• Author / Uploaded
• Alex Cruz

Citation preview

Experimento de laboratorio 5: EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

.

EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Alex Fabricio Medina Cruz [email protected]

Besser Adonis Gonzales [email protected] RESUMEN: En este experimento de laboratorio trabajamos con el transistor, usándolo como amplificador diferencial, primeramente medimos todas sus corrientes en un circuito dado, para luego, medir su voltaje en diferentes condiciones propuestas por la guía de trabajo. PALABRAS transistor NPN.

CLAVE:

Amplificador

embargo, gracias a la configuración de emisor común, la señal de entrada operará en ambos transistores, lo que da como resultado una salida en ambos colectores. En la operación de terminal doble, se aplican dos señales de entrada, la diferencia de las dos entradas ocasiona las salidas de ambos colectores debido a la diferencia de las señales aplicadas a ambas entradas. En la operación de modo común, la señal de entrada común resulta en señales opuestas en cada colector; estas señales se cancelan de forma que la señal de salida resultante es cero. Como una cuestión práctica las señales opuestas no se cancelan del todo y se obtiene una pequeña señal resultante.

diferencial,

1 INTRODUCCIÓN El circuito amplificador diferencial es una conexión extremadamente común utilizada en circuitos integrados, la principal característica del amplificador diferencial es la ganancia muy alta que se tiene cuando se aplican señales opuestas a las entradas, en comparación con la ganancia tan pequeña que se obtiene de las entradas comunes. La relación de esta ganancia diferencial a la ganancia común se denomina rechazo de modo común.

4 EQUIPO Y MATERIALES Computador y software MULTISIM.

5 PROCEDIMIENTO

2 OBJETIVOS

5.1 PARTE A: MODO DIFERENCIAL EN CD

A. Definir las características a CD y CA de un amplificador diferencial.

1) Construya el circuito mostrado en la Fig. 2, utilizando 2 transistores (2n2222a) con una beta similar, considere valores de Rc1 = Rc2 = RE = 12kohms.

B. Medir las corrientes en un amplificador diferencial. C. Medir y calcular el voltaje de salida Va de un amplificador diferencial en diferentes condiciones.

2) Con el multímetro mida el voltaje de salida V0, las corrientes de emisor IE1, IE2, IEEE, las corrientes de colector Ic1, Ic2 y las corrientes de base IB1, IB2; para los siguientes casos: a) V1 = V2 = 1.5 volts (Utilizando una sola fuente de voltaje) b) V1 > V2 (V1 = 3.0V, V2 = 1.5V) c) V1 < V2 (V1 = 1.5V, V2 = 3V)

3 MARCO TEÓRICO El circuito amplificador diferencial se puede describir al considerar el amplificador diferencial básico que se muestra en la Fig. 1.

3) Los datos se registraron en las Tablas 1, 2 y 3 respectivamente.

Observe que el circuito posee dos entradas separadas, dos salidas separadas y los emisores están conectados entre sí, mientras que la mayoría de los circuitos amplificadores diferenciales utilizan dos fuentes de voltaje, el circuito puede operar utilizando solo una de ellas. Es posible tener un número de combinaciones de señales de entrada. Si una señal de entrada se aplica a cualquier entrada con la otra entrada conectada a tierra, la operación se denomina “terminal simple”.

5.2 PARTE B 4) Construya el circuito mostrado en la Fig. 3, utilizando valores de Rc = RE = 12 kohms, y valores de RB1 = RB2 = 27 kohms. 5) Con el multímetro mida en el circuito las corrientes Ie1, Ie2, Iee, la corriente de colector Ic, y las corrientes de base Ib1, Ib2.

Si se aplican dos señales de entrada de polaridad opuesta, la operación se denomina “terminal doble”. Si la misma entrada se aplica a varias entradas, la operación se denomina “modo común”. En una operación de terminal simple, se aplica, una sola señal de entrada. Sin

6) Empleando transistores con beta distinto (2n2222a y BC547a), repita las mediciones anteriores.

1

Experimento de laboratorio 5: EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

. 7) Los datos se registraron en las Tablas 4 y 5 respectivamente.

5.3 PARTE C: MODO DIFERENCIAL EN CA 8) Construya el circuito mostrado en la Fig. 4. 9) Ajuste la salida del generador de señales a una señal senoidal de 1Khz y una amplitud de 100mV. 11) Con el osciloscopio obtenga las formas de onda y los valores pico a pico de voltaje VBE1, VBE2, VCE1, VCE2. Las formas de onda y los valores pico a pico de voltaje se muestran en las Fotografías 1, 2, 3 y 4 respectivamente. 12) Obtenga la forma de onda del voltaje de salida (Vsal) pico a pico entre los puntos A y B, anote sus observaciones. La forma de onda del voltaje de salida se muestra en la Fotografía 5.

Figura 1.

13) Calcule la ganancia de los transistores Q1 y Q2 (Vsal/V1 y Vsal/V2). Vsal/V1= Vsal/V2= 24.046/15= 1.603

5.4 PARTE D 14) Construya el circuito mostrado en la Fig. 5. 15) Con el osciloscopio observe y mida el valor pico a pico del voltaje de las bases de los transistores Q1, Q2 respecto a tierra y compárelos con la señal de entrada. Se muestran en las Fotografías 6 y 7 respectivamente. 16) Con el osciloscopio observe la forma de onda y Mida el voltaje pico a pico en VC1, VC2, V1, V2 respecto a tierra, el voltaje de salida Vo en los puntos A y B. Se muestran en las Fotografías 8, 9, 10, 11 y 12 respectivamente.

Figura 2.

17) Anote las mediciones en una tabla y dibuje la forma de onda correspondiente. Se muestran en la Tabla 6. 18) Calcule las ganancias de los transistores Q1 y Q2, anote sus valores.

6 GRÁFICOS, TABLAS

FOTOGRAFÍAS

Y

Figura 3.

2

Experimento de laboratorio 5: EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

. IE2 IEE IC1 IC2 IB1 IB2

444.089 mA 1.073 mA 1.068 mA 0A 5.107 µA 444.089 nA Tabla 4.

V0 IE1 IE2 IEE IC IB1 IB2 Figura 4.

8.087 V 614.62 µA 578.428 µA 1.194 mA 575.54 µA 2.623 µA 2.623 µA Tabla 5.

V0 IE1 IE2 IEE IC IB1 IB2

7.704 V 583.354 µA 610.172 µA 1.194 mA 607.513 µA 2.484 µA 2.345 µA Tabla 6.

VB1 VB2 VC1 VC2 V1 V2 V0

Figura 5.

294.210 mV 95.8 mV 8.993 V 8.804 V 10 V -10 V 17.771 V

Tabla 1. V0 IE1 IE2 IEE IC1 IC2 IB1 IB2

-20.683 pV 18.158 pA 18.158 pA 36.396 pA 0A 0A 222.045 nA 0A Tabla 2.

V0 IE1 IE2 IEE IC1 IC2 IB1 IB2

12.81 V 69.5 nA 1.07 mA 1.073 mA 0A 1.068 mA 444.089 nA 5.107 µA

Fotografía 1.

Tabla 3. V0 IE1

-12.81 V 1.073 mA

3

Experimento de laboratorio 5: EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

.

Fotografía 5.

Fotografía 2.

Fotografía 6.

Fotografía 3.

Fotografía 7.

Fotografía 4.

4

Experimento de laboratorio 5: EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

.

Fotografía 8.

Fotografía 11.

Fotografía 9.

Fotografía 12.

7 CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la aplicación de un amplificador diferencial? El amplificador diferencial constituye la etapa de entrada más típica de la mayoría de los amplificadores operaciones y comparadores, siendo además el elemento básico de las puertas digitales de la Familia Lógica ECL. Es un bloque constructivo esencial en los modernos amplificadores integrados. 2. Explique los efectos que produce la resistencia de emisor RE de un amplificador diferencial. 3. Cuando V1 es menor que V2 en el amplificador diferencial de la parte a, ¿Cuál es la polaridad de Vo y por qué? La polaridad de V0 es negativa debido a que en el transistor 2 el voltaje de entrada es mayor en comparación con la entrada del transistor 1, y la terminal negativa está en el terminal del transistor 2.

Fotografía 10.

5

Experimento de laboratorio 5: EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

. 4. En el experimento 1 indique de que otra manera se le llama a la entrada V1.

a) Transistor: es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales.

5. Explique qué es el CMRR de un amplificador diferencial y cómo debe ser numéricamente. La relación de rechazo del modo común o CMRR, es una especificación de rendimiento de un componente del circuito electrónico llamado amplificador operacional u op-amp. Esencialmente, es una medida de lo bien que un op-amp puede ignorar los voltajes que son comunes a ambas de sus entradas de corriente directa, y por lo tanto describe cuan limpiamente este amplifica las señales que aparecen como diferencias de tensión en sus entradas. Un op-amp está diseñado para amplificar las diferencias de voltaje entre sus dos entradas de alimentación. Debido a que este es una corriente directa (DC) de componentes, sus dos entradas son una señal positiva y el voltaje negativo. El op-amp utiliza circuitos de realimentación para doblar la diferencia de tensión entre las dos entradas, y enviarla a su única salida. La cantidad de amplificación se denomina ganancia de la señal de los amplificadores operacionales, y la amplificación de la diferencia de las tensiones de entrada se denomina ganancia diferencial.

b) Amplificador: es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno c) Ganancia: Beneficio o provecho que se obtiene de una cosa.

10 BIBLIOGRAFÍA [1] Boylestad, R- Nashelsky, L, “Electrónica: Teoría de Circuitos y dispositivos electrónicos”, sexta edición PRENTICE HALL 1999. [2] Hayt, W. – Kemmely, J. “Análisis de circuitos en ingeniería”, séptima edición, MCGRAW HILL 2007.

6. Explique que es la ganancia en modo común y ganancia en modo diferencial. Con el fin de amplificar limpiamente las diferencias de voltaje, el amplificador operacional tiene que ser capaz de ignorar los cambios de voltaje que son comunes a ambas de sus entradas de energía. Cualquier amplificación de cambios de voltaje común se denomina ganancia en modo común. Un buen op-amp, entonces debe poder maximizar la ganancia diferencial manteniendo está en modo común a un mínimo. La capacidad de hacer esto se llama Relación de rechazo de modo común. La ganancia diferencial es el voltaje en la salida de los amplificadores operacionales, dividido por la diferencia en el voltaje medido en las dos entradas.

8 CONCLUSIONES 1) Analizando el modo diferencial en cd notamos que la salida de voltaje aumenta de manera muy elevada, esto ocurre de manera máxima cuando las dos entradas son de igual valor, si las entradas son de distinto valor la amplificación se da, pero en menor valor. 2) Se concluye que la polaridad se ve afectada en el circuito amplificador diferencial del experimento 1 cuando el voltaje entrada de uno de los transistores es mayor y la salida de dicho transistor está conectado a la terminal negativa. 3) Al observar la salida del amplificador diferencial en ca, notamos que la amplificación de igual manera que en cd se da en manera muy elevada, concluyendo que el amplificador diferencial la ganancia es muy alta.

9 GLOSARIO

6