Amplifcador colector común
OBJETIVO:
-Estudiar y analizar el funcionamiento de un amplicador colector común ó emisor seguidor. -Vericar -Vericar sus parámetros y aplicaciones aplicaci ones del amplicador colector común.
CONCEPTOS BASICOS:
Transistores: Al ser el transistor bipolar un dispositivo triterminal son necesarios seis parámetros para determinar el estado eléctrico del mismo tres tensiones y tres corrientes. Aplicando las leyes básicas de resolución de circuitos pueden presentarse dos ecuaciones
!or ello" los parámetros independientes se reducen a cuatro. En un circuito determinado y ba#o la acción de unas e$citaciones concretas" e$istirán unos valores de estos cuatro parámetros %ue caracterizan por completo el estado del transistor. &ic'o cuarteto se denomina punto de operación ()*. +as curvas caracter,sticas más empleadas en la práctica son las %ue relacionan VE con y V/E con / e . /on frecuencia" estas curvas son facilitadas por los fabricantes. /aracter,sticas V/E-/ Estas caracter,sticas también son conocidas como familia de colector" ya %ue son las correspondientes a la tensión e intensidad del colector. En la siguiente gura" se muestran una familia de curvas de colector para diferentes valores constantes de la corriente base.
+as diferencias son claras
En la 0egión Activa la corriente del colector no es totalmente independiente de la tensióncolector-emisor. !ara valores altos de la corriente cobra importancia la resistencia interna del transistor. +a región de saturación no aparece bruscamente para V/E12" sino %ue 'ay una transición gradual. 3,picamente se suele considerar una tensión de saturación comprendida entre 2.4V y 2.5V.
0ecta de carga del transistor 6emos de conocer el comportamiento del transistor traba#ando con una determinada resistencia de carga y averiguar el punto de funcionamiento del mismo. !ara ello" trazamos la recta de carga del transistor en las curvas de colector para poder determinar los puntos de funcionamiento. !ara determinar la corriente %ue circula por el colector (emisor común*" podemos aplicar la ley de 7'm entre los e$tremos de la resistencia de carga 0+. +a tensión aplicada a esta resistencia se corresponderá con la tensión total aplicada por la fuente V// menos la ca,da de tensión %ue se produce entre el colector y el emisor V/E. &e esta forma obtendremos la siguiente e$presión" %ue se corresponderá con la ecuación de la recta de carga
!ara dibu#ar esta recta sobre la cruva caracter,stica" lo primero %ue 'ay %ue 'acer es encontrar sus e$tremos (/12 y V/E12*. !ara V/E12
!ara /12
+levando estos valores a la curva caracter,stica de colector" obtendremos la recta de carga para una determinada resistencia de carga 0+ y una fuente V//. A lo larga de esta recta se pueden distinguir tres partes fundamentales puntos de corte" punto de saturación" punto de traba#o.
El punto de corte es donde la l,nea de carga corta a la curva correspondiente a la corriente de base igual a cero (12*. &ada la escasa polarización directa a %ue %ueda sometido el diodo de emisor-base" la
corriente %ue aparece por el colector es prácticamente nula (sólo circula una pe%ue8,sima corriente de fuga /E7*. 6aciendo una apro$imación" se puede decir" sin e%uivocarse muc'o" %ue el punto de corte se da en la intersección de la recta de carga con el e#e 'orizontal" es decir cuando V/ecorte1V//. El punto de saturación aparece donde la l,nea de carga corta a la intensidad de base de saturación. En este punto" la corriente de colector es la má$ima %ue se puede dar para la operación de transistor" dentro de los l,mites de la recta de carga. 6aciendo una apro$imación" se puede decir %ue el punto de saturación aparece en la intersección de la recta de carga con el e#e vertical" es decir" cuando
!ara corrientes de base superiores a la de saturación se produce también el efecto de saturación en el transistor. El punto de traba#o es a%uél donde el transistor traba#a de una forma normal y %ue" normalmente" se encuentra entre la zona de corte de saturación. !ara determinar el punto de traba#o ()* de transistor para una determinada corriente de base (*" se busca el punto de intersección de la recta de carga con la curva correspondiente a dic'a corriente de base. !or último" 'ay %ue indicar %ue" cuando se dise8a un circuito para un transistor" se tiene %ue procurar %ue el transistor nunca opere por encima de la curva de potencia má$ima. Esto se consigue eligiendo valores adecuados de la tensión de fuente V// y de la resistencia de carga 0+" de tal forma %ue la recta de carga trazada con dic'os valores" esté siempre por deba#o de la curva de potencia má$ima. En la gura siguiente" es es%uematiza esta situación
Confguración colector común: +a terminolog,a de // se deriva del 'ec'o %ue el colecto es común tanto a la entrada como a la salida de la conguración. El colector se conecta a las masas tanto de la se8al de entrada como a la de salida.
!ara describir el comportamiento de la conguración //" se re%uiere de dos con#untos de caracter,sticas !arámetros de entrada 9e relaciona la corriente de entrada (b* con el volta#e de entrada (Vbe* para varios niveles de volta#e de salida (Vce*.
!arámetros de salida 9e relaciona la corriente de salida (e* con el volta#e de salida (Vce* para varios niveles de corriente de entrada (b*.
Parmetros de transistores: Av( ganancia de volta#e* Ai (ganancia de corriente* ;i ;c fase
E./ :edia-alta
// ba#a
/ Alto
:edia-alta
Alta
a#o
:edia :edia 4<2 =
Alta a#a >ase
a#o Alto fase
!E"C#IPCIO$ BA"ICA -A%P&I'ICA!O# CO&ECTO# CO%($: Este circuito de colector común recibe el nombre de seguidor emisor debido a %ue la tensión en el emisor sigue las variaciones de la tensión en la base. Esta disposición ofrece una gran venta#a la ba#a distorsión %ue presenta. +a distorsión de entrada" %ueda prácticamente eliminada al no estar desacoplada en alterna la resistencia de emisor. !or tanto en esta disposición la distorsión a efectos prácticos se 'ar,a presente sólo en el caso de %ue Vi presentará una amplitud e$agerada capaz de sacar al transistor de la zona lineal" tanto a la región de corte como a la de saturación. +a principal aplicación de esta conguración es la de adaptar impedancia" ya %ue la me#or transferencia de se8al entre dos etapas de un circuito se consigue cuando sus impedancias estan bien e%uilibradas.
E)uipos * materiales de la+oratorio:
-
7sciloscopio ?enerador de funciones >uente de alimentación 4 :ult,metro digital
, Transistor BC,.B o e)ui/alente0 5 5 B 4
0esistencias (@* B.BC " B $ 42C !otenciómetros 422 " D2C " 422C /ondensadores (BDV* BBu>" Fu> 3ablero de cone$ión -/able de cone$ión banana Gcocodrilo.
P#OCE"O OPE#ATIVO: 4.
Arme el circuito de la gura H-4.
B.
/onecte un volt,metro entre emisor y colector" var,e ! 'asta obtener una lectura V/E 1 42V.
5.
:ida los volta#es VE" V y V/. Anote el valor de !. VE 1 42.F v V 1 42.I5 v V/ 1 B2.5D v ! 1 4.D J
VO&TAJE !E E%I"O#: PO# %1&TI"I%
VO&TAJE !E &A BA"E PO# %1&TI"I%
VO&TAJE !E CO&ECTO# PO# %1&TI"I%
.
Apli%ue mediante un generador de ba#a frecuencia una Vi 1 422mVpp a 4C6z.
D.
/onecte ambos canales del osciloscopio a la entrada y salida respectivamente. :edir Vi y Vo. &ibu#e ambas formas de onda y observe la relación de fase. Anote ambos datos en la tabla H.4
Onda Vo por multisim
Onda /i por multisim
Entrada
salida
Av
Zi
Zo
Ai
Ap
desfase
CUESTIONARIO:
,0
E2pli)ue en 3orma +re/e confguración colector común0
las
caracter4sticas
de
la
La configuración de colector común se emplea fundamentalmente para propósitos de acoplamiento de impedancia ya que tiene una elevada impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, que es lo opuesto a las configuraciones de base común y de emisor común.
En el circuito de entrada de la configuración de colector común, las características de la base de emisor común son suficientes para obtener la información que se requiera.
50
60
%encione las caracter4sticas principales 3a+ricante para el transistor BC ,. Code
Structure
BC107
NPN
Case style
IC max.
VCE hFE max. min.
TO18 100mA 45V
110
dadas por el
Ptot max.
Category (typical use)
Possible substitutes
300mW
Audio, low power
BC182 BC547
E2pli)ue por )u7 no se desacopla el emisor en una confguración colector común0 La entrada de señal se produce por la base y la salida por el emisor, en vez de por el colector como en el resto de los circuitos. El terminal común para la entrada y la salida es el colector, como su nombre indica. i la unión base emisor est! polarizada directamente, el transistor va a conducir, mientras que si est! inversamente polarizada no lo "ar!. #orque el emisor sigue a la base, lo que quiere decir que la tensión que le apliquemos a la base va a ser reproducida por el emisor. #ara e$plicar este fenómeno supongamos primero que el emisor no tiene conectada dic"a resistencia, y que la base tampoco tiene una resistencia entre ella y la tensión de entrada, olvid!ndonos de lo que tiene el resto del circuito% si la tensión de entrada a la base es m!s positiva que la tensión del emisor, por ejemplo un emisor conectado a & voltios y una base a &,' voltios, la unión base emisor se encontraría polarizada inversamente y el transistor no va a conducir, estar! al corte. in embargo, si la base es m!s negativa (o menos positiva) que el emisor, por ejemplo una base a *,+ voltios, el transistor empieza a conducir. #ero la tensión de la base no puede bajar m!s que un par de dcimas para que el transistor siga funcionando en la región activa, ya que el emisor est! conectado fijo a un potencial y, al no tener una resistencia de emisor, la diferencia no puede ser mayor- en este caso la base tiene que seguir lo que impone el emisor para que el transistor funcione. i colocamos la resistencia de emisor, como sucede en un circuito de colector común y, por ejemplo, tenemos al emisor a una tensión de /& voltios, la base tiene que ser m!s negativa para que el transistor conduzca, al tener que estar la unión base emisor polarizada directamente.
La diferencia con el caso en el que no teníamos resistencia de emisor es que a"ora la base va a tener muc"o m!s rango de valores v!lidos de tensión para que el transistor conduzca. i est! por ejemplo a /*,' voltios, se va a establecer una corriente de base, 01, y, por lo tanto, una corriente de emisor, 0e. 2l circular esta 0e por la resistencia, 3 E, el potencial de emisor va a "acerse m!s negativo (o menos positivo debido a la caída de potencial que se produce al atravesar una resistencia)- por lo tanto, en este caso, el emisor est! siguiendo a la base, ya que al "acer a la tensión de base m!s negativa, la tensión del emisor se "a "ec"o m!s negativa tambin. #or lo tanto, podemos decir que la configuración de colector común es un seguidor de emisor.
80
Compare los /alores teóricos e2perimentalmente de AV9 Ai9 i9 o
con
;0
Indi)ue las 3órmulas para calcular AV9 i * o0
los
o+tenidos
Este circuito no tiene resistencia en el colector y la salida est! conectada a la resistencia del emisor (ver la figura). El voltaje se salida sigue al voltaje en el emisor, sólo que es de un valor ligeramente menor (4.5 6oltios apro$imadamente) Ve = Vb - 0.6 Voltios La ganancia de tensión es% Av = Vout / Vin = Ve / Vb. 7omo 6e es siempre menor que 6b, entonces la ganancia siempre ser! menor a 8. La impedancia de entrada se obtiene con la siguiente fórmula% Zin = (β + 1) x Re 9onde% : es la ganancia de corriente del transistor (dato del fabricante) del gr!fico anterior. El amplificador emisor seguidor (E), o colector común (77. u salida se toma de emisor a tierra en vez de tomarla de colector a tierra, como en el caso del E7. Este tipo de configuración para el amplificador se utiliza para obtener una ganancia de corriente y ganancia de potencia. El E7 tiene un desfasamiento de 8;4 entre las tensiones de base y colector. Esto es, conforme la señal de entrada aumenta de valor, la señal de salida disminuye. #or otra parte, para un Es, la señal de salida esta en fase con la señal de entrada. El amplificador tiene una ganancia de tensión ligeramente menor que uno. #or otro lado, la ganancia de corriente es significativamente mayor que uno. °
<0
=raf)ue la recta de C0C * C0A indicando la m2ima se>al de salida sin distorsión0
.0
?Cul es la 3unción del potenciómetro P en el circuito@ El potenciómetro varia la amplitud de la se8al. +a función del potenciómetro es la de divisor de volta#e" es decir el potenciómetro varia el volta#e %ue entra al transistor" por ende actúa como medidor. K variador.
Conclusiones * o+ser/aciones
