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Práctica 9
BJT como amplificador en
configuración de emisor común con
resistencia de emisor
Índice General
9.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9.2. Introducción teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9.3. Cálculo del punto de polarización . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9.4. Realización práctica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9.1. Objetivos
En esta práctica el alumno volverá a utilizar el transistor bipolar (BJT) como
amplificador en configuración de emisor común. La diferencia sobre la práctica
anterior es que ahora el circuito presenta una resistencia en el emisor que modifica la polarización del circuito y también su ganancia. La principal ventaja que
presenta el amplificador de emisor común con resistencia de emisor es que hace
al circuito amplificador mucho más estable frente a la temperatura y también hace
que la dependencia de la ganancia con la el parámetro β del transistor sea mucho
menor.
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PRÁCTICA 9. EMISOR COMÚN CON RESISTENCIA DE EMISOR
9.2. Introducción teórica
Se va implementar el circuito que se muestra en la Figura 9.1.
R1
Vcc=12v
Rc
C1
+
Q1 VCE
Vs
VBE
R2
Ve
Re
Vbb
-
Figura 9.1: Circuito amplificador con transistor bipolar en configuración de emisor
común con resistencia de emisor
9.3. Cálculo del punto de polarización
Para conseguir implementar un amplificador con un transistor BJT se deberá
polarizar el BJT para que este opere en su región activa de funcionamiento. El circuito de polarización es similar al estudiado en teoría, y las relaciones que modelan
el punto de operación o punto de polarización del circuito serán:
R2
R1 + R2
(9.1)
VB ≈ VBE + IC RC
(9.2)
VB = VCC
9.3. CÁLCULO DEL PUNTO DE POLARIZACIÓN
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(9.3)
VCC = IC (RE + RC ) + VCE
donde IC y VCE representan la corriente de colector y tensión colector-emisor
del transistor bipolar, respectivamente.
En el circuito de la Figura 9.1, el condensador C1 desacopla la componente de
continua de la señal de entrada del circuito de polarización del transistor.
9.3.1. Cálculo de la ganancia en tensión del amplificador
Para el cálculo de la ganancia en tensión del amplificador se habrá de analizar
el circuito de pequeña señal del circuito utilizando para el transistor su circuito
equivalente simplificado. El circuito de pequeña señal correspondiente al circuito
amplificador en estudio se representa en la Figura 9.2.
ib
+
+
hie
Ve
R1
R2
ib hfe
Rc
Vs
Re
-
-
Figura 9.2: Circuito de pequeña señal del amplificador con BJT en configuración
de emisor común con resistencia de emisor.
En el análisis teórico del circuito de pequeña señal no se tendrá en cuenta la
dependencia de la ganancia en tensión con la frecuencia, y por tanto, las relaciones
que modelan el comportamiento del circuito serán:
Av =
Vs
Ve
(9.4)
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PRÁCTICA 9. EMISOR COMÚN CON RESISTENCIA DE EMISOR
Vs = −hf e ib Rc
(9.5)
Ve = ib [hie + (hf e + 1)RE ]
(9.6)
hf e R C
hie + (hf e + 1)RE
(9.7)
Av = −
Siendo hie y hf e los correspondientes parámetros h del transistor. El signo menos
que aparece en la expresión de la ganancia refleja que la señal de salida está invertida con respecto a la señal de entrada.
9.4. Realización práctica
9.4.1. Análisis del circuito amplificador con BJT
Empleando las expresiones dadas en la introducción teórica de la práctica calcule el punto de polarización del BJT (el BJT se encuentra en activa) y rellene la
Tabla 9.2. Determine la tensión en todos los nodos del circuito así como las corrientes que circulan por las distintas ramas (corriente de colector, IC , corriente de
base, IB , corrientes que atraviesan las resistencias R1 y R2 , I1 e I2 respectivamente).
Los valores de las resistencias y condensadores junto al modelo del transistor se
encuentran en la Tabla 9.1.
R1 = 10kΩ
R2 = 1kΩ
RC = 1,8kΩ
Q1 : 2N 2222
C1 = 1µF
RE = 100Ω
Tabla 9.1: Valores de los componentes del circuito
Vcc =
Vce
Vbe
12V
Ib =
Ic =
Ie =
I1 =
I2 =
Tabla 9.2: Tensiones y corrientes del circuito
9.4. REALIZACIÓN PRÁCTICA
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Una vez conocido el punto de polarización, calcule la ganancia en tensión del
amplificador de pequeña señal empleando para ello las expresiones que se dan en
la introducción teórica de la práctica, y considerando unos valores de hf e ∼
=β ∼
=
200 y hie = 1KΩ. Rellene por ello la Tabla 9.3.
Av = [u.n.]
Av = [dB]
Tabla 9.3: Ganancia del circuito
Refleje en la memoria de la práctica los cálculos realizados y exprese la ganancia
del amplificador tanto en unidades naturales como en unidades logarítmicas.
9.4.2. Caracterización experimental del circuito amplificador con
BJT
Polarización del circuito amplificador
Utilizando la placa de circuito impreso que se ha proporcionado con el material
de laboratorio alimente el circuito con una fuente de tensión fija independiente
de Vcc = 12V . Mida la tensión de emisor, colector y base utilizando el voltímetro
digital. Refleje en la memoria de la práctica los valores de estas tensiones.
VCE =
VBE =
Tabla 9.4: Valores de tensión medidos experimentales
Ganancia en tensión de pequeña señal del circuito amplificador
Una vez que se ha polarizado el circuito correctamente se pasa a calcular la
ganancia en tensión de pequeña señal del circuito amplificador.
Introduzca como señal de entrada Ve (t), una señal senoidal proporcionada por
el Generador de funciones, cuya frecuencia sea de 8KHz, y amplitud necesaria para
obtener a la salida una señal, Vs (t), con amplitud igual a 2.5V. Anote este valor de
amplitud de entrada que permanecerá fija a lo largo de toda la práctica.
PRÁCTICA 9. EMISOR COMÚN CON RESISTENCIA DE EMISOR
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Ae =
Tabla 9.5: Amplitud de entrada
Visualice en el canal I del osciloscopio la señal a la entrada del circuito y en el
canal II la señal de salida. Podrá observarse como la señal de salida está invertida
respecto de la señal de entrada como ya se predijo en el análisis teórico. En la
memoria de la práctica deberá representarse la medida realizada con el osciloscopio, indicando la base de tiempos y el factor de deflexión utilizado para cada
canal.
Cambiando la frecuencia de señal de entrada que proporciona el generador de
funciones obtenga los resultados necesarios para completar la Tabla 9.6.
Entrada
f (Hz)
50
100
170
220
350
600
900
1.2k
2.1k
3.2k
5.1k
8k
12k
20k
32k
50k
80k
100k
200k
500k
700k
1Meg
Salida
As
Característica del amplificador
Av =
As
Ae
As
Av = 20log A
e
Tabla 9.6: Valores experimentales
Desf ase : φs − φe
9.4. REALIZACIÓN PRÁCTICA
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A partir de los resultados de la Tabla 9.6, represente gráficamente en la memoria
de la práctica las siguientes funciones:
1. Gráfica 1: Ganancia en tensión en unidades naturales en función de la frecuencia.
2. Gráfica 2: Ganancia en tensión en unidades logarítmicas en función de la
frecuencia.
3. Gráfica 3: Desfase de la señal de salida respecto de la entrada en función de
la frecuencia.
Comparación de las ganancias del circuito amplificador en configuración de emisor
común con y sin resistencia de emisor.
Finalmente, compare los resultados de ganancia obtenida en esta práctica (amplificador con BJT en configuración de emisor común sin resistencia de emisor) con
los resultados de ganancia de la práctica anterior (amplificador con BJT en configuración de emisor común con resistencia de emisor), y discuta los resultados.