Transistor BJT; Respuesta en Baja y Alta Frecuencia Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, Escuela de Mecánica Eléctrica, Laboratorio de Electrónica 2, Segundo Semestre 2016, Aux. Freddy Chang

Resumen— Consiste en analizar los circuitos para baja y alta frecuencia por medio de un modelo equivalente y las diferentes formas en la que se comporta el transistor.

INTRODUCCIÓN La práctica trata el estudio del transistor BJT como amplificador de pequeña y alta señal, tomando en cuenta los parámetros por medio de un modelo equivalente, obteniendo las frecuencias baja, media y alta.

Respuesta en Bajas Frecuencias; Amplificador con BJT El siguiente circuito es un transistor BJT con polarización por división de voltaje, es aplicable para las demás configuraciones de polarización de polarización de los transistores BJT. Basta con encontrar la resistencia equivalente apropiada para la combinación RC. Los capacitores 𝐶𝑠 𝐶𝑐 𝑦 𝐶𝐸 determinarán la respuesta en baja frecuencia de la red.

OBJETIVOS  

Analizar las curvas de respuesta en frecuencia, Bajas, Medias y Altas. Realizar el respectivo circuito y compararla con la parte teórica.

MARCO TEÓRICO 𝐶𝑠 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 𝐶𝑐 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐶𝐸 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟 Determinación del efecto Cs, en la respuesta en baja frecuencia

Para los circuitos equivalentes del transistor a)

b)

c)

Bajas Frecuencias:  Ignorar las capacidades internas del transistor.  Incluir los condensadores de acoplo y desacoplo.  Si 𝑠 = 𝑗𝑤 → ∞ aproximar los resultados a frecuencias medias. Frecuencias Medias:  Ignorar las capacidades internas del transistor.  Considerar los condensadores de acoplo y desacoplo como cortocircuitos.  Considerar la ganancia constante. Altas Frecuencias:  Incluir las capacidades internas del transistor.  Considerar los condensadores de acoplo y desacoplo como cortocircuitos.  Si 𝑠 = 𝑗𝑤 → ∞ aproximar los resultados a frecuencias medias.

𝑉𝑖 =

𝑅𝑖 𝑉𝑠 𝑅𝑠 + 𝑅𝑖 − 𝑗𝑋𝐶𝑠

𝑉𝑖 𝑅𝑖 = = 𝑉𝑠 𝑅𝑠 + 𝑅𝑖 − 𝑗𝑋𝐶𝑠 1

= (1 +

𝑋𝐶 𝑅𝑠 1 ) [1 − 𝑗 𝑠 ( 𝑅 )] 𝑅𝑖 𝑅𝑖 1+ 𝑠 𝑅𝑖

1 𝑋 𝑅𝑠 1 + 𝑅 − 𝑗 𝑅𝐶𝑠 𝑖 𝑖

=

1 𝑋𝐶𝑠 𝑅𝑠 (1 + ) (1 − 𝑗 ) 𝑅𝑖 𝑅𝑖 + 𝑅𝑠

𝑋𝐶𝑠 1 1 1 =( )( )= 𝑅𝑖 + 𝑅𝑠 2𝜋𝑓𝐶𝑠 𝑅𝑖 + 𝑅𝑠 2𝜋𝑓(𝑅𝑖 + 𝑅𝑠 )𝐶𝑠 Frecuencia: 𝑓𝑖 =

1 2𝜋(𝑅𝑖 + 𝑅𝑠 )𝐶𝑠

Determinación del efecto 𝐶𝐸 , en la respuesta en baja frecuencia Debemos de definir la red vista por 𝐶𝐸 . Una vez establecido el nivel de 𝑅0 , podemos determinar la frecuencia de corte producida por 𝐶𝐸 utilizando la siguiente ecuación: 𝑓𝐿𝐸 =

Ganancia de voltaje:

𝐴𝑣 =

𝑉𝑖 𝑅𝑖 1 =[ ][ ] 𝑉𝑠 𝑅𝑖 + 𝑅𝑠 1 − 𝑗 (𝑓𝑖⁄ ) 𝑓

𝑅′𝑠 𝑅𝐸 = 𝑅𝐸 || ( + 𝑟𝑒 ) 𝛽

Respuesta en Altas Frecuencias; Amplificador con BJT

La respuesta de media banda o 70.7% es: 𝐴𝑣𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = [

1 2𝜋𝑅𝑒 𝐶𝐸

𝑅𝑖 ] 𝑅𝑖 + 𝑅𝑠

El equivalente de alta frecuencia: Frecuencia de corte:

𝑓𝐿𝑠 =

1 2𝜋(𝑅𝑖 + 𝑅𝑠 )𝐶𝑠

Para pequeña señal con Cs para baja frecuencia

𝑅𝑖 = 𝑅1 ||𝑅2 ||𝛽𝑟𝑒

Determinación del efecto 𝐶𝑐 , en la respuesta en baja frecuencia

Como dicho con anterioridad los capacitores 𝐶𝑆 , 𝐶𝐶 , 𝐶𝐸 en alta frecuencia se encuentran en estado de cortocircuito. Para la solución se aplica en un circuito equivalente en donde: La capacitancia 𝐶𝑖 incluye la capacitancia de entrada 𝐶𝑊𝑖 , de transición 𝐶𝑏𝑒 y la de Miller de entrada 𝐶𝑀𝑖 . La capacitancia 𝐶0 incluye la capacitancia de salida 𝐶𝑊0 , parásita 𝐶𝑐𝑒 y la de Miller de salida 𝐶𝑀0 .

Como el capacitor de acoplamiento normalmente se conecta entre la salida del dispositivo activo y la carga, la configuración de RC que determina la frecuencia de corte inferior debida a Cc, la resistencia total en seria ahora es 𝑅0 + 𝑅𝐿 y la frecuencia de corte debido a Cc es:

𝑓𝐿𝑐 =

1 2𝜋(𝑅0 + 𝑅𝐿 )𝐶𝑐

Al determinar el circuito equivalente de Thévenin de las redes de entrada y salida:

𝑅0 = 𝑅𝐶 ||𝑟0

𝑅𝑇𝐻𝑖 = 𝑅𝑆 ||𝑅1 ||𝑅2 ||𝑅𝑖 𝐶𝑖 = 𝐶𝑊𝑖 + 𝐶𝑏𝑒 + 𝐶𝑀𝑖 = 𝐶𝑊𝑖 + 𝐶𝑏𝑒 + (1 − 𝐴𝑣 )𝐶𝑏𝑐 𝑓𝐻𝑖 =

1 2𝜋𝑅𝑇𝐻𝑖 𝐶𝑖

DESCRIPCIÓN 1.- Complementar e investigar más a detalle sobre los diagramas de Bode para bajas y altas frecuencias, como también sus respectivos cálculos necesarias para graficarlas. (Teórico) 2.- Para bajas frecuencias realizar el siguiente circuito con los siguientes parámetros: 𝐶𝑆 = 10𝜇𝐹 𝐶𝐸 = 20𝜇𝐹 𝐶𝐶 = 1𝜇𝐹 𝑟0 = ∞ 𝑅𝑆 = 1 𝐾Ω 𝑅1 = 40 𝐾Ω 𝑅2 = 10 𝐾Ω 𝑅𝐸 = 2 𝐾Ω 𝑅𝐶 = 4 𝐾Ω 𝑅𝐿 = 2.2 𝐾Ω β = 100 𝑉𝐶𝐶 = 24 𝑉

Obtener las respuestas en frecuencias y ganancias de 𝐶𝑆 , 𝐶𝐶 , 𝐶𝐸, con sus respectivas gráficas. Y compárelas con los datos teóricos. (Práctico y teórico) 3.- Para altas frecuencias tomando de referencia el circuito anterior y utilizando su respectivo modelo equivalente, encuentre ℎ𝑓𝑒 𝑜 𝑓𝛽 , en términos de 𝐶𝜋 𝑦 𝐶𝜇 . (Teórico)

FORMATO DE ENTREGA → Entregar la hoja de calificación adjunta. Todos los resultados deben ir en su respectiva hoja de calificación. → Para los cálculos utilice las 2 caras de la hoja, los cálculos deben de resolverse de forma ordenada y detallada. → La práctica se puede hacer en grupos de máximo de 3 integrantes. → Al momento de entregar la práctica deben solicitar a un auxiliar de laboratorio para que les califique y tome su asistencia. Al terminar de calificar, deben de desarmar su circuito. NO se reciben prácticas, investigaciones, circuitos y tareas tarde.

UNIVERSIDAD SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA MECANICA ELECTRICA LABORATORIO DE ELECTRONICA ELECTRONICA 2 SEGUNDO SEMESTRE 2016 AUXILIAR: FREDDY CHANG #GRUPO:____________ DÍA:______________ HORA:____________

Práctica 1: Hoja de Calificación

Nombres Completos

Carnet

¿Realizó los diagramas de Bode? ¿Desarrollo el circuito para bajas frecuencias? ¿Encontró 𝑓𝛽 ?

Asistencia Si Si Si Si

/ / / /

No No No No

Si / No Si / No

Para uso exclusivo del Auxiliar HORA QUE ENTREGÓ

Nombre de Auxiliar que recibe la práctica, firma y sello

Para uso exclusivo del Auxiliar a Cargo Nota Estudiante 1 Nota Estudiante 2 Nota Estudiante 3

/100 /100 /100

Diagramas de Bode Para bajas frecuencias:

Para altas frecuencias:

CÁLCULOS: