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Ap A p l i c aci ac i o n es c o n l o s t r ans i s t o r es B J T y FET Grupo 2,02/05/2017 Universidad Politécnica Salesiana -Carrera Ingeniería Eléctrica- Sede Cuenca Laboratorio Electrónica Analógica II
Resumen--- En el siguiente contexto se procederá a describir sobre circuitos generadores, esta aplicación es parte de las muchas aplicaciones que tienen los transistores. En este coso utilizaremos transistores jfet y bjt para los circuitos generadores de corriente constante el cual se dara por medio de la variación de las resistencias resistencias del colector colector en el caso del bjt y en el caso del jfet variara la resistencia resistencia del drain, mientras la resistencia sea más baja a la opuesta la corriente permanece constante pero si el valor de la resistencia aumentamos la corriente disminuirá, disminuirá, Además se generara generara un circuito circuito que mediante un osciloscopio se puede observar un diente de sierra. Abstract: In the following context we will proceed to describe about generator circuits, this application is part of the many applications that have the transistors. In this case we will use transistors jfet and bjt for the constant current generating circuits which will be given by means of the variation of the resistances of the collector in the case of bjt and in the case of jfet will vary the resistance of the drain, as long as the resistance is Lower to the opposite the current remains constant but if the value of the resistance increases the current will decrease, In addition a circuit will be generated that by means of an oscilloscope can be observed a sawtooth. Palabras claves: transistor jfet, transistor bjt, circuito diente de sierra.
I. OBJETIVOS
Diseñar, calcular y comprobar el funcionamiento de dos circuitos generadores de corriente constante uno con transistor BJT y otro con transistor FET. Diseñar un circuito para obtener una señal de diente de sierra.
II. INTRODUCCIÓN El siguiente informe detalla la construcción de un circuito electrónico que permite mantener una corriente constante usando un transistor, aun variando la resistencia de carga. Para resolver la práctica se construye dos circuitos cada uno utiliza un tipo diferente de transistor, el transistor BJT y el transistor JFET. De igual manera se detalla el circuito generado mediante una onda cuadrada un diente de sierra, los valores para poder ser validados serán comparados los medidos calculados y simulados.
III. MARCO TEÓRICO TRANSISTOR JFET es un dispositivo mediante el cual se puede controlar el paso de una cierta cantidad de corriente haciendo variar una tensión, esa es la idea principal; existen 2 tipos de JFET los de canal n y los de canal p, se comentará para el caso de JFET de canal n, lo que se comente para el de canal n, es similar para el de canal p, la diferencia será el sentido de las corrientes y las tensiones sobre el JFET; constan de 3 pines, los cuales reciben los nombres de drenaje(D), compuerta(G) y fuente(S); lo que hace el JFET es controlar la cantidad de corriente que circula entre el drenaje y la fuente, esa corriente se controla mediante la tensión que exista entre la compuerta y la fuente.
Fig 1: transistor jfet
Transistor BJT el transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio. En ambos casos el dispositivo tiene 3 patillas y son: el emisor, la base y el colector. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor. El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor. Véase en la figura 2.
Fig. 2. Transistor NPN y PNP
Fuente de corriente constante. Las fuentes de corriente son aquellas que proveen una corriente constante al circuito o resistencia que se les conecta. Por lo tanto si cambia el valor de
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la resistencia de carga, la fuente aumenta o disminuye la diferencia de potencial entre sus bornes, de tal forma de mantener constante la corriente por esa resistencia. El valor de corriente proporcionado por la fuente es constante independientemente del valor de la carga conectada. La aplicación del BJT consiste en armar un circuito de espejo de corriente el cual produce una corriente constante y se utiliza principalmente en circuitos integrados. La corriente constante se obtiene desde una corriente de salida, la cual es la reflexión o espejo de una corriente constante desarrollada en un lado del circuito.
Multímetro. Protoboard Bananas. Generador de funciones Osciloscopio Sondas
V. DESARROLLO Para proceder con la práctica primeramente diseñamos el circuito, calculamos los valores de los componentes y por final comprobamos resultados.
CIRCUITO GENERADOR DE CORRIENTE CONSTANTE UNO CON TRANSISTOR JFET.
Fig. 3. Espejo de corriente. En el otro caso haciendo uso del transistor JFET, se diseñó el circuito de auto polarización para generar una fuente de corriente constante.
Onda diente de sierra.
Fig. 5. circuito corriente kte jfet
Una onda de sierra es un tipo de onda no sinusoide. Recibe su nombre porque su forma se asemeja a la de los dientes de una sierra. La onda de sierra se levanta en forma de rampa y después baja rectamente. V
Para poder realizar los cálculos de circuito primeramente debemos tener algunos valores que son parte del transistor y con los q trabajaremos. Vcc = 15 V IDSS = 21 mA Vp = -5.5 V ID = 8 mA Aplicando la Ecuación de Schokley se puede d espejar el Vgs.
V
t
T
.
Fig. 4. Diente de sierra. IV. MATERIALES
Transistor JFET Transistor bjt Fuente de alimentación.
= 1− √ 8 =(−5.5) 1− √ 21 =−2.10
Una vez obtenido el Vgs, se puede encontrar el valor de la R, como tenemos el valor de la ID podemos decir que es igual a la IS, entonces aplicando ley de ohm obtenemos el valor de la resistencia.
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= = 82.1 =262.5
ID = IS = 8 mA
Para poder verificar variamos el valor de la resistencia RL como se muestra en la fig. 6 y obtenemos los valores de la corriente tomados en diferentes valores óhmicos.
Fig 8. Circuito espejo transistor bjt. Para poder realizar el circuito de la fig 7 es indispensable trabajar con dos transistores de igual ganancia o cercanas, para lograr encontrar el valor de la resistencia nos impones un valor de corriente la cual será la corriente del colector como es un circuito espejo el valor de la R será el mismo para ambas R. Vcc = 5 V. IC = 0.5 mA
Fig. 6: variación de la Rl para toma de datos. RL IC (mA) 22 Ω 8 mA 33 Ω 8 mA 75 Ω 8 mA 100 Ω 8 mA 150 Ω 8 mA 262.5 Ω 8 mA 510 Ω 8 mA 1 k Ω 8 mA 2.9 kΩ 5 mA 5 kΩ 3 mA 20 kΩ 1 mA Tabla 1. Toma de valores de circuito I kte transistor jfet
RC vs IC 10 8 A m r 6 o t c e 4 l o c I 2 0 1
10
100
1000
10000
100000
R colector Fig. 7. Grafica R colector vs I colector.
CIRCUITO ESPEJO GENERADOR DE CORRIENTE CONSTANTE CON TRASISTOR BJT.
1= 2=240
Realizamos la primera malla interna. Vcc = VRc + Vce Vc = Ic * Rc + Vce
= − = 0.5−07 5 =8.6
De igual manera variamos cualquiera de las dos R y la otra se mantenemos fijas y toamos los valores de Ic. R carga IC (mA) 10 Ω 0.59 mA 380 Ω 0.58 mA 500 Ω 0.58 mA 550 Ω 0.58 mA 1 kΩ 0.58 mA 8.4 kΩ 0.5 mA 9.9 kΩ 0.49 mA 17 kΩ 0.28 mA 19 kΩ 0.25 mA 23 kΩ 0.21 mA 66 kΩ 0.07 mA Tabla 2. Toma de valores de circuito espejo.
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= = 2 10 =5 = = =12.12
Rc vs Ic
0,7 0,6
.
0,5 A m0,4 r o t 0,3 c e l o 0,2 c I 0,1
Ib sat = Ib * G
Ib sat = (12.12 uA) (10) = 120.12 uA.
0 1
10
100
1000
10000
100000
R colector
Fig 9. Grafica Rc vs Ic circuito espejo
CIRCUITO SEÑAL DE DIENTE DE SIERRA.
= − 7 = 5−0. =35 120 = 2 = 2(1) 5 =400
Luego de armar el circuito se procede a ver la señal de salida en el capacitor.
Para proceder al diseño y cálculo de este circuito debemos tener en cuenta que debemos enviar una alimentación continua y a la base del transistor enviamos una señal cuadrática con una amplitud a una determinada frecuencia, la cual no enviara la señal la cual será analizada en un capacitor conectado entre el colector y emisor.
Fig. 11. señal diente de sierra tomado durante la práctica.
VI. SIMULACIONES
Simulación circuito corriente constante transistor jfet.
Fig 10. Esquema diente de sierra.
Vcc = 10 V
=165
Ic = 2 mA G = 10 F = 1 kHz VG = 5. T = 1 ms.
Fig 12.simulacion con r 22Ω.
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Fig 13. Simulación con r 33 Ω.
Fig 16. Simulación con r 150 Ω.
Fig 14. Simulación con r 75 Ω.
Fig 17. Simulación con r 262.5 Ω .
Fig 15. Simulación con r 100 Ω.
Fig 18. Simulación con r 510 Ω.
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Fig 19. Simulación con r 1 kΩ.
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Fig. 22. Simulación con r 20 kΩ.
Simulaciones circuito espejo transistores bjt.
Fig 20. Simulación con r 2.9 kΩ. Fig 23. Simulación con r de carga de 22Ω
Fig 21. Simulación con r 5 kΩ.
Fig 24. Simulación con r de carga de 33Ω
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Fig 25. Simulación con r de carga de 75Ω
Fig 29. Simulación con r de carga de 510Ω
Fig 26. Simulación con r de carga de 100Ω
Fig 30. Simulación con r de carga de 1 kΩ.
Fig 27. Simulación con r de carga de 150Ω
Fig 28. Simulación con r de carga de 262.5Ω
Fig 31. Simulación con r de carga de 2.9 kΩ.
Fig 32. Simulación con r de carga de 5 kΩ.
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VII. ANÁLISIS DE RESULTADOS En la tabla tres presentamos los valores medidos y simulados del circuito generador de corriente constante con transistor jfet en el cual se puede ver que la corriente no varía a resistencia menor de carga pero a resistencia mayor de la carga empieza a disminuir la corriente. Abstract. In Table three we present the measured and simulated values of the constant current generator circuit with jfet transistor in which it can be seen that the current does not vary to a lower load resistance but a higher resistance of the load starts to decrease the current. Fig 33. Simulación con r de carga de 20 kΩ.
Fig 34. Simulación con r de carga de 20 kΩ.
Simulación diente de sierra.
RL IC medido (mA) IC simulado(mA) 22 Ω 8 mA 8.733 mA 33 Ω 8 mA 8.729 mA 75 Ω 8 mA 8.717 mA 100 Ω 8 mA 8.711 mA 150 Ω 8 mA 8.697 mA 262.5 Ω 8 mA 8.672 mA 510 Ω 8 mA 8.608 mA 1 kΩ 8 mA 8.608 mA 2.9 kΩ 5 mA 4.507 mA 5 kΩ 3 mA 2.771 mA 20 kΩ 1 mA 0.735 mA Tabla 3. Valores medidos y simulados transistor jfet. En la tabla cuatro de igual manera se representan los valores medidos y simulados en el circuito espejo con dos transistores bjt canal n, en lo cual se puede observar que la corriente no varía a menor Resistencia, pero a mayor resistencia de carga la corriente empieza a disminuir. Abstract. In the same way, the measured and simulated values in the mirror circuit with two transistors bjt channel n are represented in table four, in which it can be seen that the current does not change to a lower resistance, but at higher load resistance the current starts at decrease. R carga IC medido(mA) IC simulado (mA) 10 Ω 0.59 mA 0.527 380 Ω 0.58 mA 0.524 500 Ω 0.58 mA 0.525 550 Ω 0.58 mA 0.524 1 kΩ 0.58 mA 0.524 8.4 kΩ 0.5 mA 0.524 9.9 kΩ 0.49 mA 0.498 17 kΩ 0.28 mA 0.290 19 kΩ 0.25 mA 0.260 23 kΩ 0.21 mA 0.215 66 kΩ 0.07 mA 0.075 Tabla 4. Valores medidos y simulados circuito espejo.
Fig 35. Simulación diente de sierra.
De igual manera el diente de sierra p odemos observar que es parte de una de las múltiples aplicaciones de los transistores. Abstract. In the same way the sawtooth can be observed that it is part of one of the multiple applications of the transistors.
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VIII. CONCLUSIONES En la práctica se pudo verificar que el mantenimiento de la corriente constante se puede realizar por medio de capacitores, el cual cumple un rango que se menor o igual a la resistencia de carga, en ese rango se mantiene constante la corriente y s i se aumenta la resistencia mucho mayor a la resistencia de carga esta corriente disminuirá. También se puede observar que por medio de transistores es posible generar diferentes formas de señales, en nuestro caso se puso en práctica que mediante una onda cuadrática se pueda obtener una señal en forma de diente de sierra. Abstract: In practice it could be verified that the constant current maintenance can be carried out by means of capacitors, which fulfills a range that is less or equal to the load resistance, in that range the current is kept constant and if the Resistance much higher to the load resistance this current will decrease. It can also be observed that by means of transistors it is possible to generate different forms of signals, in our case it was put into practice that by means of a quadratic wave a signal can be obtained in the form of sawtooth.
IX. REFERENCIAS [1] Electrónica básica, 2da edición, Zetina A-Zetina M [2]http://mrelbernitutoriales.com/transistor-jfet/conociendo-el jfet/pruebas-con-el-jfet/curva-de-transferencia-del-jfet/polarizaciondel-jfet/. [3] Es.wikipedia.org. (2016). Transistor de unión bipolar. [online] Available at:
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