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Informe No.1 Electrónica II
INFORME No.1 DE ELECTRONICA II
POLARIZACIÓN
ESPEJOS DE CORRIENTE CON TRANSISTORES BJT
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
BOGOTÁ D.C
OBJETIVOS
Objetivos generales

Comparar la polarización primitiva con la polarización utilizando espejos de corriente
Objetivos Específicos

Montar el diseño de la red resistiva clásica de polarización para los valores representados
en la tabla de valores iniciales

Polarizar el transistor utilizando fuente de corriente, para las mismas condiciones del paso
anterior, medir y anotar en tabla 2 y comparar los resultados

Utilizar una carga activa, utilizando fuentes de corriente, a cambio de Rc (con transistores
PNP con características similares a los del arreglo CA3086) para las mismas condiciones
anteriores.
MARCO TEORICO
Las fuentes de corriente son ampliamente utilizadas en circuitos electrónicos integrados como
elementos de polarización y como cargas activas en etapas amplificadoras. Estas fuentes en
polarización resultan más insensibles a variaciones de las tensiones de polarización y de la
temperatura, y son más económicas que los elementos resistivos en términos de área de ocupación,
especialmente cuando las corrientes son bajas. Las fuentes de corriente como cargas activas
proporcionan resistencias incrementales de alto valor resultando etapas amplificadoras con elevada
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Informe No.1 Electrónica II
ganancia operando incluso con bajos niveles de tensiones de polarización. Así, la ganancia típica en
tensión de una etapa en emisor común es:
𝐴𝑣 ≈–
ℎ𝑓𝑒∗𝑅𝑐
ℎ𝑖𝑒
(1)
Para obtener una gran ganancia, debe utilizarse una RC muy grande que resulta una solución
inviable en un circuito integrado por dos motivos: una resistencia de difusión alta ocupa un área
prohibitiva y una RC grande tiene una caída de tensión muy elevada que complicaría la polarización
del amplificador. Las fuentes de corriente eliminan ambos inconvenientes y permiten lograr
ganancias del orden de 10.000 en una simple etapa con carga de corriente.
POLARIZACIÓN PRIMITIVA
La polarización del BJT se realiza mediante tensión continua y consiste en preparar el transistor para
que trabaje en la región activa dentro de un circuito en el cual se le quiere utilizar, se busca que a
través del colector circule una cantidad de corriente IC, y a su vez se obtenga una tensión entre el
colector y el emisor VCE para esa cantidad de corriente IC, a esto se le llama obtener el punto de
operación o punto Q del transistor. La corriente IC va depender de la corriente en la base IB que
exista en la malla de entrada, esto porque 𝐼𝑐 = 𝛽 ∗ 𝐼𝐵, la VCE dependerá de la malla de salida del
circuito, para ver esto será de utilidad uso de las curvas características y la ecuación de recta de
carga.
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Ilustración 1. Polarización clásica o primitiva
POLARIZACIÓN CON ESPEJOS DE CORRIENTE
Debido a la alta ganancia de un amplificador operacional, las corrientes de polarización deben ser
pequeñas. Las corrientes de colector típicas se encuentran alrededor de 5µA. A menudo se
requieren resistores grandes para mantener corrientes pequeñas, y estos resistores ocupan áreas
igualmente grandes en el circuito integrado. Por tanto, es deseable reemplazar estos resistores por
fuentes de corriente.
Ilustración 2. Polarización con espejos de corriente
3
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POLARIZACIÓN CON CARGA ACTIVA
En los amplificadores operacionales convencionales las cargas del colector son resistores. La
ganancia diferencial es:
𝐴𝑣 =
𝑉𝑜
𝑉𝑖
𝑅𝑐
= − ℎ𝑖𝑏 = −
𝑅𝑐∗𝐼𝑐𝑞
𝑉𝑇
(2)
Con el fin de conseguir una ganancia de tensión grande, el producto RC*ICQ debe ser grande. Esto
requiere valores grandes ya sea de resistencia o de tensión de fuente de alimentación. Como el valor
de la fuente de alimentación por lo regular es fijo, se requieren resistores grandes.
Ilustración 3. Polarización con carga activa
ARREGLO DE TRANSISTORES CA3086
El CA3086 consta de cinco NPN de silicio de uso general transistores en un sustrato monolítico
común. Dos de los transistores están conectados internamente para formar un diferencialmente
par conectado. Los transistores de la CA3086 son muy adecuadas para una amplia variedad de
aplicaciones en sistemas de baja potencia a frecuencias de DC a 120MHz. Se pueden usar como
transistores discretos en circuitos convencionales. Sin embargo, también proporcionan las muy
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significativas ventajas inherentes únicas a los circuitos integrados, tales como compacidad, facilidad
de manipulación física y térmica.
Ilustración 4. Arreglo CA3086
PROCEDIMIENTO ANÁLITICO
Análisis del circuito primitivo con BJT
Análisis de ecuaciones de entrada:
6𝑣 = 𝐼𝑐 ∗ 𝑅𝑐 + 𝑉𝑐𝑐 + 𝐼𝑒 ∗ 𝑅𝑒 − 6𝑣
Tomando en cuenta que:

VRE ≃ VRC ≃ VCE

VRE = 𝐼𝑐 ∗ 𝑅𝑒
 VRC = VRE = 𝐼𝑐 ∗ 𝑅𝑒
Como es una malla sumamos los voltajes y resolvemos la ecuación:
6𝑣 = 𝑉𝑟𝑒 + 𝑉𝑟𝑐 + 𝑉𝑐𝑒 − 6𝑣
12𝑣
= 𝑉𝑟𝑒 = 4𝑣
3
5
(3)
Informe No.1 Electrónica II
Luego como tenemos que ICQ = 0,4mA:
𝑉𝑟𝑒 = 𝐼𝑐 ∗ 𝑅𝑐 = 4𝑣
Despejamos 𝑅𝑐:
𝑅𝑐 =
𝑉𝑟𝑒
𝐼𝑐
4𝑣
= 0,4𝑚𝐴 = 10𝑘Ω = 𝑅𝑒
(4)
ECUACIÓN ESTATICA DE ENTRADA
6𝑣 = 𝐼𝑏 ∗ 𝑅𝑏 + 𝑉𝑏𝑒 + 𝐼𝑒 ∗ 𝑅𝑒
𝐼𝑒 = (ℎ𝑓𝑒 + 1) ∗ 𝐼𝑏
5,4𝑣 = 𝐼𝑏(𝑅𝑏 + (ℎ𝑓𝑒 + 1)𝑅𝑒)
5,4𝑣 ∗
𝑅𝑏 = 5,4𝑣 ∗
ℎ𝑓𝑒
− (ℎ𝑓𝑒 + 1)𝑅𝑒 = 𝑅𝑏
𝐼𝑐𝑞
100
− (101)10𝐾Ω = 340𝐾Ω
0,4𝑚𝐴
6
(5)
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VCC
6V
10kΩ
R1
Q1
340kΩ
10kΩ
R3
R4
Ilustración 5.Cooriente de
colector
2N2222A
V1
6V
Ilustración 5.Simulación de la
Polarización clásica
Ilustración 5.Voltaje Colector
emisor
Ilustración 6.Voltaje en Rc
Ilustración 8.Voltaje en Re
Para poder obtener la ganancia del circuito podemos emplear la ecuación 1 obteniendo:
0,4𝑚𝐴
)∗
26𝑚𝑉
𝐴𝑣 = − (
10𝐾𝛺 = −153,84
(6)
TABLA DE DATOS
Medido
4,17
Vrc (V)
Cal.
4
%E
4,25
Medido
4,14
Vce (V)
Cal.
4
%E
3,5
Medido
3,68
Vre (V)
Cal.
4
Tabla 1. Valores de voltajes y corrientes para el circuito clásico
7
%E
8
Medido
0,413
Ic (mA)
Cal.
0,4
%E
3,25
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POLARIZACIÓN CON FUENTE DE CORRIENTE (UTILIZANDO ESPEJOS DE CORRIENTE
𝑅𝑝 =
𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑏𝑒
𝐼𝑐𝑞
=
(6−0,6)𝑣
0,4𝑚𝐴
= 13,5𝑘Ω
(7)
Tenemos que:
𝐼𝑒 = 𝐼𝑐 + 𝐼𝑏 = (ℎ𝑓𝑒 + 1) ∗ 𝐼𝑏
Ecuación estática de entrada:
6𝑣 = 𝐼𝑏 ∗ 𝑅𝑏 + 𝑉𝑏𝑒 + 𝑉𝑟𝑒 − 6
𝑉𝑟𝑒 = 4𝑣
(12 − 4 − 0,6)𝑣 = 𝐼𝑏 ∗ 𝑅𝑏
𝑅𝑏 = 7,4𝑣 ∗
ℎ𝑓𝑒
𝐼𝑐𝑞
= 7,4𝑣 ∗
100
0,4𝑚𝐴
= 1,85𝑀Ω
(9)
VCC
6V
R6
1.85MΩ
R5
10kΩ
Q4
Ilustración 11. Corriente en el colector
13.5kΩ R7
R2
10kΩ
Q3
Q2
2N2222A
2N2222A
2N2222A
V2
6V
Ilustración 12. Voltaje en
Colector-emisor
Ilustración 9. Simulación de polarización
con fuentes de corrientes
Ilustración 13. Voltaje en Re
Ilustración 10. Voltaje en Rc
8
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TABLA DE DATOS
Medido
4,34
Vrc (V)
Cal.
4
%E
8,5
Medido
4,3
Vce (V)
Cal.
4
%E
7,5
Vre (V)
Cal.
4
Medido
3,33
%E
16,75
Medido
0,43
Ic (mA)
Cal.
0,4
Tabla 2. Valores de voltajes y corrientes para el circuito con fuentes de corrientes
POLARIZACIÓN CON CARGA ACTIVA
Tomamos los datos anteriores como resultado del análisis de los dos anteriores:
ECUACION ESTATICA DE ENTRADA
6𝑣 = 𝐼𝑏 ∗ 𝑅𝑏 + 𝑉𝑏𝑒 + 𝑉𝑟𝑒
(10)
𝑉𝑟𝑒 = 4𝑣
(6 − 4 − 0,6)𝑣 = 𝐼𝑏 ∗ 𝑅𝑏
𝑅𝑏 = 1,4𝑣 ∗
ℎ𝑓𝑒
𝐼𝑐𝑞
100
= 1,4𝑣 ∗ 0,4𝑚𝐴 = 400𝐾Ω
(11)
VCC
6V
Q6
Q5
R8
13.5kΩ
R11
10kΩ
Ilustración 16. Corriente en colector
Q7
400kΩ
R9
2N3906
R10
10kΩ
2N3906
2N2222A
V3
6V
Ilustración 14. Simulación del circuito de
polarización con carga activa
Ilustración 17. Voltaje en Rc
9
%E
7,5
Informe No.1 Electrónica II
Ilustración 15. Voltaje en Re
Ilustración 18. Voltaje en colectoremisor
TABLA DE DATOS
Medido
3,19
Vrc (V)
Cal.
4
%E
20,25
Medido
3,97
Vce (V)
Cal.
4
%E
0,75
Medido
3,94
Vre (V)
Cal.
4
%E
1,5
Medido
0,39
Ic (mA)
Cal.
0,4
Tabla 3. Valores de voltajes y corrientes para el circuito con carga activa
Para obtener la ganancia se aplica la ecuación para esta representación Emisor-Común teniendo en
cuenta los datos que se obtuvieron del Datasheet de los fabricantes de los transistores CA3086 y de
los transistores PNP los cuales tienen los valores de respectivamente:
hoe2=15,6μS y hoe1=40μS, para lo cual:
𝐴𝑣 = −𝑔𝑚 ∗ 𝑅𝐿
0,1𝑚𝐴
1
(12)
1
𝐴𝑣 = − ( 26𝑚𝑣 ) (40𝜇𝑆 || 15,6𝜇𝑆) = −276,6
(13)
COMENTARIOS
Cuando se calculan las ganancias de voltaje en D.C nos damos cuenta que su valor más alto es en la
configuración con carga activa, ya que el transistor es polarizado positivamente en su base, y a su
vez de acuerdo a las resistencias de colector y emisor los voltajes que caen en ellos
10
%E
2,5
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aproximadamente iguales cada uno ayuda al mejoramiento de la estabilidad de corriente en el
colector. Ya que la corriente de referencia hace la gran mayoría un mejoramiento en las ganancias
en cada etapa donde la corriente fluye por la carga.
CONCLUSIONES

Se encontró un fenómeno observado es la variación de los voltajes en la malla de salida en
cada uno de los 3 circuitos, el que mejor estabilidad presento en los voltajes fue el circuito
de polarización primitiva con valores cercanos a los calculados mientras que los otros dos
circuitos presentan porcentajes de error más altos lo cual es importante para el
mejoramiento de la estabilidad del circuito.

Las polarizaciones por carga activa y fuente de corriente permiten una mejor ganancia de
voltaje respecto al circuito de polarización universal pero al lograr esto afecta la distribución
equitativa de voltajes en la malla de salida debido a que al implementar espejos de
corrientes, que aunque aseguramos una corriente constante, la impedancia que estos traen
afecta el voltaje consumido por cada elemento. El echo anterior se logra observar con
claridad en la práctica al analizar las ganancias obtenidas, el circuito que logro obtener la
mejor ganancia fue el de carga activa.
BIBLIOGRAFÍA
 Electronica II - Universidad Autónoma Metropolitana.pdf
 Electrónica digital práctica: tecnología y sistemas.pdf
 Savat.edicion2, fuentes de corriente
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