SEGUNDO DESAFIO
- 1. Desafío 2 1 Circuito Amplificador Resumen: Un amplificador de tensión es un circuito los cuales tienen como labor el cálculo de las electrónico capaz de obtener a partir de una pequeña señal resistencias de polarización y de los de entrada; una tensión de salida cuya amplitud se capacitores de acoplo y desacoplo. El éxito encuentra en los valores deseados para su tratamiento en el diseño se garantiza con una correcta evitando la distorsión. Muchas son las aplicaciones de estos tipos de circuitos y de su buen diseño dependerá un buen elección del transistor, de la configuración de desempeño ante diferentes condiciones. La estabilidad del polarización y dependiendo de sus amplificador se consigue con un circuito de polarización características escoger los valores de los que sea lo más inmune posible a los cambios en la ganancia dispositivos que lo acompañan, en el del amplificador y de la temperatura del medio. presente, se presentará un problema de La polarización con una fuente ofrece una gran eficiencia por lo cual es un estándar para diseños hoy en día. diseño y a partir de él se desarrollara el Debido a las suposiciones para facilitar los cálculos, los cálculo de las resistencias de polarización valores reales pueden diferir de los valores teóricos. En las (colector, emisor y base), luego se hará el siguientes líneas encontrará todas las fases del diseño cálculo de los condensadores de acoplo y necesarias para la construcción de un amplificador de desacoplo, y por último se confrontarán los tensión que responda a determinadas condiciones dadas. datos teórico con las simulaciones y las Palabras claves: Polarización de un transistor con una fuente, medidas reales. Punto Q, Ganancia de un transistor, Amplificador de Tensión. II. MARCO TEORICO I. INTRODUCCIÓN Un transistor BJT es un dispositivo Muchas son las aplicaciones de un amplificador electrónico de tres terminales formado por de tensión, cualquiera que sea la tarea donde se dos uniones de material PN. Existen por desee una señal con una amplitud mayor a partir tanto dos configuraciones básicas para dicho de otra con una amplitud menor requerirá de estos transistor, el NPN y el PNP. Como todo circuitos. El efecto deseado se obtiene haciendo transistor tiene la posibilidad de trabajar en uso de uno de los dispositivos fundamentales en tres regiones de operación, la región de corte la electrónica: el transistor, sin embargo este no y saturación (utilizadas comúnmente para podría ejecutar su labor sin los dispositivos que lo tareas de conmutación) y la región activa acompañan y que ubican sus características (utilizada para las tareas de amplificación). eléctricas de trabajo en la región activa, en la cual La región activa de la cual nos ocuparemos obtenemos el efecto de amplificación. Lograr en este artículo tiene determinadas cualidades determinadas condiciones para una señal de que vamos a utilizar para los demás cálculos. salida se convierte en un desafío para los Primero en región activa Vbe_=0.7V y diseñadores, además se cumple que Vcb_-0.4, además aquí los parámetros de ganancia en DC y AC tienen sentido.
- 2. Desafío 2 2 Y por tanto se cumplen las siguientes relaciones las funciones de cada uno de los integrantes para las corrientes en el transistor: en el proyecto eran los de diseñador del circuito, fabricante del montaje y finalmente, gestión de calidad del producto. A cada uno Corriente de nosotros se nos asigno un rol específico. Colector Corriente Emisor A. DISEÑO DEL CIRUITO Corriente Base Lo primero que hicimos para desarrollar la Tabla1. Corrientes para el transistor npn. experiencia y lograr que el montaje del circuito funcionara de la mejor posible fue Por ser un dispositivo existen tres terminales desarrollar los cálculos teóricos. existen tres configuraciones básicas para su Inicialmente, se escoge el mejor modelo que trabajo como amplificador: Emisor Común, permita cumplir los requisitos exigidos, para Colector común y Base común, todas ellas polarizar el amplificador de una etapa se usa presentan cualidades particulares, sin embargo a la configuración clásica con una fuente de la configuración de emisor común le es inherente suministro ya que esta permite mantener mayor inmunidad a las variaciones en la ganancia estable la corriente de emisor a 1.5mA y por de corriente, razón por la cual se prefiere su uso, ende la corriente del colector. ya que solo es necesaria la compensación por temperatura. Para el análisis de pequeña señal en emisor común, es decir cuando se acopla una señal alterna a la base del transistor, aparece una señal alterna tanto en las terminales de base como de colector. Estos efectos crean un punto Q dinámico, que es necesario tener en cuenta en los cálculos, para analizarlo conviene definir un modelo del transistor como lo es el modelo . III. METODOLOGÍA En este informe explicaremos de manera detallada ya el diseño, montaje y calidad del Figura 1: Polarización clásica con una sola fuete. producto final exigido en la actividad, cuyas especificaciones eran: Como es necesario tener en cuenta ciertos - Polarización con una sola fuente de 15V. requisitos, se desea que el voltaje en Rc sea lo - Corriente de emisor de 1.5mA. más grande posible para la máxima ganancia - RC debe ser el mayor valor posible. de voltaje y oscilación. También se desea que - Oscilación máxima de señal de 2.0V en el VCB sea lo más grande posible para proveer una colector. oscilación a gran señal antes de que llegue a saturación. Teniendo en cuenta esta serie de El montaje se realizo utilizando transistores BJT requisitos, se sigue la norma general, se le basado en la teoría aprendida en clase. Teniendo asigna a un tercio del voltaje de suministro a la en cuenta las distintas restricciones a la hora de caída de voltaje del R2, este corresponde al diseñar un circuito amplificador con transistores. voltaje de la base. Por tanto:
- 3. Desafío 2 3 Con esta configuración el voltaje de la base, está Se calcula el valor para Rc: determinado por el divisor de voltaje, así la corriente en el divisor es mayor a la de la base, así que se requiere obtener valores para R1 y R2 de modo que su corriente este entre la corriente del emisor y el 10% de esta. Para este diseño se toma una corriente igual a la del emisor 1.5mA, Se toma como referencia estos valores para se encuentra que: analizar la salida en el colector. Con estos valores hallados, se calcula el valor real de la corriente de emisor, esto es: Figura 2: Diseño de amplificador. Se utiliza un transistor npn el 2N3904, con Teniendo en cuenta la condición dada para que el un β=100, además se coloca un capacitor de transistor este en Activa, Vcb≥-0.4V 1μF, el cual acopla la señal de entrada, bloqueando el nivel de dc, para evitar que afecte la polarización ya establecida del Tomando como caso critico que la ganancia sea amplificador. muy cercana a uno, la oscilación del voltaje de la base será aproximadamente 2.0V, así: Luego: Analizamos la oscilación negativa
- 4. Desafío 2 4 Figura 4: Fotos del montaje. C. CALIDAD DEL PRODUCTO Para poder verificar el correcto Figura 3: Amplificador con entrada ac. funcionamiento de nuestro amplificador, se verifica la corriente de emisor, y los B. FABRICACION DEL MONTJE voltajes en el colector, base y emisor, que fueran congruentes con los trabajados Para el proceso de fabricación y producción del teóricamente. montaje fue de vital importancia, el uso de Con estos valores se procede a verificar el herramientas como la protoboard y correcto funcionamiento del circuito, se coloca potenciómetros para una mayor precisión del en la base la señal de entrada vi, y se observa diseño, pues los valores calculados de nuestras tanto la señal de salida como la de la base con resistencias no son comerciales. la ayuda del osciloscopio. Las formas de ondas La razón de utilizar la protoboard en vez de la obtenidas se muestran a continuación: baquelita para montar nuestro circuito, fue por la facilidad que se tiene con esta a lo hora de realizar mediciones como la corriente que pasa por una sección de nuestro circuito o la tensión en un determinado elemento. El transistor utilizado para nuestra práctica fue el 2n3904, de unión npn. Se utilizo un capacitor de 1 μF para el acoplamiento de la señal de entrada para permitir el paso de corriente alterna (señal de entrada) sin afectar nuestro nivel de corriente DC. Ya dados los materiales y los respectivos valores de los elementos, nos dispusimos a realizar el montaje del circuito y evaluar la calidad del Figura 5: Señal de entrada. producto final.
- 5. Desafío 2 5 Logramos obtener gráficos y datos significativos que nos ayudaron a ver el comportamiento del transistor como amplificador, ya que verificamos en el osciloscopio la forma de la onda de salida, para distintos valores de entrada. V. REFERENCIAS DATASHEET Catalog. Buscador de hojas de datos de dispositivos electrónicos, Figura 6: Señal de salida. www.datasheetcatalog.net. Manual de guías de Laboratorio. Electrónica I. La Figura 5, muestra la señal de entrada Julio A. Maldonado, Nadime I. Rodríguez. Colaboración de Ing. Mauricio Pardo. Universidad tomada en la base, seguida de la señal del Norte. amplificada (figura 6), cuando la señal en la SEDRA, Adel; SMITH, Kenneth. Circuitos base tiene una oscilación de 2V Microelectrónicos. 5ª Ed. McGraw HIll. Mexico aproximadamente, la salida tiene una 2006. oscilación de 2.1V. IV. CONCLUSIONES Con la teoría vista en clase y con el desarrollo de esta práctica logramos apreciar la aplicación de los transistores como amplificadores. El objetivo de esta práctica, denominada como desafío, la cual consiste en diseñar un amplificador de una sola etapa. Las exigencias para tal diseño fueron: 1.5mA corriente de emisor, 2.0V como oscilación máxima de la señal en el colector y fuente de suministro de 15V. Primero se debe polarizar el circuito de tal forma que el transistor este en activa, luego se debe tener en cuenta los niveles dc tanto de la señal de entrada como el de la salida, para que el dispositivo no entre en saturación o en corte. Para la realización de la experimentación, además de tener presente las exigencias pedidas, era de importancia la elección del tipo de configuración que se debía utilizar para que los resultados fueran los esperados. En la práctica la configuración seleccionada es muy común a la hora de realizar circuitos amplificadores, ya que se logra mantener una corriente de emisor insensible a la temperatura y β. Además, este tipo de configuración provee una gran ganancia.