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pruícrtc,qs coN PSPICE INDICE 1.0. INTRODUCCION. 2.0. nLANTEAMTENTq DE LA pruícrtc,q. 3.0. TR-AzADo DE LAS oURVAS c,eRAcrnRisrICAS DE (IN TRANSISTOR. 3.r. cuRVAs c,qn lcrrnisrlcAs DE coLECToR. 3.2. TRAZADO DE LA RECTA DE CARGA. s.s. ztscctó^r DEL ptrNTo DE TRABATq. s.t. cÁtcuLo DE I-4 RESISTENCIA DE...

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pruícrtc,qs coN PSPICE INDICE 1.0. INTRODUCCION. 2.0. nLANTEAMTENTq DE LA

pruícrtc,q.

3.0. TR-AzADo DE LAS oURVAS c,eRAcrnRisrICAS DE (IN TRANSISTOR. 3.r. cuRVAs c,qn lcrrnisrlcAs DE coLECToR. 3.2. TRAZADO DE LA RECTA DE CARGA. s.s. ztscctó^r DEL ptrNTo DE TRABATq. s.t. cÁtcuLo DE I-4 RESISTENCIA DE IALIDA (R). 3.5. CURVAS DE ENTRADA. s.o. cÁtcuLo DE r-4 RESISTENCIA DE yALIDA.

4.0.

poLARrzACróN y ESTABrLrzActótv

»nt rRANSrsroR.

4.1. CIRCUITO DE POL/IruZICIÓN FIJA. 4.2. oTRCUITo DE por,ARIZActóN UNTqERSAL. 4.3. INFLUENCIA DE 1,,4 TEMPERATURA Y DE L,4$, EN I,A

ESTABILTzAcnó¡,I

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pol,AruzlctóN.

EL TRANSISTOR BIPOLAR COMO AMPLIFICADOR. s.r. AMnLIFTcADqR EN EMrsoR colwúN. - DIFERENCIA DE FASE.

- GANANCTA »r rzNstóN yANCHo DE BANDA. - INFLAENCIA DEL CONDENSADOR DE EMISOR. - coMpRoBActótv »g tl IMnEDANCIA DE IALTDA (zo). - GANANCIA DE POTENCIA CON RLs Zo. s.2. AMzLIFICADqR EN coLECToR colw(tN. - DIFERENCIA DE FASE. - GANANCTA on rgustót,{ E TNTENSIDAD.

pruícrtc,as coN PSPICE ESTUDIO

Y

ANALISIS DEL TRANSISTOR 2N2222

t.o. rNTRooucctóN. El nivel al que va dirigido esta serie de prácticas denho de1 currículo de enseñanzas es eI módulo de Electrónica General del Ciclo Formativo de Grado Medio ELE-21 "Eqaipos Electrónicos de Consttmo". Con estas prácticas se pretende que los/as alumnos/as afiancen sus conocimientos sobre transistores vistos en la Unidad Didáctica "Introducción al transktor". Las prácticas realizadas con PSPICE permiten que se realicen supuestos, (cambios de temperatura, analisis en frecuenci4 cambio de transistores) de una manera rápiday concisa, cosa que con componentes reales sería dificultoso y aburrido.

2.0. PLANTEAMIENTO DE LA PruíCTIC,¿. El objetivo final

es estudiar el comportamiento de un transistor como amplificador de

pequeñas señales. Para ello partimos del siguiente planteamiento:

Diseñar un amplificador de pequeña señal, con el transistor 2N2222, este estará conectado a unafuente de alimentación de 12 V. y la corriente de colector enreposo será alrededor de 5 mA. Los pasos a seguir son los siguientes: - Obtención de las curvas características de colector. - Trazado de la recta de carga y elección del punto de trabajo. - Elección del tipo de polarización más adecuado. - Montaje y comprobación del amplificador.

3.0. OBTENCIÓN DE LAS C(IRVAS CARACTERíSTICAS DE UN TRANSISTOR.

Las curvas características del transistor relacionan entre sí todas las magnitudes de tensión e intensidad de corriente que se dan en el mismo, como son: la tensión colector-emisor (V""), la tensión base-emisor (Vss ), Ia tensión colector-base (V.u ), la corriente de base (I" ), la corriente de colector (Ic ) y la corriente de emisor ([ ). De esta forma, conociendo las curvas características se puede entender el funcionamiento del transistor, así como determinar la mayor parte de los aspectos que definen al mismo, como pueden ser: parámetros c y p, resistencia de Pedro Rafael Navarro Gómez

Prácticas con PSPICE.

Estudio y análisis del trawistor 2N2222

entrada y resistencia de salida, ganancia de tensión, determinación del punto de funcionamiento de un transistor y otras más.

3.1. CURVAS CARACTERÍSTICAS DE COLECTOR.

Lamayoiade los circuitos con transistores utilizan el emisor como terminal común entre la entrada y la salida, actuando la base como electrodo de entrada y el colector como electrodo de salida, siendo el emisor común a los circuitos de entrada y salida. El funcionamiento del transistor en emisor común es el siguiente: Cuando la polarización directa de del diodo emisor-base supera aproximadamente 0,7 V (para los transistores de silicio), los electrones libres,

V*

que provienen del emisor, traspasan la delgada capa de la base, en dirección al colector, empujados por el fuerte potencial eléctrico causado por la poLanzación inversa V"u .

Fig.l Se llama característica de colector de un transistor en emisor común la curva representativa de la corriente de colector en función de la tensión colector emisor. [c:"f(Vc") para cte].

I":

Una forma de realización consiste en aplicar entre colector y emisor una tensión creciente y anotar cada valor de ésta la correspondiente corriente que circula por el colector. Para hallar toda la familia de curvas se repite el trabajo para cada valor de la corriente de base IB. El montaje apropiado se muestra en la figura 2. La forma correcta de rcalizar las curvas características de colector es cambiando la fuente de tensión de polarízación de base V* por una fuente de intensidad constante Iu.

Fig.2

Pedro Rafael Navarro Gómez

Prácticas con

PSPICE.

Estudio y análisis del transistor 2N2222

La realización de esta práctica con componentes reales se hace bastante pesada, pues además derealízar numerosas medidas de Iu, I"y V", generalmente no es fácil conseguir fuentes de intensidad constante y hay que estar ajustando constantemente para cadavalor de V"u para que I" no varíe.

V*

Con el simulador PSPICE se obtienen la familia de curvas de colector, de una manera úpíday muy fácil de comprender. El circuito parulaobtención de las curvas de colector con el PSPICE puede apreciarse en la figura 3. VCC

02 N2222

Unavez hecho el esquema hay que configurar el anrílisis, este será del tipo DC Sweep, para configurar la fuente de tensión VCC, después elegr Nested Sweep para configurar IB, como puede verse en las figuras 4 y 5.

Fig.5

Pedro Rafael Nayarro Gómez

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Estudio y análisis del transistor 2N2222

Prácticas con PSPICE.

Una vez hecha la configuración del análisis en continua se guatda el esquema y se procede a la simulación, si hubiera errores, hay que examinar el archivo de salida (Output) y corregir éstos. Después con el programa PROBE hay que sacar las curvas correspondientes, en el eje horizontal o de las X se representará las tensiones, como el análisis principal se hace variando VCC, el eje X tendrá como referencia la fuente VCC, por 1o que habrá que cambiar está según la figuras 6 y 7, y elegir enAxis Variable V(C)-V(E) que es sin duda V"" .

Fig' 7

Fig.6

Unavez cambiada la referencia del eje X por V(C)-V(E) en el menú de Trace elegir la opciónAdd (añadir) y optar por la variable IC(QI) que coffesponde a la intensidad de colector. Con todo esto obtendremos las curvas características de colector, como puede verse en eI Gráfico 1 (adjunto). Estas gráficas pueden guardarse para su posterior utilización

eligiendo el menú Tools la opción Dkplay Control y salvando la sesión con el nombre con el que quer¿rmos identificarla,p.e. Curvas de colector, para posteriormente poder recuperar estás curvas sin repetir el proceso anterior. (Figura 8). Fig.8

3.2. TRAZADO DE I.,A RECTA DE CARGA. Unavezque se han obtenido las curvas de colector, se puede averiguar como se comporta el transistor en cada una de las diferentes resistencias de colector y base del circuito de la figura 9. Para ello se trazaráuna línea de carga sobre las curvas de colector. En la figura 9 se muestra un transistor NPN en configuración de emisor común. Para determinxlacorriente que circula por el colector, podemos aplicar la2u Ley de Kirchhoff a la rama colector emisor.

Pedro Rafael Navarro Gómez

Prácticas con

PSPICE.

Estudio y andlisis del transistor 2N2222

Obtendremos entonces la siguiente ecuación: Vcc: Rr.Ic + Vcr

Despejando.I., obtendremos la ecuación que define la recta de carga:

I-C

VCC _VCE R

C

Fig.9

Partiendo de esta ecuación hay que determinar los puntos de corte de la recta con los ejes de coordenadas que vienen definidos por:

Ic:

Ir*r-opataVrr:0 e Vrr: máxima :

0 para

Vcc

Como en el planteamiento del problem4 se especiftcabaque la Ic: 5 mA y V6" : 12 V, y según los consejos para el punto de trabajo de un tansistor en pequeña señal, se determina que f 2 . Ir; con 1o que Ir.*: l0 mA

"**:

Con estor datos podemos determinar obtenemos un valor de 1.200 O

R.,

despejando de la ecuación de la recta de carga

Paratrazar la recta de carga en el simulador Probe sobre las curvas de colector añadimos una nueva trazadeftruda por: (12- (v@ - v(E)))/L200 Siendo 12 la tensión VCC

y 1200la resistencia de colector R..

El resultado

el gráfico 2.

se aprecia en

3.3. ELECCIÓN DEL PTTNTO DE TRABAJO. Con las curvas de colector y la recta de carga puede averiguarse el punto exacto de trabajo (Q) del transistor, para determinarlo basta buscar el punto de encuentro de la recta de cilga con las diferentes intensidades de base y elegir la que este mas cercana al punto medio de la recta de carga, para que la señal que se aplique a la base del transistor para ser amplificada, no llegue a las zonas de corte y saturación del transistor, en caso contrario podría distorsionar la señal. Para saber las coordenadas exactas de I" y V"" , activar en el menú desplegable Tools y en este la opción Cursor y a su vez eÍL este la opción Display, para obtener unos ejes de referencia, puede apreciarse en la figura 10. Para milcar el punto de trabajo elegir en el menú Tools la opción Label y en este la opción Mark y en el punto de corte elegido aparecerán las coordenadas de I" y Vcp , como puede verse en la figura 11.

Pedro Rafael Nayarro Gómez

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Prácticas con

PSPICE.

Estudio y análisis del transistor 2N2222

Fig.11

Fig.10

El resultado de la recta de carga y del punto de trabajo pueden verse en el gráfico 2 adj

unto. Obteniendose los siguientes resultados :

Vcs:6

Vr

Ic:5,0256 mAr IB:28 pA

3.4. CÁLCULO DE L,4 RESISTENCIA DE SALIDA. Se puede decir que la resistencia de salida de un transistor es la que presenta visto desde los bornes de salida. (figura 12).

Fig. 12

Como para un montaje en emisor común, la tensión de salida es V"u y la corriente de salida I. , el valor de esta resistencia se calcula aplicando la ley de Ohm de esta forma:

V *o=ff,=ff V^^

Mediante las curvas de colector será fácil determinar la resistencia de salida del transistor, ya que estás relacionan los valores de V"u con I". Esta resistencia adquirirá valores diferentes para cada una de las intensidades de base. En las curvas de colector y sobre la intensidad de base correspondiente a 28 ¡tA, se puede determinar la resistencia de entrada, aprovechando la utilidad de los cursores.

Pedro Rafael Navarro Gómez

Estudio y análisis del transistor 2N2222

Prácticas con PSPICE.

En el prograÍñProbe y recuperando las curvas de colector, eligiendo en Tools. Cursor y Display, con el botón derecho escoger el primer punto que puede ser el de trabajo: / cE- 6 Vr Ic:510256

U:lrt"

ú

Y con el botón izquierdo del ratón seleccionar el segundo punto que puede VcB:10 V,Ic= 5,2790 trA

ser:

Al seleccionar Cursor y Display aparece en pantalla además un cuadro denominado Probe Cursor con referencia a los dos cursores y hallando las diferencias entre ambos, con lo que obtenemos directamente los incrementos, como puede verse en la figura 13

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EEE,

5

-2711

6.808§, 5. Ir.

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253 .51

Fig. 13

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253,517

x

10-6

ls.76s

Q

El resultado obtenido puede verse en Lagrá"Jlrca3. 3.5. CURVAS DE ENTRADA. CARACTERíSTICA In=f(V',nil PARA V"r= cte. Mediante esta curva podemos determinar los efectos que producen las variaciones de la tensión de polarización Vr" sobre la corriente de base f . Estas gráficas reciben el nombre de curvas características de entrada o de transferencia. Las curvas que se obtienen son muy similares a la de un diodo cuando se polariza directamente.

El esquemapara obtener las curvas de entrada con el PSPICE

Pedro Rafael Noyarro Gómez

es del de la

figura 14.

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Prácticas con

PSPICE.

Estudio y análisis del transistor 2N2222

El tipo de aftilisis seúDC Sweep perc ahora la fuente principal será de corriente y es IB, mientras que la fuente siguiente (DC Nested Sweep) es VCE, las configuraciones pueden verse en las figuras 15 y 16.

Fig.16

Fig.15

Ahora procederemos ha simular el circuito, en este caso como en el de las curvas de colector hay que cambiar la referencia del eje X, pues lacaraúertstica es I, en función de Vru, entonces X Variable será: V(B)-V(E) es decir Vu" , el resultado puede verse en el gráfico 4. 3.6. C/íLCULO DE I-4 RESISTENCIA DE ENTRADA.

Se podría decir que la resistencia de entrada de un

transistor es la que presenta éste visto desde los bornes de entrada (f...