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