Lab 4-Polarización y estabilización
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PROCESO OPERATIVO
1.- Verificar los terminales del transistor utilizado en la experiencia y comprobar su estado.
2.- Armar el circuito de la fig.1.1. Observar y medir los siguientes valores:
VE = 0V VC = 5.29V R3.9K = 3.85K W
VBE = 0.65V VCE = 5.29V R1.5M = 1.5M W
IE = 0.98mA IC = 0.97mA
Igualmente debe medir los valores exactos de las resistencias usadas en cada experiencia.
Colocar el foco cerca del transistor y transcurridos 30 seg. Volver a observar y anotar:
VCE = 5.18V VE = 0V
IC = 0.98mA VC = 5.18V
Tocar el transistor para apreciar su temperatura.
- el transistor se encuentra a mayor temperatura de lo normal, debido a que el foco le transmite temperatura, elevando así la temperatura del transistor.
3.- Armar el circuito de la fig. 1.2 y repetir las medidas del paso 2.
R1K=1000 W .
VE = 0.859V VC = 5.67V
VBE = 0.644V VCE = 4.81V
IE = 0.86mA IC = 0.86mA
Colocando el foco: VCE = 4.6V
IC = 0.88mA
4.- Armar el circuito de la fig.1.3 y repetir las medidas del paso 2. R100K=99.7K W .
VE = 0.00V VC = 1.729V
VBE = 0.666V VCE = 1.729V
IE = 1.89mA IC = 1.89mA
Colocando el foco: VCE = 1.68V
IC = 1.87mA
- las variaciones observadas al medir con el foco son debido a que el transistor varia su funcionamiento a cambios de temperatura.
5.- Armar el circuito de la figura 1.4 y repetir el paso 2.
VE = 1.45V VC = 2.9V
VBE = 0.66V VCE = 1.49V
IE = 1.46mA IC = 1.46mA
Colocando el foco: VCE = 1.4V
IC = 1.35mA
6.- Armar el circuito de la fig. 1.5 y repetir el paso 2.
VE = 1.172V VC = 4.43V
VBE = 0.653V VCE = 3.26V
IE = 1.19mA IC = 1.18mA
Colocando el foco: VCE = 3.22V
IC = 1.2mA
- se observa también que el Vce disminuye a mayor temperat. e Ic aumenta.
7.- Armar el circuito de la figura 1.6 y repetir el paso 2.
VE = 0.724V VC = 4.23V Colocando el foco: VCE = 5.02V
VBE = 0.655V VCE = 4.95V IC = 1.22mA
IE = 1.23mA IC = 1.23mA
CUESTIONARIO
Haga el análisis teórico y compare con los valores experimentales y grafique la recta de carga y los puntos Q
TABLAS DE COMPARACION
Datos experimentales:
Circuito 1 2 3 4 5 6 7
Ve (V) 0.0000 0.8590 0.0000 1.8750 1.1360 0.7240 0.6950
Vbe (V) 0.6400 0.6440 0.6660 0.6560 1.1200 0.6550 0.6390
Vc (V) 4.4100 5.6700 0.0560 1.9440 4.5800 4.2300 4.2500
Vce (V) 4.4000 4.8100 0.0560 0.0560 3.4400 4.9500 4.9400
Ie (mA) 1.1900 0.8600 2.3700 1.8900 1.1200 1.2300 1.2000
Ic (mA) 1.1800 0.8600 2.2900 1.8100 1.1200 1.2300 1.2000
DATOS TEORICOS
Asumiendo un promedio igual a 175 se encontraron los siguientes resultados:
Circuito 1 2 3 4 5 6 7
Ve (V) 0.0000 0.8716 0.0000 1.5324 1.1058 -0.7702 0.6950
Vbe (V) 0.7000 0.7000 0.7000 0.7000 0.7000 0.7000 0.6390
Vc (V) 5.2719 5.6634 1.7646 3.1004 4.7668 4.2266 4.2500
Vce (V) 5.2719 4.7918 1.7646 1.5680 3.6610 4.9968 4.9400
Ie (mA) 0.9739 0.8716 1.8793 1.5324 1.1058 1.2469 1.2000
Ic (mA) 0.9683 0.8666 1.8686 1.5237 1.0995 1.2399 1.2000
Haciendo la comparación mediante errores absolutos:
(datos teóricos - datos experimentales)
Circuito 1 2 3 4 5 6 7
Ve (V) 0.0000 0.0126 0.0000 0.0824 0.0662 1.4942 0.0662
Vbe (V) 0.0500 0.0560 0.0340 0.0400 0.0470 0.0450 0.0470
Vc (V) 0.0181 0.0066 0.0356 0.2004 0.3368 0.0034 0.3368
Vce (V) 0.0181 0.0182 0.0356 0.0780 0.4010 0.0468 0.4010
Ie (mA) 0.0061 0.0116 0.0107 0.0724 0.0842 0.0169 0.0842
Ic (mA) 0.0017 0.0066 0.0214 0.0637 0.0805 0.0099 0.0805
7.- Justificar porque un cambio de b provoca un desplazamiento del punto de trabajo.
El desplazamiento que produce un cambio b en el punto de trabajo se debe a que en la polarización de cualquier transistor se cumple que Ic= b IB e IB es constante y depende de la polarización. Al hacer un cambio de b , la corriente del colector ICQ va a variar y consecuentemente variara VCEQ. Por tanto, esta variación de b provoca un desplazamiento del punto Q sobre la recta de carga del transistor.
8.- Razonar porque las condiciones de corte y saturación determinan la recta de carga para un circuito concreto.
La razón se puede observar debido a que las condiciones de corte y saturación determinan la recta de carga es que estas regiones de corte y saturación son las más allegadas a los ejes coordenados de las x y de los y, respectivamente y es en estas condiciones donde un par de puntos para definir la recta son mas fáciles de calcular.
Para el caso de las condiciones de corte se toma el valor de Ic=0 y se obtiene coordenadas en x, mientras que para las condiciones de saturación, se toma el valor de VCE=0 y se obtiene la coordenada en y. De esta recta trazada se obtiene el punto de trabajo Q del transistor y dicho punto pertenece además a la curva característica del transistor utilizado en el circuito.
9.- Indicar el tipo de polarización que ofrece la mejor y peor estabilidad del punto de reposo a variaciones de b y temperatura.
La polarización más estable de las configuraciones es la red de polarización con divisor de voltaje de la figura 1.5. Si se satisface la condición b RE>>10R1, el voltaje Vb permanecerá suficientemente constante para los niveles cambiantes de Ic. El voltaje de base a emisor de la configuración se determina por Vbe=Vb-Ve. Si Ic aumentara, Ve se incrementaría de la manera descrita y para Vb constante, decaería Vbe. Una caída de Vbe establecerá un nivel bajo de Ib, el cual intentara compensar el nivel incrementado de Ic.
La configuración que ofrece la peor estabilidad es la polarización fija de la figura 1.1 y esto se debe a que la configuración es muy sensible a las variaciones de Ico y además es sensible a los cambios de b con la temperatura.
10.-¿Cual es la ventaja de usar una resistencia en el emisor de un circuito transistorizado?
La ventaja de usar una resistencia en el emisor de un transistor es la de permitir una mayor estabilidad. Es decir que las corrientes y voltajes de polarización cd se mantienen mas cerca de los puntos fijados por el circuito, aun cuando cambien las condiciones extremas como tensión de alimentación, la temperatura incluso en b del BJT.
11.- Es la polarización por realimentacion de corriente por colector tan eficaz como la polarización tipo H.
Los dos tipos de polarización de transistor son estables pero el mas eficaz es la polarización tipo H, el cual es mas estable frente a variaciones de b con la temperatura y a variaciones de VBE con la temperatura.
12.- Explicar en forma resumida el comportamiento del circuito de polarización universal ante un posible incremento de b .
El comportamiento del circuito de polarización universal conocido también como configuración de polarización con divisor de voltaje ante un incremento de b , la corriente de base Ib disminuye en gran cantidad pues:
El voltaje base a emisor es determinado por VBE=VB-VE. El voltaje de base VB=VTH, indica que el voltaje de base es constante y no depende del b del transistor. VE=REIE, indica que al aumentar b IE, se incrementa y por lo tanto VE aumenta lo que causa un decaimiento del voltaje base a emisor. El incremento en IE no es considerable y mas bien su valor se acerca mas aun a IE= b IB de donde IC=(VTH-VBE)/RE relación que indica que el circuito de polarización universal es bastante estable frente a variaciones de b y casi no siente las variaciones de VBE. El aumento de b hace que el circuito se vuelva mas estable aun y por lo tanto su punto de trabajo poseerá mayor exactitud a los valores por los cuales ha sido diseñado.
13.- Diseñe el circuito de la figura 1.5 polarizándolo correctamente, asuma: ICQ=1mA si Vcc=12V, 50< b <150 y ICBO=0.
sea :
ICQ=1mA IEQ=ICQ=1mA 50< b <150……(a) b RE>=10R2……..(b)
De (a) se tiene: 50RE< b RE<150RE…….(c)
© en (b) 50RE>=10R2 entonces RE>=R2/5.
VCEQ=Vcc/2=12/2=6V (Para una condición de máxima excursión simétrica)
Entonces: -Vcc+VCE+IcRc+IERE=0 pero IE=IC
-Vcc+VCE+Ic(Rc+RE)=0 por lo cual Rc+RE=(Vcc-VCE)/Ic
En Q : VCE=VCEQ=6V Vcc=12V Ic=ICQ=1mA
Rc+RE=(12-6)/1mA=6K W .
Sea RE=1K W (RE<<Rc) entonces Rc=6K-RE=5K W VBE=0.7V
VB=(R2Vcc)/(R1+R2); VE=VB-VBE pero IE=VE/RE entonces VE=IERE=1V entonces VB=1.7V
Como RE>=R2/5 entonces R2<=5K W se elige R2=4K W
Entonces VB= (R2Vcc)/(R1+R2) R1=17.176k W
Por lo cual se elige 20k W (valor comercial)
Entonces VB= (R2Vcc)/(R1+R2)
Despejamos R2 y se concluye que R2=3.3K W (valor comercial)
Ahora: 1/150<1/ b <1/50
por Ic tenemos: Ic/150<Ic/ b <Ic/50
Reemplazando el valor de Ic: 6.67uA<IB<20uA
Entonces el transistor:
VB=(3)(3K)(12)/(20K+3.3K)=VTH=1.699V VBE-VTH+RTHIB+1KIE=0
IE/( b +1)=IB Para b grande IB se puede despreciar
IE= (VTH-VBE)/1K=1mA (0.999mA)
VCEQ=12-(0.999mA)(6K)=6.006V
PQ=VCEQICQ=5.99mW=6mW
Icsat=2ICQ=2mA
VCEmax=15V (sobredimencionado).
Luego tendremos el circuito:
Caract. del Q: Pmax=10mW, VCEmax=15V, Ic sat=4mA, hfe= 50<hfe<150.
14.- Encontrar en un manual las características del transistor usado.
El transistor usado es el BC548.
C B E
VCE=30V VCEOmax=20V Icmax=200mA Ptotmax=300mW
Tjmax=150° C VCBO=30V VBEO=5V
a : Ic=2mA VCE=5V y f=1KHz
entonces : hfe= 125< b <500
15.- Anote observaciones y conclusiones del experimento.
Se observo que el utilizando una resistencia en el emisor de un circuito transistorizado le da a este mayor estabilidad.
Se logro determinar y reconocer ciertas formas que sirvieron para estabilizar una etapa del BJT frente a variaciones de b y cambios de temperatura.
Se comprobó en forma experimental el funcionamiento de la polarización de una etapa de un transistor bipolar BC548 para un punto de operación Q para los diferentes circuitos. es mas estable de todos.
Armado del Circuito - El punto de operación Q es sensible alas variaciones de â y a las variaciones de temperatura
Observamos que el punto Q varía conforme varía la temperatura, esto se consigue con el calor proporcionado por el foco
COMO SE DESPLAZA EL PUNTO DE OPERACIÓN
Simulación.
WinSpice 8.0.
2. Circuito de la fig. 4.1
Con foco (mas temperatura):
3. Fig 4-3
Con el foco:
4. Figura 4-4
Con foco:
5. fig 4-5
Con foco:
6. fig 4-6
Con foco:
7. Fig 4-7
1.- Verificar los terminales del transistor utilizado en la experiencia y comprobar su estado.
2.- Armar el circuito de la fig.1.1. Observar y medir los siguientes valores:
VE = 0V VC = 5.29V R3.9K = 3.85K W
VBE = 0.65V VCE = 5.29V R1.5M = 1.5M W
IE = 0.98mA IC = 0.97mA
Igualmente debe medir los valores exactos de las resistencias usadas en cada experiencia.
Colocar el foco cerca del transistor y transcurridos 30 seg. Volver a observar y anotar:
VCE = 5.18V VE = 0V
IC = 0.98mA VC = 5.18V
Tocar el transistor para apreciar su temperatura.
- el transistor se encuentra a mayor temperatura de lo normal, debido a que el foco le transmite temperatura, elevando así la temperatura del transistor.
3.- Armar el circuito de la fig. 1.2 y repetir las medidas del paso 2.
R1K=1000 W .
VE = 0.859V VC = 5.67V
VBE = 0.644V VCE = 4.81V
IE = 0.86mA IC = 0.86mA
Colocando el foco: VCE = 4.6V
IC = 0.88mA
4.- Armar el circuito de la fig.1.3 y repetir las medidas del paso 2. R100K=99.7K W .
VE = 0.00V VC = 1.729V
VBE = 0.666V VCE = 1.729V
IE = 1.89mA IC = 1.89mA
Colocando el foco: VCE = 1.68V
IC = 1.87mA
- las variaciones observadas al medir con el foco son debido a que el transistor varia su funcionamiento a cambios de temperatura.
5.- Armar el circuito de la figura 1.4 y repetir el paso 2.
VE = 1.45V VC = 2.9V
VBE = 0.66V VCE = 1.49V
IE = 1.46mA IC = 1.46mA
Colocando el foco: VCE = 1.4V
IC = 1.35mA
6.- Armar el circuito de la fig. 1.5 y repetir el paso 2.
VE = 1.172V VC = 4.43V
VBE = 0.653V VCE = 3.26V
IE = 1.19mA IC = 1.18mA
Colocando el foco: VCE = 3.22V
IC = 1.2mA
- se observa también que el Vce disminuye a mayor temperat. e Ic aumenta.
7.- Armar el circuito de la figura 1.6 y repetir el paso 2.
VE = 0.724V VC = 4.23V Colocando el foco: VCE = 5.02V
VBE = 0.655V VCE = 4.95V IC = 1.22mA
IE = 1.23mA IC = 1.23mA
CUESTIONARIO
Haga el análisis teórico y compare con los valores experimentales y grafique la recta de carga y los puntos Q
TABLAS DE COMPARACION
Datos experimentales:
Circuito 1 2 3 4 5 6 7
Ve (V) 0.0000 0.8590 0.0000 1.8750 1.1360 0.7240 0.6950
Vbe (V) 0.6400 0.6440 0.6660 0.6560 1.1200 0.6550 0.6390
Vc (V) 4.4100 5.6700 0.0560 1.9440 4.5800 4.2300 4.2500
Vce (V) 4.4000 4.8100 0.0560 0.0560 3.4400 4.9500 4.9400
Ie (mA) 1.1900 0.8600 2.3700 1.8900 1.1200 1.2300 1.2000
Ic (mA) 1.1800 0.8600 2.2900 1.8100 1.1200 1.2300 1.2000
DATOS TEORICOS
Asumiendo un promedio igual a 175 se encontraron los siguientes resultados:
Circuito 1 2 3 4 5 6 7
Ve (V) 0.0000 0.8716 0.0000 1.5324 1.1058 -0.7702 0.6950
Vbe (V) 0.7000 0.7000 0.7000 0.7000 0.7000 0.7000 0.6390
Vc (V) 5.2719 5.6634 1.7646 3.1004 4.7668 4.2266 4.2500
Vce (V) 5.2719 4.7918 1.7646 1.5680 3.6610 4.9968 4.9400
Ie (mA) 0.9739 0.8716 1.8793 1.5324 1.1058 1.2469 1.2000
Ic (mA) 0.9683 0.8666 1.8686 1.5237 1.0995 1.2399 1.2000
Haciendo la comparación mediante errores absolutos:
(datos teóricos - datos experimentales)
Circuito 1 2 3 4 5 6 7
Ve (V) 0.0000 0.0126 0.0000 0.0824 0.0662 1.4942 0.0662
Vbe (V) 0.0500 0.0560 0.0340 0.0400 0.0470 0.0450 0.0470
Vc (V) 0.0181 0.0066 0.0356 0.2004 0.3368 0.0034 0.3368
Vce (V) 0.0181 0.0182 0.0356 0.0780 0.4010 0.0468 0.4010
Ie (mA) 0.0061 0.0116 0.0107 0.0724 0.0842 0.0169 0.0842
Ic (mA) 0.0017 0.0066 0.0214 0.0637 0.0805 0.0099 0.0805
7.- Justificar porque un cambio de b provoca un desplazamiento del punto de trabajo.
El desplazamiento que produce un cambio b en el punto de trabajo se debe a que en la polarización de cualquier transistor se cumple que Ic= b IB e IB es constante y depende de la polarización. Al hacer un cambio de b , la corriente del colector ICQ va a variar y consecuentemente variara VCEQ. Por tanto, esta variación de b provoca un desplazamiento del punto Q sobre la recta de carga del transistor.
8.- Razonar porque las condiciones de corte y saturación determinan la recta de carga para un circuito concreto.
La razón se puede observar debido a que las condiciones de corte y saturación determinan la recta de carga es que estas regiones de corte y saturación son las más allegadas a los ejes coordenados de las x y de los y, respectivamente y es en estas condiciones donde un par de puntos para definir la recta son mas fáciles de calcular.
Para el caso de las condiciones de corte se toma el valor de Ic=0 y se obtiene coordenadas en x, mientras que para las condiciones de saturación, se toma el valor de VCE=0 y se obtiene la coordenada en y. De esta recta trazada se obtiene el punto de trabajo Q del transistor y dicho punto pertenece además a la curva característica del transistor utilizado en el circuito.
9.- Indicar el tipo de polarización que ofrece la mejor y peor estabilidad del punto de reposo a variaciones de b y temperatura.
La polarización más estable de las configuraciones es la red de polarización con divisor de voltaje de la figura 1.5. Si se satisface la condición b RE>>10R1, el voltaje Vb permanecerá suficientemente constante para los niveles cambiantes de Ic. El voltaje de base a emisor de la configuración se determina por Vbe=Vb-Ve. Si Ic aumentara, Ve se incrementaría de la manera descrita y para Vb constante, decaería Vbe. Una caída de Vbe establecerá un nivel bajo de Ib, el cual intentara compensar el nivel incrementado de Ic.
La configuración que ofrece la peor estabilidad es la polarización fija de la figura 1.1 y esto se debe a que la configuración es muy sensible a las variaciones de Ico y además es sensible a los cambios de b con la temperatura.
10.-¿Cual es la ventaja de usar una resistencia en el emisor de un circuito transistorizado?
La ventaja de usar una resistencia en el emisor de un transistor es la de permitir una mayor estabilidad. Es decir que las corrientes y voltajes de polarización cd se mantienen mas cerca de los puntos fijados por el circuito, aun cuando cambien las condiciones extremas como tensión de alimentación, la temperatura incluso en b del BJT.
11.- Es la polarización por realimentacion de corriente por colector tan eficaz como la polarización tipo H.
Los dos tipos de polarización de transistor son estables pero el mas eficaz es la polarización tipo H, el cual es mas estable frente a variaciones de b con la temperatura y a variaciones de VBE con la temperatura.
12.- Explicar en forma resumida el comportamiento del circuito de polarización universal ante un posible incremento de b .
El comportamiento del circuito de polarización universal conocido también como configuración de polarización con divisor de voltaje ante un incremento de b , la corriente de base Ib disminuye en gran cantidad pues:
El voltaje base a emisor es determinado por VBE=VB-VE. El voltaje de base VB=VTH, indica que el voltaje de base es constante y no depende del b del transistor. VE=REIE, indica que al aumentar b IE, se incrementa y por lo tanto VE aumenta lo que causa un decaimiento del voltaje base a emisor. El incremento en IE no es considerable y mas bien su valor se acerca mas aun a IE= b IB de donde IC=(VTH-VBE)/RE relación que indica que el circuito de polarización universal es bastante estable frente a variaciones de b y casi no siente las variaciones de VBE. El aumento de b hace que el circuito se vuelva mas estable aun y por lo tanto su punto de trabajo poseerá mayor exactitud a los valores por los cuales ha sido diseñado.
13.- Diseñe el circuito de la figura 1.5 polarizándolo correctamente, asuma: ICQ=1mA si Vcc=12V, 50< b <150 y ICBO=0.
sea :
ICQ=1mA IEQ=ICQ=1mA 50< b <150……(a) b RE>=10R2……..(b)
De (a) se tiene: 50RE< b RE<150RE…….(c)
© en (b) 50RE>=10R2 entonces RE>=R2/5.
VCEQ=Vcc/2=12/2=6V (Para una condición de máxima excursión simétrica)
Entonces: -Vcc+VCE+IcRc+IERE=0 pero IE=IC
-Vcc+VCE+Ic(Rc+RE)=0 por lo cual Rc+RE=(Vcc-VCE)/Ic
En Q : VCE=VCEQ=6V Vcc=12V Ic=ICQ=1mA
Rc+RE=(12-6)/1mA=6K W .
Sea RE=1K W (RE<<Rc) entonces Rc=6K-RE=5K W VBE=0.7V
VB=(R2Vcc)/(R1+R2); VE=VB-VBE pero IE=VE/RE entonces VE=IERE=1V entonces VB=1.7V
Como RE>=R2/5 entonces R2<=5K W se elige R2=4K W
Entonces VB= (R2Vcc)/(R1+R2) R1=17.176k W
Por lo cual se elige 20k W (valor comercial)
Entonces VB= (R2Vcc)/(R1+R2)
Despejamos R2 y se concluye que R2=3.3K W (valor comercial)
Ahora: 1/150<1/ b <1/50
por Ic tenemos: Ic/150<Ic/ b <Ic/50
Reemplazando el valor de Ic: 6.67uA<IB<20uA
Entonces el transistor:
VB=(3)(3K)(12)/(20K+3.3K)=VTH=1.699V VBE-VTH+RTHIB+1KIE=0
IE/( b +1)=IB Para b grande IB se puede despreciar
IE= (VTH-VBE)/1K=1mA (0.999mA)
VCEQ=12-(0.999mA)(6K)=6.006V
PQ=VCEQICQ=5.99mW=6mW
Icsat=2ICQ=2mA
VCEmax=15V (sobredimencionado).
Luego tendremos el circuito:
Caract. del Q: Pmax=10mW, VCEmax=15V, Ic sat=4mA, hfe= 50<hfe<150.
14.- Encontrar en un manual las características del transistor usado.
El transistor usado es el BC548.
C B E
VCE=30V VCEOmax=20V Icmax=200mA Ptotmax=300mW
Tjmax=150° C VCBO=30V VBEO=5V
a : Ic=2mA VCE=5V y f=1KHz
entonces : hfe= 125< b <500
15.- Anote observaciones y conclusiones del experimento.
Se observo que el utilizando una resistencia en el emisor de un circuito transistorizado le da a este mayor estabilidad.
Se logro determinar y reconocer ciertas formas que sirvieron para estabilizar una etapa del BJT frente a variaciones de b y cambios de temperatura.
Se comprobó en forma experimental el funcionamiento de la polarización de una etapa de un transistor bipolar BC548 para un punto de operación Q para los diferentes circuitos. es mas estable de todos.
Armado del Circuito - El punto de operación Q es sensible alas variaciones de â y a las variaciones de temperatura
Observamos que el punto Q varía conforme varía la temperatura, esto se consigue con el calor proporcionado por el foco
COMO SE DESPLAZA EL PUNTO DE OPERACIÓN
Simulación.
WinSpice 8.0.
2. Circuito de la fig. 4.1
Con foco (mas temperatura):
3. Fig 4-3
Con el foco:
4. Figura 4-4
Con foco:
5. fig 4-5
Con foco:
6. fig 4-6
Con foco:
7. Fig 4-7