Circuito amplificador de pequeña señal con transistor con polarización de emisor común y realimentación por emisor

7/17/2019 Circuito amplificador de pequeña señal con transistor con polarización de emisor común y realimentación por emisor

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Abstract

The development of this work had as object

apply the concepts learnt in class, by means of

creating the design, calculus, simulation and the

analysis of a small signal common emitter

amplifier. Also the concept of emitter feedback

was necessary for decreasing the distortion in

the output of the circuit.

Introducción

En este laboratorio se realizó un montaje de un

amplificador de peue!a se!al con un transistor

"#$ bipolar %&'T( polarizado por divisor de

tensión en emisor com)n y con realimentación

en emisor, con el fin de amplificar una se!al de

entrada disminuyendo lo mejor posible la

distorsión, tambi*n se utilizaron resistencias,

condensadores y fuentes de voltaje alterno y

continuo.

En polarización por medio de divisor de tensión,

+si se analiza de una forma eacta, la

sensibilidad a los cambios en beta es muy

peue!a. -i los parmetros del circuito se

seleccionan apropiadamente, los niveles

resultantes de /01 y 20E1 son casi totalmente

independientes de beta3 "4$, proporcionando una

mayor estabilidad del punto 1, ue es el punto

donde trabaja el transistor, +ya ue %en ingl*s( a

menudo se le llama uiescent point. %1uiescent

significa uieto, inmóvil, en reposo.(3 "5$,gracias a esto, mientras el transistor este

trabajando los valores de 20E1 y de /01 no

variaran demasiado, por ello es la opción ms

usada a la hora de dise!ar amplificadores.

En la configuración de emisor com)n, +se llama

as6 porue el emisor es com)n o sirve de

referencia para las terminales de entrada y salida

%en este caso es com)n para las terminales base

y colector(3 "7$, el transistor act)a como un

amplificador de corriente y tensión. Tambi*n

invierte la se!al de entrada, como se trabajó con

voltaje alterno, se desfasa la se!al, es decir, si en

la base empezaba con un voltaje positivo, en elcolector pasara a ser negativo.

-e utilizó una resistencia de realimentación en

emisor, ue consiste en colocar una resistencia

en emisor, gracias a esto, +cuando /c aumenta, 2E

crece y lo hace tambi*n 2&, lo ue significa

mayor tensión a trav*s de 8 &, con lo ue

disminuye /&, en contraposición al aumento de

/c.

-e llama realimentación porue el cambio de

tensión de emisor alimenta hacia atrs el circuitode base. Tambi*n se denomina negativa porue

se opone al cambio original de corriente de

colector3 "9$. :o se estabiliza completamente,

pero la descompensación es muy poca.

Cálculos

;ara la realización del este circuito se ten6an

unas pautas sobre el punto de trabajo del

transistor, este deb6a de ser %<2, #mA(.

/gualmente se hab6a dado ue la fuente de

colector deb6a de ser de #42, el beta era igual a

#49, ue el voltaje en emisor ten6a ue ser de

#.42 y ue la resistencia de base deb6a #= veces

ms grande ue el valor del producto entre el

beta del transistor y la resistencia de emisor.

En la imagen # se puede ver el circuito inicial

para polarizar el transistor 4:5>=7 con un

divisor de tensión.

8ivero, 'es)s. ?u!oz, 8icardo y ;ardo, 'osh.

@jrivero.jesus, riricardo><, joshpcBhotmail.com, gmail.com, rocketmail.com

Cniversidad Autónoma de Dccidente

Amplificador de pequeña señal con transistor BJT polarizado por

divisor de tensión en emisor común



Imagen 1Circuito de polarización del transistor

-e inicia calculando las resistencias de colector

y emisor, primero se busca el alfa teniendo el

beta del transistor como se muestra en %#(.

α = β

β+1=

125

125+1=0.992 %#(

0on esto se halla entonces la corriente de emisor

como se muestra en %4(.

I E= I c

α =

1mA

0.992=1.008mA %4(

-e procede a calcular las resistencias, %5(

muestra el procedimiento para la resistencia de

colector, y %7( el proceso para la resistencia de

emisor.

RC =V Rc

I C

=V CC −V CE−V E

I C

=12V −6V −1.2V

1mA

%5(

R E=V ℜ

I E=

V E

I E=

1.2V

1.008mA=1.19 kΩ

%7(

0on el reuerimiento conocido de la resistencia

de base, se halla su valor con %9(.

RB= R1∨¿ R

2=0.1 β R E=(0.1) (125) (1.19 kΩ )=

%9(

-e puede hallar el valor del voltaje en 8 4 con la

ley de voltajes de irchhoff para la malla de la

base y emisor del transistor %ver imagen 4(

usando %<(.

Imagen 2 Malla de entrada

V R 2=V ℜ+V BE=1.2V +0.7V =1.9V

%<(

;ara determinar los valores de las resistencias 8 #y 8 4 se formula la epresión del voltaje en 8 4mediante un divisor de tensión usando %F(.

V R 2=V CC

R2

R2+ R1=12

V

R2

R2+ R1=1.9

V

%F(

0on lo ue se tiene una epresión de la forma

%G(.

R2

R2+ R1

=1.9V

12V =0.158 %G(

Teniendo las epresiones %9( y %G( despejando y

reemplazando en cada ecuación se obtienen los

valores de 8 #H#F.FkI y 8 4H>7kI.

Imagen 3 Circuito amplificador de pequeña

señal

Ahora seg)n las indicaciones de la gu6a hab6a

ue utilizar el circuito como un amplificador de



peue!a se!al %ver imagen 5(. ;ara lo cual como

medida de corrección se puso realimentación de

emisor para disminuir en lo posible la distorsión,

entonces la resistencia de emisor se desacopló

parcialmente, as6 en J0 en emisor hay la misma

resistencia y en A0 8 e desaparece. ;ara calcular

r e se sab6a ue dentro de lo posible se espera ue

esta resistencia sea diez veces mayor ue rK e %>(

as6 ue se calculó primero esta resistencia para

luego hallar r e %#=(.

r ' e=25mV

I E=

25mV

1.008mA=24.8Ω

%>(

re=10r ' e=(10) (24.8Ω)=248Ω

%#=(

Luego de esto se calcularon la impedancia de

entrada %Min( y la impedancia de salida %Mout( para

lo cual se usaron %##( y %#4( respectivamente.

Z ¿= β (r'

e+r e)|| R1|| R2=125 (24.8Ω+248Ω)||17.

%##(

Z out = RC =4.8kΩ %#4(

Tambi*n se determinó el valor de 8 e y laganancia mediante %#5( y %#7( respectivamente.

Re= R E−re=1.19kΩ−248Ω=942Ω

%#5(

A v= RC ∨¿ R L

r ' e+re

= 960Ω

248+24.8=3.52

Cn problema ue se uer6a evitar era la

distorsión de la se!al a la salida de la

amplificación, para lo cual como ya se ha

mencionado antes se deja sin desacoplar parte de

la resistencia de emisor. ;ara hallar la mima

ecursión de salida o el mimo pico para ue

no hubiera distorsión, se partió del punto de

trabajo y recta de carga en corriente directa para

hallar la curva de carga en corriente alterna.

-e halló entonces el voltaje en corte del

transistor ue ser6a si la corriente fuera muy

cercana a cero, resultó ser #42, y despu*s se

calculó la corriente de saturación ue se da

cuando entre el colector y el emisor no hay ca6da

de tensión y se trata como un cortocircuito, este

valor es de 4mA. En la figura 7 se muestra la

recta de carga en corriente directa.

Imagen 4 Recta de carga del transistor, en DC

;ara calcular ?; %mimo pico( se realiza el

producto /01r c porue es en la salida donde se

uiere hallar este valor %#7(.

4.8kΩ∨|1.2kΩ)=0.96V =960mV

M p= I CQrc= I CQ ( RC ¿∨ R L )=(1mA) ¿

%#7(

;artiendo de punto 1 en corriente directa seencontró el voltaje de corte en corriente alterna,

ue ser6a como lo muestra %#9(.

V CE(corte)=V CQ+ M p=6V +0.96V =6.96V

%#9(

Tambi*n se pudo saber la pendiente %#F( de la

recta de carga pues en las grficas de corriente

versus voltaje, esta es de la forma %#<(. -e sabe

ue esta pendiente es negativa por la naturaleza

de la recta de carga en corriente directa.

m=1

R %#<(

mac= 1

RC ¿∨ R L

= 1

4.8kΩ∨¿1.2k Ω=1.04 x 10

−3

%#F(



Je esta forma se halló la corriente de saturación

en corriente alterna usando %#G( y %#>(.

y− y0=mac ( x− x0 )→y=mac ( x− x0 )+ y0=(−1.

%#G(

I C (sat )= (−1.04 x 10−3 ) x+7.24 x 10−3= (−1.04 x

0on todos estos datos se pudo realizar la recta

de carga en corriente alterna, y se muestra en la

imagen 9.

Imagen Recta de carga del transistor, en !C

"e calculó el #alor m$nimo de capacitancia delos condensadores de acople % el de desacople,

para efectos pr&cticos' (sando entonces la

relación de que la reactancia de)e ser diez

#eces ma%or que la resistencia' "e realizó ese procedimiento con el #alor inferior de la

frecuencia, puesto que es donde menor dar$a la

capacitancia % conforme aumenta la frecuencia,

la capacitancia necesaria disminu%e, entonces

se tiene cu)ierto el rango' *os c&lculos se

muestran en +1-, +2.- % +21- para los

condensadores numerados uno, dos % tres en la

imagen /' Ca)e destacar que primero se 0alló

mediante el teorema de 0#enin la impedancia

en cada condensador, pero por efectos de

espacio no se colocan los c&lculos en este

informe'

C 1=

1

2 π ! C

= 1

2π (0.1Z C 1)=

1

2π (0.1 Z C 1)=2

%#>(

C 2=

1

2 π ! C

= 1

2 π (0.1Z C 2)=

1

2π (0.1 Z C 2)=2 π (

%4=(

C 3=

1

2 π ! C

= 1

2 π (0.1Z C 3)=

1

2π (0.1Z C 3)=

2π (

%4#(

Ninalmente se calculó el voltaje de entrada

conociendo el ?; y la ganancia mediante %44(.

V ¿(m$x)=V out (m$x)

Av

=96mV

3.52=273mV

%44(

O para calcular cunto ser6a el valor mimo de

la fuente se utilizó un divisor de tensión para

encontrar una epresión ue permitiera hallarlo

como muestra %45(.

V % (m$x)=V ¿(m$x)

R%+Z ¿

Z ¿=273mV

50Ω+10366.9Ω

10366.9Ω =

El valor de la fuente en voltaje efectivo ser6a

entonces de #>5.>9m2.

El circuito final con todos los valores se muestra

en la imagen <.



Imagen Circuito de amplificación de pequeña señal, transistor polarizado con di#isor de

tensión % emisor comn

Diagrama de bloques

/nicialmente tenemos una entrada de 2oltaje

A0 producido por una fuente, ue pasara

por un condensador de acople, debido a uehay otra fuente de voltaje J0, este

condensador evitara ue la se!al J0 pase y

da!e la fuente A0, luego la se!al entra al

transistor donde ser amplificada, pero

tambi*n ser desfasada #G=P, de au6 pasa auna resistencia en el emisor para reducir la

distorsión producida por los diodos deltransistor y procede a la realimentación, por

otra parte la se!al ya amplificada y sin ruido

entrara a otro condensador de acople permitiendo solo el paso de la se!al A0, la

cual producir un voltaje en 8L.

Simulación.

;ara la simulación se usó el software :/

?ultisim en su versión #7. 0on el osciloscopio

virtual del software se pudieron visualizar lasse!ales en distintos puntos del circuito, la

imagen F muestra la forma de la se!al de la

fuente, la forma del voltaje de entrada y el

voltaje o se!al en la carga, de colores azul, verde

y rojo respectivamente.

Imagen 5 6ormas de la señal en distintos

puntos del circuito

-e puede notar ue el voltaje de entrada est

desplazada hacia arriba y esto es porue sesuman la se!al en voltaje en alterna y el voltaje

en directa. En la salida la se!al est centrada en

el cero, lo ue significa ue el condensador hizo

su trabajo y no dejó pasar el voltaje en directa.

Tambi*n se puede notar en la grfica ue, pese a

la configuración elegida para amplificar la se!al,

hay cierta diferencia entre el voltaje ue alcanza

la se!al por encima de cero, y el pico por debajo

de cero.

Ahora en la tabla # se listan los resultados en

cada nodo mostrado en la imagen Q, los valores

son voltaje y corriente en alterna.

:odo 2rms

# #>5.>9m2

4 #<<.4#m2

5 #>4.=#m2

7 F=9.FFm2

Realimentaci



9 <54.GGm2

a)la 1 7olta8es % corrientes en diferentes partes

del circuito'

En la tabla 4 se encuentra los valores teóricos,de la simulación y los medidos al realizar el

montaje.

2alores

calculad

os

2alores

simulados

2alores

medidos

#=

=

Rz

4=

Rz

#==

Rz

4=

Rz

#==

Rz

4=

Rz

2

0

E

<

2

<

2

<.4

<2

<.4

<2

F.=

72

F.=

72

/0 #

m

A

#

m

A

=.>

9m

A

=.>

9m

A

=.>

7m

A

=.>

7m

A

2

in

p

k

4F

5

m

2

4F

5

m

2

4F#

.49

m2

4F4

.FF

m2

4F7

.4

m2

4F7

.4m

2

2

out

p

k

><

=

m

2

><

=

m

2

G>5

.9m

2

>=9

.9>

m2

G57

.7

m2

G9<

.77

m2

/c

p

k

#

m

A

#

m

A

=.<

<m

A

=.>

7m

A

=.>

4m

A

=.>

5m

A

a)la 2 7alores comparati#os de corriente %#olta8e, calculados, simulados % medidos'

Las diferencias se deben en principal medida a

ue, aunue se uiera ue el punto de trabajo del

transistor est* en un lugar espec6fico, la

naturaleza oscilante de la se!al de entrada

desestabiliza ese punto incluso con las medidas

ue se tomaron, como dejar sin desacoplar una

parte de la resistencia en emisor y utilizar una

configuración de polarización por divisor de

tensión y emisor com)n.

Tambi*n se debe a ue en la prctica los valores

comerciales de componentes a veces se alejan de

los valores de la teor6a y, por lo tanto, a la hora

de montar los componentes pueden darse

diferencias ue afectan el funcionamiento del

circuito. O, por )ltimo, los transistores no tienen

un beta fijo, sino un rango de estos valores, por

lo cual, aunue tomado el valor de #49 para el

caso teórico, no se puede estar seguro de ue un

transistor aduirido en un local o tienda tenga

ese valor de beta.

Referencias

"#$ -emiconductor provisto de tres o ms

electrodos ue sirve para rectificar y amplificar

los impulsos el*ctricos. Jisponible enS

httpSlema.rae.esdraeUvalHtransistor

"4$ ElectrónicaS teor6a de circuitos y dispositivos

electrónicos, d*cima edición, 8D&E8T L.

&DOLE-TAJ LDC/- :A-REL-O, pg. #F<.

"5$ ;rincipios de electrónica, seta edición, Albert

;aul ?alvino, pg. 47<

"7$ ElectrónicaS teor6a de circuitos y dispositivos

electrónicos, d*cima edición, 8D&E8T L.

&DOLE-TAJ LDC/- :A-REL-O, pg. #5>.

"9$ ;rincipios de electrónica, seta edición, Albert;aul ?alvino, pg. 4G>

Conclusiones

• La polarización por medio de divisor de

tensión es muy buena idea a la hora de



trabajar con amplificadores, ya ue nos

ayuda a mantener el punto 1 estable

• La diferencia entre los datos de la

simulación y el montaje pueden ser debido a ue no se consiguieron los

componentes ue se calcularon, y esto

llevo a hacer aproimaciones por medio

de coneiones en serie y en paralelo

• ;ara amplificar una peue!a se!al se

puede usar configuración de emisor

com)n, pero tambi*n hay ue utilizar

una resistencia de realimentación para

evitar la distorsión de la se!al

• La imposibilidad de hacer ue el beta de

un transistor comercial sea el mismo ue

en los clculos, puede llegar a causar

problemas en el funcionamiento del

circuito.

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Circuito amplificador de pequeña señal con transistor con polarización de emisor común y realimentación por emisor