calcule: Ai =

I o ( PP )

= _____________;

I i ( PP )

AVS =

Ri1 Ri1 + R S

AV =

Vo ( PP ) Vi1 ( PP )

= _____________;

⋅ AV = _____________.

f. Apague las fuentes VS y VCC. Conecte el canal 1 del osciloscopio de tal forma que mida el voltaje Vi1 y el canal 2 en Vo. Repita el punto 5. Disminuya la frecuencia a 20 Hz y completa la siguiente tabla. f(Hz) 20 50 100 200 500 1K

Vo(PP)

Calcule la relación AV =

f(Hz) 2K 5K 10 K 20 K 30 K 50 K

Vo(PP)

f(Hz) 100 K 200 K 300 K 400 K 500 K 600 K

Vo(PP)

Vo para cada una de las frecuencias de la tabla anterior y Vi 1

grafique los resultados utilizando una escala semi-logarítmica. Cuestionario: 1.

¿Cuál es la principal desventaja de un amplificador con acoplamiento RC?

2.

¿Cuál es el objeto de usar C1 y C2?

3.

¿Por qué es necesario observar la correcta polarización de los capacitores electrolíticos, y por qué deben ser de valor alto?

4.

¿Qué sucede si C1 y C2 son de un valor más pequeño?

5.

¿La salida está en fase con la entrada? DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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6.

¿Qué pasaría si C2 fuera un corto circuito?

7.

¿Investigue sobre las características de otros tipos de acoplamiento?

Elaboró: M. en I. Eduardo Cabal Yépez.

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PRÁCTICA No. 6.

“AMPLIFICADOR DIFERENCIAL”

Elaboró: M. en I. Eduardo Cabal Yépez.

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AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Objetivos:

• •

Manejar un amplificador diferencial utilizado en la salida de un generador de funciones. Encontrar la respuesta en frecuencia y su máxima oscilación de una señal de salida en el amplificador.

Material y Equipo Utilizado:

2 Transistores 2N2222. 1 Transistor 2N3906. 1 Transistor TIP 31 ó TIP 41. 1 Transistor TIP 32 ó TIP 42. 2 Resistencias de 10 Ω, ½ W. 2 Resistencias de 47 Ω, ½ W. 2 Resistencia de 820 Ω, ½ W. 2 Resistencias de 330 Ω, ½ W. 1 Resistencia de 1 KΩ, 10 W. 3 Resistencias de 1.5 KΩ, ½ W. 1 Resistencia de 2.7 KΩ, ½ W. 1 Resistencia de 10 KΩ, ½ W. 2 Resistencias de 15 KΩ, ½ W. 2 Resistencias de 27 KΩ, ½ W. 1 Potenciómetro o Preset de 10 KΩ (carbón). 2 Diodos 1N4003. 2 Capacitores de 0.1 µF a 25 ó 35 V. 2 Capacitores de 10 µF a 25 ó 35 V. 1 Capacitor de 1µF a 25 ó 35 V. 1 Regulador fijo LM7815. 1 Regulador fijo LM7915. 1 Osciloscopio con dos puntas. 1 Generador de funciones con puntas. 2 Fuentes de alimentación. 1 Plantilla de experimentos.

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Desarrollo:

1 Coloque una de las fuentes de alimentación a 22 VDC y construya el circuito de la Figura 6.1 con el regulador positivo LM7815 a fin de obtener una fuente de +15 VDC.

Figura 6.1.

Coloque ahora otra fuente de alimentación a 22 VDC y construya el circuito con el regulador negativo LM7915 a fin de obtener una fuente de –15 VDC. Tenga cuidado con la polaridad del voltaje de entrada al regulador LM7915 que debe ser negativa con respecto a la terminal GND del regulador. a) En la plantilla de experimentos construya el circuito de la Figura 6.1. b) Coloque VS a una señal sinusoidal de 2VPP, 0 VDC y 1 KHz y apáguelo por el momento. c) Coloque el potenciómetro P1 en el centro, trate de ser lo más exacto posible. d) Conecte un canal del osciloscopio en Vi y el otro en V0. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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2

Encienda las fuentes de ±22 VDC (que alimentan a los reguladores) y también VS. Si el circuito funciona adecuadamente, se observará (utilizando el osciloscopio) una señal de salida sinusoidal. Si la señal de salida posee nivel de DC, utilice el potenciómetro P1 para eliminar la componente de DC. Si no hay señal ó existe alguna distorsión o algún otro comportamiento extraño, apague las fuentes de alimentación y revise el circuito. a) Apague VS y encienda únicamente las fuentes de ±22 VDC y con cuidado mida los puntos de operación de Q1, Q2, Q3, Q4 y Q5. En otras palabras, mida los valores de IB, IE, IC, VCE, VCB y VBE correspondientes a cada uno de ellos. Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

IBQ ICQ IEQ VCEQ VCBQ VBEQ

VD1 =

VD2 =

b) Encienda VS y mida los valores de Vi y V0 y de acuerdo a estos datos obtenga la ganancia del amplificador. Vi =

V0 =

AV =

c) Aumente en forma gradual VS hasta que la salida se recorte. Reporte el voltaje máximo pico a pico que puede proporcionar este amplificador así como la amplitud máxima de entrada. Vi(PP)max =

V0(PP)max =

d) Realice una gráfica de AV contra la frecuencia. Reporte la máxima frecuencia a la cual fue probado el circuito. Mantenga un voltaje Vi = 5 VPP a través de todo el rango de frecuencias.

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Cuestionario: 1.

Explique cual es la función de los diodos en el circuito.

2.

¿Para qué es utilizado el potenciómetro P1?

3.

¿Qué configuración tienen los transistores Q1 y Q2?

4.

¿Existe retroalimentación en el circuito? ¿Por qué? ¿De qué tipo?

5.

De una breve explicación de la clasificación de los amplificadores con transistores bipolares y en base a esto, ¿dentro de cual clasificación caería el circuito de la figura 6.1?

Elaboró: M. en I. Eduardo Cabal Yépez

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