práctica 14. amplificadores en emisor y colector común

Prácticas Circuitos Electrónicos. 2ºT
http://www.dinel.us.es/ASIGN/CE_2T
PRÁCTICA 14. AMPLIFICADORES EN EMISOR Y COLECTOR COMÚN
1. Objetivo
El objetivo de la práctica es comprobar experimentalmente la amplificación circuitos
monoetapa con un transistor BJT 2N2222A en emisor común y colector común
caracterizando ciertos parámetros del transistor.
2. Material necesario
Para el desarrollo de la práctica se usarán las placas de circuito impreso entregadas al
efecto, así como un destornillador pequeño para cambiar los valores de los
potenciómetros. Aparte, será necesario el equipo básico de laboratorio (fuentes de
alimentación, multímetro y osciloscopio). Por último, el alumno debe traer impreso el
datasheet del BJT disponible en la página web de la asignatura en el siguiente link:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/on_semiconductor/P2N2222A-D.PDF
3. Conocimientos previos
Para el desarrollo de la práctica, se suponen en el alumno los conocimientos básicos del
montaje en emisor y colector común.
4. Realización de la práctica
4.1
Circuito amplificador en emisor común
La práctica estudia la polarización del transistor en emisor común, y su amplificación, para
lo que usaremos la placa mostrada en la Figura 1, cuyo esquema y PCB se muestran a
continuación. Los potenciómetros RP2 y RC2 sirven para variar los valores de las
resistencias situadas entre la base y tierra y entre el colector y alimentación,
respectivamente. El potenciómetro RE, sin embargo, no varía el valor de la resistencia de
emisor, que será siempre 2.2 kW, sino el punto en el que se conecta el condensador C3,
desde totalmente cortocircuitado hasta en paralelo con RE.
Figura 1. Esquemático y PCB del circuito amplificador en emisor común
1
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Tabla I. Valores de los componentes del amplificador en emisor común
Transistor npn
Rpdc
RP1
RP2
RC1
RC2
RE
C1, C2
C3
2n2222a
100 W
5%, 1/4w
5%, 1/4w
Mono-vuelta, 0.15w
5%, 1/4w
Mono-vuelta, 0.15w
Mono-vuelta, 0.15w
Cerámico
Electrolítico
47 kW
100 kW
47 W
10 kW
2.2 kW
220 nF
10 mF
4.1.1 Polarización del circuito
En este apartado se va a situar el transistor en activa usando RP2. Se procederá de la
siguiente manera:
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Abrir los puentes JP1/JP2.
Ajustar RC2 aproximadamente a 2 kW.
Cerrar los puentes JP1/JP2.
Conectar alimentación (10V) y tierra.
Modificando el valor del potenciómetro RP2, obtener gracias al multímetro digital el
valor de tensión DC de VCE que se indica en la Tabla A de la hoja de resultados y
anotar las mediciones de tensión DC de VT1, VT2 y VT3.
[6] Abrir los puentes JP1/JP2 y desconectar los cables de alimentación.
[7] Medir experimentalmente el valor de la resistencia RP2.
[8] Volver al punto 3 y obtener sucesivamente todos los valores indicados en la Tabla A
de la hoja de resultados. (1.25 PUNTO)
4.1.2 Amplificación en emisor común de una señal
En el apartado anterior se han visto diferentes puntos de polarización del circuito. Ahora
vamos a quedarnos en uno concreto y a amplificar una señal senoidal proveniente del
generador de señal. Tanto a la entrada como a la salida se han colocado condensadores
de desacoplo (C1 y C2) para evitar que la componente de continua de la señal afecte a la
polarización.
4.1.2.1
Ganancia del circuito
§
Ajustar RP2=25KW, y mover RC2 hasta que VT2=7V.
Calcular experimentalmente el valor de b del transistor. Comprobar que es
consistente con el dato que se encuentra en el datasheet del BJT (hFE). Para
ello, se deben medir las tensiones VT1, VT2 y VT3, las resistencias RC2, RP1 y RP2
(0.5 PUNTOS)
Haciendo uso de la siguiente expresión (VT=26mV), calcule gm: (0.5 PUNTOS)
§
=
§
§
Haciendo uso de la siguiente expresión, calcule la ganancia del amplificador:
(0.5 PUNTOS)
2
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=
4.1.2.2
§
§
§
§
§
4.2
ℎ (
Respuesta en frecuencia
+
|| )
≈
Colocar RE de forma que C3 esté en paralelo con la resistencia gracias al
potenciómetro asociado a estos componentes.
Generar una onda senoidal de 10 kHz con la mínima tensión pico a pico
posible en la entrada del circuito. Medir con el osciloscopio la ganancia del
circuito y el desfase entre la entrada y la salida. (0.75 PUNTOS)
Medir en el circuito físico la respuesta del circuito (ganancia y desfase) para
distintas frecuencias (500Hz, 10kHz, 100kHz, 1MHz y 10MHz). Para presentar
los resultados, dibujar el diagrama Bode (respuesta en magnitud y fase del
circuito). (2.5 PUNTOS)
Variar la frecuencia de la entrada hasta que la ganancia experimente una caída
de 3dB, calculando de esta forma la frecuencia inferior y superior de corte. (1
PUNTO)
Calcular el producto ganancia ancho de banda fT que se calcula como el
producto de la frecuencia superior de corte por la ganancia a dicha frecuencia
Comprobar si el valor es coherente con el valor indicado en el datasheet del
BJT. (0.75 PUNTOS).
=
Circuito amplificador en colector común
Para la segunda parte de la práctica, se usará la placa mostrada en la Figura 2, que
implementa el circuito en colector común. En la Figura 2 se muestra el esquema y el PCB
del circuito.
Figura 2. Esquemático y PCB del circuito amplificador en colector común
3
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Tabla II. Valores de los componentes del amplificador en colector común
Transistor npn
Rpdc
RP1
RP2
RE1
RE2
C1, C2
2n2222a
100 W
47 kW
100 kW
470 W
2.2 kW
1 mF
5%, 1/4w
5%, 1/4w
Mono-vuelta, 0.15w
5%, 1/4w
Mono-vuelta, 0.15w
Cerámico
4.2.1 Polarización del circuito
§
§
§
§
Con el puente JP1 abierto, posicionar RP2=50kW.
Cerrar el puente JP1 gracias al jumper.
Conectar la alimentación (+10V) y tierra al circuito.
Modificar RE2 hasta obtener una tensión DC en VT2 de valor 2 voltios.
4.2.2 Ganancia y frecuencia superior de corte
§
§
Generar una señal senoidal de frecuencia 10kHz con las tensiones pico a pico
de 1 voltio y aplicarla al circuito. Medir con el osciloscopio la ganancia y el
desfase del circuito. (1 PUNTO)
Cambiar la frecuencia de la señal de entrada hasta que la salida caiga 3dB.
Anotar las frecuencias superior e inferior de corte. (1 PUNTO)
4
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HOJA DE RESULTADOS
4.1
Circuito amplificador en emisor común
Tabla A. Tensiones y corrientes para diferentes puntos de polarización (1.25 PUNTOS)
VCE
VT1
VT2
VT3
RP2
ICQ
3V
4V
5V
6V
§
§
§
§
§
§
§
4.2
Cálculo de b en el punto de polarización elegido (0.75 PUNTOS) b=
hFE datasheet=
Cálculo de gm (0.5 PUNTOS)
gm=
Cálculo teórico de la ganancia A (0.5 PUNTOS)
A=
Ganancia y desfase del circuito a 10 kHz (0.75 PUNTOS)
Ganancia (dB)=
Desfase(º)=
Dibujar el diagrama Bode (magnitud y fase) incluyendo la información obtenida
a 500Hz, 10kHz, 100kHz, 1MHz y 10MHz. (2.5 PUNTOS)
Frecuencia superior de corte=……….
Frecuencia inferior de corte=………. (1 PUNTO)
Cálculo del producto ganancia ancho de banda fT (0.75 PUNTOS) fT=
Valor teórico del producto ganancia ancho de banda fT:
fT=
Circuito amplificador en colector común
§
§
Con una señal senoidal de frecuencia 10kHz con las tensiones pico a pico de 1
voltio, medir ganancia y desfase. (1 PUNTO)
Ganancia (dB)=
Desfase (º)=
Frecuencia superior de corte=…………… (1 PUNTO)
Frecuencia inferior de corte=……………
5