Amplificador Diferencial Con Bjt 4u4u18

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRÓNICA

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL CON BJT REPORTE DE LA PRÁCTICA N° 7

RESUMEN Verificar las características básicas de un amplificador BJT.

………………………………………………………………………………………………

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OBJETIVOS 1) Medir el punto de operación en D.C. (todas las corrientes y todos los voltajes). 2) Medir la ganancia diferencial. 3) Medir la ganancia en nodo común. 4) Calcular la relación de rechazo en nodo común (RRNC). ……………………………………………… MARCO TEORICO

 TRANSISTOR BJT

El transistor de unión bipolar (del inglés bipolar junction transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:  Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga. 

 Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector. 

 Colector, de extensión mucho mayor. Figura 1. Modelo del transistor BJT.

 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Amplificador diferencial es un arreglo realizado mediante transistores, es el circuito principal de los amplificadores operacionales integrados comerciales y de muchos otros circuitos integrados, se verá el caso del amplificador diferencial construido a partir de transistores bipolares o BJT. Algunas de las características importantes del amplificador diferencial son su alta impedancia de entrada, una ganancia de tensión alta, un valor alto en cuanto al rechazo en modo común.

Figura 2. Amplificador Diferencial

 AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Figura 4. Fuente de corriente por divisor de voltaje.

Figura 3. Diagrama de un OPAMP LM741.

Se trata de un dispositivo electrónico que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): Vout = G·(V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. El OPAMP ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero. ……………………………………………… DESARROLLO TEÓRICO Primero antes que nada nos dedicamos a realizar los cálculos para construir nuestra fuente de corriente de 2mA y para ello nos basamos en la primera de las dos opciones que nos dio el profesor, que fue por divisor de voltaje, el cual es como el que se muestra a continuación en la figura 4:

Para este circuito se dan las ecuaciones:

=> =>

Vb = R1/(R1+R2) Ve = Vb – 0.7v Ie = ( Ve – ( -Vee ) ) / Re == Ic

Proponemos R1 y R2 = 6.8k y de esto, obtenemos que:

Vb = (6.8k / 13.6k) (-15v) = -7.5v => Ve = -7.5v – 0.7v = -8.2v Sí queremos una corriente Ic = 2mA:

Ie = (-8.2v + 15v) / Re = 2mA Despejamos para finalmente obtener el valor de Re:

Re = (-8.2v + 15v) / 2mA Re = 3.4kΩ

Ahora que ya obtuvimos nuestra fuente de corriente y la complementamos a nuestro circuito, procedimos a realizar nuestro análisis teórico completo de este circuito y para ello partimos de la instrucción del profesor que era aterrizar las bases de los transistores como se muestra en el siguiente diagrama, para hallar las corrientes y voltajes:

(A) Ic Ib Ie Volts (V) Vc Vb Ve Vce Vbc Vbe

991u 6.71u 998u

961u 6.71u 967u

T1

T2

5.09 0 -0.62 5.71 -5.09 0.62

5.25 0 -0.62 5.87 -5.25 0.62

Fuente de corriente: Amperes (A) Ic Ib Ie Figura 5. Diagrama en punto de operación Par Diferencial.

Q1=Q2 V1=V2=0

2m 1.11m 2.01m Volts (V)

Vc -1.01 Vb -7.54 Ve -8.18 DESARROLLO EXPERIMENTAL

Veq = -Vbe Zona activa <=> Io =< 2Vcc/Rc Ic1 = Ic2 = Io/ 2 α N = Io/2 β>>1 Vcq = Vcc – (Io/2) Rc Vce1 =Vce2 =Vcc + Vbe – (Io/2) Rc Dadas las ecuaciones, de estas mismas partimos para obtener nuestros valores de las corrientes y voltajes requeridos en el circuito que a continuación de muestran: Amperes

T1

T2

 MATERIAL 2 Resistencias de 390Ω 1 Resistencia de 6.8kΩ 2 Resistencias de 10kΩ 1 Resistencias de 2.9kΩ (serieparalelo)  2 Transistores 2N2222A    

Con la ayuda del análisis procedimos a medir las corrientes y voltajes tanto para la fuente de corriente como para lo demás, donde nos pudimos dar cuenta que al principio había problemas ya que nuestro circuito nos daba exactamente unas

corrientes y voltajes similares, cosa que después nos pudimos dar cuenta que eso era señal de un error en el circuito. Cabe mencionar antes que nada que a la hora de realizar estas mediciones, fue necesario modificar la resistencia emisor de la fuente de corriente, ya que esta no daba los 2mA exactos, daba una corriente de 1,78mA, asi es que decidimos ajustar esa resistencia que acabó siendo de 2.9K. Una vez teniendo eso, procedimos a hacer las mediciones, obteniendo los siguientes valores: Amperes (A) Ic Ib Ie Volts (V) Vc Vb Ve Vce Vbc Vbe

T1

T2

931u 107u 1m

903u 107u 1m

T1

T2

5.89 0 -0.62 6.47 -5.81 0.62

6.05 0 -0.62 6.66 -5.96 0.63

Amperes (A) Ic Ib Ie

Figura 6. Conexión para calcular Ad.

Procedimos a medir con el osciloscopio el voltaje Vo+ con una punta y el Vo- con otra

para poder visualizar ambas curvas y así mismo poder restarlas: =>

Vin = Vd = 200mV Vo = 2.86v

Y ahora como última modificación en el circuito, para la tercera parte fue necesario colocar ambas bases en un solo nodo, como se muestra a continuación:

2.1m 158m 2m Volts (V)

Vc Vb Ve

-1.02 -8.13 -8.74

Para lo siguiente que fue medir la ganancia diferencial, para ello se le aplicó una señal en escala de mV a una base y la otra se dejó aterrizada como se muestra en la siguiente imagen:

Figura 7. Conexión para calcular Acn.

Teniendo así nuestro circuito, procedimos a hacer las mediciones aunque ahora implementando una señal ya no en escala de mV sino con una escala de volts, y así finalmente obtener: Con

=>

=> RRNC = P = log ( 14.3v / 120mV ) =>

RRNC = P = 41.52

Vin = Vcn = 2.5v Vo = 300mV

Ahora solo con estos valores para la parte cuatro nos ayudamos con la siguiente fórmula para calcular el valor de la relación de rechazo en nodo común:

RRNC = p =20 log (Ad / Acn) ………………………………………………

En esta misma sección de resultados, si pueden dibujan las señales del osciloscopio, cada con la que es………………….

RESULTADOS Dados nuestros resultados anteriores: 2) Ganancia diferencial:

=> =>

Ad = Vo / Vd Ad = 2.86v / 200mV Ad = 14.3 V

3) Ganancia en nodo común:

=> =>

Acn = Vo / Vcn Acn = 300mV / 2.5v Acn = 120mV

4) Relación de rechazo en nodo común:

RRNC = P = log ( Ad / Acn )

 DIAGRAMA DEL CIRCUITO

Figura 8. Circuito final: Par Diferencial. ……………………………………………… CONCLUSIONES

……………………………………………… BIBLIOGRAFIA [1] Boylestad, R. L., Nashelsky, Louis. Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos. PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009. [2] Thomas I. Floyd: Dispositivos Electrónicos. [3] S. Sedra, K. C. Smith. Circuitos Micro electrónicos, Saunders College Publishing, 1992. [4] Horenstein Mark N. Microelectrónica circuitos y dispositivos. 2a. Ed. Prentice Hall, 1997

[5] Paul B. Zbar,Albert Paul Malvino,Michael A. Mille. Prácticas de electrónica.