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Practica 2 

 

Amplificador en colector común con polarización por divisor de voltaje

 o retroalimentación

 

Introducción teórica

El divisor de voltaje

Cada dínodo ha de estar a un voltaje que ha de ser progresivamente mayor que el del dínodo anterior para poder conducir la cascada de electrones a lo largo de la cadena de amplificación. Aunque se podría suministrar el voltaje independientemente a cada dínodo, en la práctica resulta más conveniente utilizar un divisor de voltaje. El divisor de voltaje consiste en una serie de resistencias entre la tierra y el alto voltaje. La corriente se reparte por el divisor de voltaje y suministra el potencial requerido en cada dínodo y electrodo focalizante. El factor más importante a la hora de diseñar un divisor de voltaje es la corriente de la señal de salida. El divisor de voltaje ideal es aquel que mantiene los dínodos a un potencial fijo, con independencia de la corriente de salida del fotomultiplicador.

 

En un montaje de emisor común, la corriente de base determina la aparición de una corriente de colector así como de una tensión entre el colector y el emisor, estableciéndose las condiciones de funcionamiento en reposo del transistor.

 

Existen muchos procedimientos para lograr esta autopolarización. Uno de ellos consiste en la colocación de una resistencia que, procedente de la alimentación, da lugar a una caída de tensión para lograr una corriente de base suficiente.

 

Un grave inconveniente de este circuito es la gran inestabilidad que tiene su punto de polarización frente a las variaciones de temperatura, por ello, en vez de unir directamente la base con la alimentación, se une con el colector para que así queden compensadas dichas variaciones.

 

De esta manera tiene lugar una realimentación tal que cuando se incrementa la corriente de colector debido a la temperatura, también es mayor la caída de tensión en la resistencia de carga con lo que ser  más pequeña la tensión de polarización de la base. Así tiene lugar una realimentación negativa de señal y se utiliza cuando no sea precisa una ganancia de señal muy grande porque, en este caso, la realimentación negativa la reduciría en gran parte.

Otro paso para mejorar la polarización consiste en no llevar directamente el emisor a masa, sino que se intercala en serie una resistencia de emisor de pequeño valor.

La resistencia R E introduce una caída de tensión para reducir la tensión de polarización entre la base y el emisor, para cualquier aumento de la corriente de colector debido a la temperatura, y si baja la V BE inmediatamente se hace más pequeña la I C.

A pesar de todo, uno de los procedimientos más empleados lo constituye el divisor de tensión entre la alimentación, la base y masa. De esta forma la base tiene una corriente estabilizada.

A efectos de cálculo, la corriente continua resulta de dividir la tensión de alimentación por la suma de las dos resistencias (R 1 + R 2 ). Para la polarización de la base se considera que la corriente que pasa por el divisor de tensión es del 5 al 10 % de la corriente de colector.

Si además del divisor de tensión el transistor va provisto de la resistencia de emisor, da lugar a una disposición práctica de las más abundantes en los montajes.

Esta resistencia de emisor supone mantener constante la tensión en bornes de la misma. Cuando aumenta la temperatura quien primero lo hace es la corriente de colector y, con ello, la corriente de emisor haciéndolo más negativo, entonces aumentará la tensión en bornas de R E y disminuirá la tensión entre la base y el emisor, con ella se hace menor la corriente de base, ocasionando la disminución de la corriente de colector. Todo ello da lugar a la estabilización del circuito.

Además de los circuitos externos de regulación, para compensar las variaciones de temperatura es conveniente dotar a los transistores de los oportunos disipadores de calor para que así la realimentación negativa no sea tan necesaria. El propio disipador evacua el exceso de calor, manteniendo la ganancia del circuito siempre que no sea excesiva la temperatura de la unión, en cuyo caso, se hace necesario recurrir a alguno de los circuitos de autopolarización y estabilización citados.

 

 

 

Desarrollo

 

 

 

Diseñar un circuito amplificador para MES si

 

                                       

                                     

 

Calculando R1 y R2

                                 

 

 

De la ec. de malla de entrada del cto. resultante de aplicar Thevenin en la base se tiene que:

 

                      pero                      y         

 

entonces:

ademas:

 

sustituyendo valores:

 

sustituyendo  en VBB se tiene:

 

 

por tanto:

                          

 

pero:

 

Para tener una MES sin distorsión:

 

MEDICIONES DE IC Y VCE

 

Se pueden hallar algunas discrepancias entre los resultados de las simulaciones y los resultados obtenidos al medir el circuito en el laboratorio, ya que por el simple hecho de trabajar con un transistor distinto, el punto de operación del transistor y del amplificador en general varía.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ONDA QUE SE DIBUJA EN EL OSCILOSCOPIO

 

 

Posteriormente se aumentó la carga del circuito es decir la RL al doble, es decir, del 1KOhm que se manejó al principio, ahora la carga fue de 2KΩ. La nueva configuración, y el resultado que se mostró al hacer la simulación se puede apreciar en la siguiente figura:

 

 

Ahora lo que se hizo fue reducir la carga que soporta el circuito, y a donde se puede ver la señal de salida. En éste caso, se intercambió la resistencia original de 1KΩ por una de la mitad, que ya en forma comercial fue de 510Ω. Entonces, el nuevo circuito, y su correspondiente simulación se muestra en la siguiente figura:

 

 

 

 

Podemos decir que entre más grande sea la resistencia RL  más grande será la ganancia de voltaje, y entre más se reduzca, menor será ésta ganancia.

 

El siguiente paso de esta práctica es estudiar el comportamiento del circuito, al modificar la resistencia del emisor (RE), para ver su influencia dentro del funcionamiento del circuito.

 

El primer paso de esta verificación es el aumentar el valor de la resistencia del emisor RE, para este caso podemos ver como queda la nueva configuración y los resultados de hacer la simulación en la siguiente figura:

 

 

El siguiente paso nos mostrará el efecto de conectar un capacitor en paralelo en RE.  Por lo que veremos el efecto de conectar ésta carga capacitiva, los resultados de la simulación y la nueva configuración se encuentra en la siguiente figura:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y CON LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS ANTERIORES DISPOSITIVOS,

NUESTRA SEÑAL  VARÍA DE FORMA TAL QUE NO CAVE EN LA

PANTALLA DEL OSCILOSCOPIO.

 

 El siguiente paso en la práctica es disminuir RE y observar el nuevo comportamiento del circuito, sobre todo en términos de la ganancia de voltaje.

En la figura anterior, se observó como la resistencia RE tiene un  efecto sobe la salida del circuito, ya que al aumentar su valor existió una variación en la salida, a simple vista, observando los resultados de la simulación podemos ver cómo ésta nueva modificación al diseño del circuito provocó que la señal de salida se distorsionara un poco, y no como en el caso anterior al variar la carga, sino que ahora la señal perdió su forma, dejo de ser puramente senoidal, y se convirtió en una señal combinación entre senoidal y cuadrada.

 

 

 

 

CONCLUSIÓN:

 

Aguilar Alemán francisco Tonatiuh.

 

 

En primer lugar, al estudiar el comportamiento general del circuito, sin señal por amplificar, pude ver como éste nuevamente es en parte dependiente de las características del transistor  que se utilice, ya que aun, sigue siendo dependiente de la beta del transistor, que como se pudo ver en práctica, el  Q sigue siendo afectado por éste parámetro del transistor.

 Después, al modificar la resistencia de carga, una vez que ya aplicamos una señal por amplificar, se afecta la ganancia de voltaje, y específicamente, podemos ver que la ganancia de voltaje aumenta entre más aumentemos la carga. En otras palabras, la ganancia de voltaje es directamente proporcional al valor de la resistencia de carga. Por último, al analizar el comportamiento del circuito al variar la resistencia del emisor, se encontró que la salida varía al modificar el valor de dicha resistencia, en éste caso, la variación siempre disminuirá la salida del circuito, y en consecuencia la ganancia de voltaje. La forma de obtener la máxima ganancia de voltaje, es utilizando la resistencia contemplada en los cálculos del diseño, ya que con ésta se asegura una estabilidad del punto de operación. La única forma de optimizar el funcionamiento del circuito, es con la conexión en paralelo a la resistencia del emisor de un capacitor de bajo valor, con ésto se obtendrá una máxima ganancia de voltaje. Comparándolo con otras configuraciones que ya hemos estudiado en éste curso, en especial, en anteriores prácticas, se puede decir que esta configuración es la más estable de las tres, en especial, al modificar la beta del circuito, o se presentan muchos cambios en su punto de operación. Por otro lado, de éste circuito se obtiene muy buena salida de voltaje, más bien, muy buena ganancia de voltaje, aunque nuevamente esta configuración no maneja mucha corriente, ni mucha potencia, pero de todos modos, es más recomendable que las configuraciones estudiadas en otras prácticas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CUESTIONARIO

 

  1. ¿En el circuito, que nos indica RB y para que nos sirve?

Cuando tenemos un circuito amplificador por divisor de voltaje, podemos simplificar las resistencias R1 y R2 en RB, esto indica que hemos aplicado Thevenin en el circuito para simplificarlo y así, poder conocer también la corriente que circula por la base.

 

  1. ¿Qué sucede si colocamos un valor de RL grande?

Al poner un valor de resistencia de carga grande o elevada, el voltaje de 15V no alcanza a suministrar la corriente necesaria, por lo tanto se tendría que aumentar el valor de VCC.

 

  1. ¿En que momento se puede observar la conveniencia de colocar una resistencia en el emisor?

Antes de suministrar la señal sinusoidal de entrada en el circuito amplificador, la resistencia del emisor nos ayuda a que el punto Q sea más estable, es decir, sin tantas variaciones.

 

  1. ¿A que se debe que, al cambiar un transistor por otro del mismo tipo y número de serie en nuestro circuito, las mediciones sufran variaciones?

Estas variaciones se deben a la beta β típica de cada transistor, pues aunque sean del mismo tipo, el valor de β cambia

 

  1. ¿Al aplicar una señal sinusoidal al circuito, de que manera podemos balancear el efecto de RE?

Por medio de un capacitor en paralelo a RE, así la ganancia de voltaje no cambiara considerablemente.

                                                                                             

  1. ¿Qué nos indica la intersección entre las rectas de ca y cd?

El punto exacto donde se interceptan las dos rectas nos indican la ubicación del punto de operación Q

 

  1. Escriba la ecuación que indica la máxima tensión de salida pico a pico

 

  1. Escriba la ecuación que indica la máxima tensión de salida pico a pico sin distorsión

 

  1. ¿Qué otra función realizan los capacitores en el circuito amplificador?

Sirven como acopladores entre la línea de salida del generador y la entrada de nuestro circuito

 

  1. ¿A que se debe que los resultados obtenidos en el simulador, comúnmente no coincidan con los resultados de laboratorio?

El simulador, entre otros aspectos, toma condiciones especificas, tales como la temperatura a la que se trabaja, los componentes tienen un valor ideal, es decir sin perdidas, lo cual en el laboratorio es muy difícil de conseguir.