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• marco antonio zevallos panduro

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Experiencia N° 6 POLARIZACION Y ESTABILIZACION DEL TRANSISTOR BIPOLAR Universidad Nacional Mayor de San Marcos - Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica. Laboratorio de Circuitos Electrónicos

Abstract In the circuits developed with bipolar transistors, we have a current gain that can be manipulated under certain conditions of resistance or voltage Vcc, however, the problem of wanting that a circuit with bipolar transistor generates the same current gain independent of the transistors that it is used, since in the real experience, the value of beta and alpha of the transistors varies, without us being able to control it directly, and for this purpose the stabilization of the circuit with the emitting resistance was fulfilled fulfilling a certain condition.

RESUMEN: Para esta ocasión, los circuitos a realizar tienen como propósito la polarización y estabilización del transistor bipolar, propósito que logramos gracias a la inclusión de una resistencia con un valor condicionado. Índice de Términos – Estabilización, polarización, corriente y voltaje alterna, colector, emisor y base. 1. OBJETIVOS Corroborar el fundamento teórico sobre este experimento, que nos propone que con una baja resistencia Re con respecto a la resistencia Rb, nos permite estabilizar y polarizar el circuito.

2. MARCO TEÓRICO 1.El transistor Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña.Existe una gran variedad de transistores. En principio, se explicarán los bipolares. Los símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes: Veremos mas adelante como un circuito con un transistor NPN se puede adaptar a PNP. El nombre de estos hace referencia a su construcción como semiconductor.

2.Funcionamiento basico Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad por la Base del transistor por lo que la lámpara no se encenderá, ya que, toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor. (Figura 1).

Generalmente podemos decir que la unión base emisor se polariza directamente y la unión base colector inversamente. 3.Polarizacion de un transistor CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula.La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto. IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat SATURACION.- Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector. ACTIVA.- Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente. Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. En definitiva, como si fuera un interruptor. La ganancia de corriente es un parámetro también importante para los transistores ya que relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus hojas de características, también aparece con la denominación hFE. Se expresa de la siguiente manera: ß = IC / IB En resumen:

Los encapsulados en los transistores dependen de la función que realicen y la potencia que disipen, así nos encontramos con que los transistores de pequeña señal tienen un encapsulado de plástico, normalmente son los más pequeños ( TO- 18, TO39, TO-92, TO-226 ... ); los de mediana potencia, son algo mayores y tienen en la parte trasera una chapa metálica que sirve para evacuar el calor disipado convenientemente refrigerado mediante radiador (TO-220, TO-218, TO-247...) ; los de gran potencia, son los que poseen una mayor dimensión siendo el encapsulado enteramente metálico . Esto, favorece, en gran medida, la evacuación del calor a través del mismo y un radiador (TO-3, TO-66, TO123, TO-213...). 4.Esquemas de polarizacion La polarización con una fuente (con resistencia de emisor)

La polarización con dos fuentes (con resistencia de emisor) La polarización con divisor de tensión (con resistencia de emisor)

Auto polarización (con resistencia de emisor)

5.Punto de trabajo El transistor bipolar que opera en la región lineal tiene unas características eléctricas lineales que son utilizadas para amplificación. En estos circuitos, las señales de entrada son amplificadas a la salida y, por consiguiente, hay un aporte de energía realizado a través de fuentes de tensión externas denominadas fuentes de alimentación o fuentes de polarización. Las fuentes de alimentación cubren dos objetivos: proporcionar las corrientes y tensiones en continua necesarias para que el transistor opere en la región lineal y suministrar energía al transistor de la que parte de ella va a ser convertida en potencia

(amplificación). Los valores de corrientes y tensiones en continua en los terminales de un transistor se denomina punto de trabajo y se suele expresar por la letra Q (Quiescent operating point). En transistor del circuito de la figura 1.8.a está polarizado con dos resistencias y una fuente de tensión en continua VCC. En este circuito se verifica que: Si suponemos que el transistor se encuentra en la región directa lineal, entonces se puede relacionar las intensidades de base y colector a través de la hFE y asignar una tensión base-emisor típica de 0.7 V. El cálculo de las tensiones e intensidades del transistor proporciona su punto de trabajo Q. Para este circuito, Q viene definido por las siguientes ecuaciones:

6.Estabilizacion del transistor bipolar La estabilidad de funcionamiento de los circuitos

con transistores es un aspecto fundamental en el diseño de los mismos. El diseñador no sólo ha de asegurar que el circuito funciona, sino que lo hace dentro de los límites máximos y mínimos indicados por las especificaciones del mismo. Además ha de prever posibles eventualidades al funcionamiento que puedan hacer que el circuito deje de funcionar. La elección de la red de polarización de un transistor puede resultar clave a la hora de garantizar que el circuito se adaptará a nuestras expectativas. Entendemos por punto de trabajo de un trabajo del transistor la combinación de tensiones y corrientes continuas que existen en el mismo en funcionamiento normal. En función de la aplicación del circuito el punto de trabajo de un transistor puede variar mucho. Se puede polarizar el transistor en cualquiera de las tres regiones de funcionamiento dependiendo del uso que se haga del circuito. Los componentes, y las características del transistor, pueden variar por numerosos motivos, entre los cuales los más importantes son: -Debido a cambios de temperatura

-Debido a cambio del componente en sí por otro igual o diferente. Variación con la temperatura La temperatura afecta a todos los componentes y dispositivos, aunque a unos más que a otros. Por ejemplo, un incremento de temperatura afectará a la resistividad de una resistencia, provocando una bajada de su valor, sin embargo, este efecto suele ser despreciable. El efecto de la temperatura se hace mucho más importante cuando afecta a un semiconductor en sí. Variación por cambio de componentes o dispositivos Es evidente que al cambiar un componente de un circuito nunca vamos a conseguir que tenga exactamente las mismas características y valores que el antiguo, debido a las tolerancias de fabricación. Así, si estábamos usando una resistencia de 1K (con 10% de tolerancia), el valor real de la resistencia podía ser, por ejemplo, 980Ω. Si cambiamos esta resistencia Punto Q Ic (mA) Ib (uA) Vce (v)

Valor teórico 2.68 21.4 6.104

Valor simulado 2.45 20.1 6.9

Valor medido 2.28 18.8 8.77

por otra del mismo valor nominal (es decir, 1K) podemos encontrarnos fácilmente que la nueva tiene una resistencia real igual a 1080Ω, valor que está dentro de los márgenes de tolerancia del componente, pero que sin embargo puede hacer que nuestro circuito deje de funcionar correctamente. La dispersión de valores, y las tolerancias, son mucho más acusadas con los dispositivos semiconductores. Así, por ejemplo, dentro de una misma serie de transistores, podemos tener unidades con grandes diferencias en sus características. En las hojas características de los mismos podemos observar este hecho, por ejemplo, en la β; los fabricantes suelen dar un margen de tolerancia al parámetro, y en ocasiones del valor mínimo al máximo puede haber diferencias de más de 100 unidades o más. Teniendo lo anterior en cuenta, a la hora de diseñar un circuito hay que tener en cuenta que cualquier cambio de componentes que hay que hacer puede llevar al mismo a dejar de funcionar correctamente, por variar su punto de trabajo fuera de los límites admisibles.

2. Implementar el circuito de la figura 6.1. Medir las tensiones y corrientes en los terminales del transistor para determinar el punto de operación Q. Completar la Tabla 6.1.

3. En el circuito mostrado en la figura 6.1 aplique una señal sinusoidal de 50 mV con una frecuencia de 1 KHz. Mida Vo para determinar la ganancia Av = Vo/Vi. Llenar la Tabla 6.2. Vi (mVpp)

Vo (Vp p)

50

Con Rl=1k Ω

A v

Vi

Vo (Vp p)

Av

Sin distorsi ón

Sin distorsi ón

V o Sin Co

Av Sin Co

Teoría

6.7

12 8

0.07

6.3

84.3

0.0 9

1.2

Simula do

6.4

12 5

0.06

6

81.7

0.0 8

1.1

Medido

5.7

11 0

0.057

5.4

77.8

0.0 7

1

Teoría

2.6

44

0.07

6.1

78.5

0.0 5

0.7

Simula do

2.7

46. 3

0.07

6.2

79.3

0.0 5

0.7

Medido

2.5

40. 4

0.08

6

70.1

0.0 4

0.6 7

4. Aumentar el valor de Vi hasta obtener el máximo valor de Vo sin distorsion (tampoco debe variar la corriente de base Ib). Continuar llenando la tabla 6.2. 5. Retirar el condensador Ce y medir Vo así como también Av. Llenar la tabla 6.2. 6. Repetir los pasos 3, 4 y 5 al cambiar RL a 1KΩ.Llenar la siguiente fila horizontal en la tabla 6.2.

3.

PROCEDIMIENTO

1. Simular el circuito mostrado en la figura 6.1. Llene los campos correspondientes de las tablas 6.1 y 6.2

7. Realizar la simulación del circuito mostrado en la figura 6.2. Luego Implementar el circuito, variando la entrada a través del condensador de emisor Ce y colocando Ci a tierra. Colocar la resistencia adicional de 1KΩ en serie al generador pues en base común el transistor tiene una impedancia muy baja que afecta mucho al generador. El punto Q permanece constante. Llenar la tabla 6.3.

Valores Teóricos Simulados Medidos

Vce (V) 9.13 9.13 6.1

Ve (mV) 110 110 102

Vb (V) 645 645 639

VRc (V) 0.43 0.43 3.2

Ib (uA) 1.02 1.02 0.89

Ic (mA) 0.173 0.173 1.149

8. Repetir los pasos 3, 4 y 5 pero retirando en el último paso el condensador Ci. Llenar la tabla 6.4

Vi (mVpp)

50

Co n Rl= 1k Ω

Vo (Vpp)

Av

Vi Sin distors ión

Vo (Vpp)

Av

Vo Sin Ce

Av Sin Ce

Teórico

0.07

1.5

0.33

0.47

1.2

0.2

0.39

Simulado

0.07

1.5

0.33

0.47

1.2

0.2

0.39

Medido

0.06

1.4

0.3

0.45

1.3

0.18

0.36

Teórico

0.19

4

0.2

0.1

0.39

0.0009

0.005

Simulado

0.19

4

0.2

0.1

0.39

0.0008

0.005

Medido

0.17

3.8

0.17

0.08

0.36

0.0008

0.004

Sin distor sión

4.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué sucede con el punto Q cuando se varían R1 y R2; ¿Varía la recta de carga? Explicar.

Como observamos, la corriente Ib depende Rth, y esta a su vez, es la resistencia equivalente de R1 y R2. Por ende, si R1 o R2 aumentan, Ib disminuye, y por Ic= βx Ib, Ic también disminuye así que se acercaría a la zona de corte, y viceversa, se acercaría a la zona de saturación.

2. ¿Qué ocurre con el punto Q y la recta de carga cuando varían Rc y RL? Explicar. Tal como antes, si loa valores de Rc y RL aumentan, el valor de Ic, análogamente, se vería reducido, con lo que se aproximaría a la zona de corte, y para el caso contrario, aumentaría, llegando cada vez más a la zona de saturación. 3. Explicar lo sucedido en la Tabla 2 cuando se varía RL y cuando se desconecta Ce. Cuando variamos el Rl de 10k a 1k, lo que conseguimos es que la impedancia de salida de ese amplificador aumente, lo cual se debe evitar, ya que lo ideal es conseguir una impedancia de salida que sea lo más cercana a cero.

4. ¿Cuáles son las diferencias de funcionamiento entre los circuitos de las figuras 6.1 y 6.2? Se denota que el primer circuito es más eficiente que el segundo, puesto que el proceso de la amplificación es mayor y la más óptima, todo gracias a la posición que ocupa la fuente alterna y los capacitores

5. CONCLUSIONES -Se verifica que la teoría va acorde con la experimentación, esperando un error mínimo y despreciable. -La lectura de voltaje en alterna y continua pueden tener valores bastante alejados. -Los condensadores pueden dar valor cero a los voltajes de algunas resistencias en determinadas situaciones. -Un condensador en corriente alterna se comporta como si estuviera en corto y como circuito abierto, en continua. Referencias [1] El transistor. EcuRed. Recuperado https://www.ecured.cu/Volt%C3%ADmetro

de:

[2] Instrumentos de medida. Física Lab. Recuperado de: https://www.fisicalab.com/apartado/medidasprecision#contenidos