LABORATORIO N°2 CONFIGURACION DARLINGTON OBJETIVOS:
Determinar las características de operación de un amplificador de corriente transistorizado
MARCO TEÓRICO Transistor Darlington Estructura interna, configuración de patillas, ganancia de corriente. El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una alta ganancia de corriente. Está compuesto internamente por dos transistores bipolares que se conectan es cascada. Ver la figura. El transistor T1 entrega la corriente que sale por su emisor a la base del transistor T2. La ecuación de ganancia de un transistor típico es: IE= ß x IB (Corriente de colector es igual a beta por la corriente de base). Entonces analizando el gráfico:
Reemplazando en la ecuación anterior el valor de valor de IE1 (ver ecuación (1)) se obtiene la ecuación final de ganancia del transistor Darlington.
Como se puede deducir, este amplificador tiene una ganancia mucho mayor que la de un transistor corriente, transistor corriente, pues aprovecha la ganancia de los dos transistores (la ganancias se multiplican). Si se tuvieran dos transistores con ganancia 100 (ß = 100) conectados como un transistor Darlington y se utilizara la fórmula anterior, la ganancia sería, en teoría: ß2 x ß1 = 100 x 100 = 10000. Como se ve es una ganancia muy grande. En la realidad la ganancia es menor. Se utilizan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas grandes con corrientes muy pequeñas. Muy importante: La caída de tensión entre la base bas e y el emisor e misor del transistor Darlington es 1.4 voltios que resulta de la suma de las caídas de tensión de base a emisor del primer transistor B1 a E1 (0.7 voltios) y base a emisor del segundo transistor B2 y E2 (0.7 voltios).
INFORME PREVIO 1. Mencione aplicaciones de la Configuración Darlington y algunos códigos de su versión de circuito integrado.
En la interfase para conectar la EVM con cualquier equipo de radio, la interfase consta de dos integrados Darlington ULN2803 que sirven para incrementar la intensidad de las señales TTL que les llegan, y otros elementos más. Cuando se quiere controlar un motor o motor o un relé, necesitas emplear un dispositivo que sea capaz de suministrar esta corriente. Este dispositivo puede ser un circuito Darlington Para alimentar una carga como un pequeño motor de corriente continua. Son ampliamente utilizados para accionar las aletas solenoide impulsado y luces intermitentes en las máquinas de pinball electromecánico. Una señal de la lógica de unos pocos miliamperios de un microprocesador, amplificada por un transistor de Darlington, fácilmente cambia un amperio o más a 50 V en una escala de tiempo medido en milisegundos, según sea necesario para el accionamiento de un solenoide o una lámpara de tungsteno En resumen se utilizan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas grandes con corrientes muy pequeñas. Algunos códigos de circuitos integrados con configuración Darlington son: NTE2077, NTE2078, NTE2084, NTE2079, NTE2082, NTE2083, NTE2087 y NTE2088. El TIP120 es un ejemplo de par Darlington, tiene un encapsulado del tipo TO220 como el de la figura.
2. En el circuito de la Fig. 2.1 calcular los puntos de reposo.
Análisis en CC
Se tiene el siguiente circuito equivalente:
De la figura anterior se tiene lo siguiente: ) )
))
)) ) )) ) ) )) ) ) ))
3. Calcular la ganancia de corriente, ganancia de voltaje, impedancia de entrada, impedancia de salida.
Análisis en ca Se tiene el siguiente circuito equivalente
De la figura anterior se tiene lo siguiente
Hallando re1 y re2
Encontrando la relación i3 a ib1 i3 . R3 ib1 .r e1 . 1 ib 2 .r e 2 . 2 i3 . R3 ib1 . 2.r e 2 . 1 ib 2 .r e 2 . 2 i3 . R3 2.ib1 . 2. 1.r e 2
i3
2.ib1 . 2. 1.r e 2
R3
Hallando Ii = if i f i3 ib1 i f
2.ib1. 2. 1.r e 2
R3
ib1
2.ib1. 2. 1.r e 2 1 R3 2.r 1 i f ib1. 1. 2. e 2 R 3 1 . 2 i f ib1
Hay que tomar en cuenta que: i3 ic 2 i3 ic 2
2.ib1. 2. 1.r e 2
R3 2.ib1. 2. 1.r e 2 R3
2.ib 2 2. 1.ib1
2.r i3 ic 2 2. 1.ib1. e 2 1 R3 El voltaje de entrada Vg es: V g i f . R f ib1 .r e1. 1 ib 2 .r e 2 . 2 (i3 ic 2 ). R 2 || R1 || R E || R L V g i f . R f ib1 .r e 2 . 2. 1 ib1 1.r e 2 . 2 (i3 ic 2 ). R 2 || R1 || R E || R L
2.r 1 2.r V g ib1. 1. 2. e 2 . R f 2.ib1.r e 2 . 1. 2 2. 1.ib1. e 2 1 . R 2 || R1 || R E || R L R3 R3 1. 2 2.r 1 2.r e 2 V g ib1 . R f 2.r e 2 e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L . 1. 2. R3 R3 1. 2
Hallando la impedancia de entrada Zi
2.r e 2
2.r . R f 2.r e 2 e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L V g R3 R3 1. 2 Z i i f 2.r 1 ib1. 1. 2. e 2 3 1 . 2 R 2.r e 2 1 2.r e 2 R r R R R R . 2 . 1 . 2 || 1 || || f e2 E L R3 1. 2 R3 Z i 2.r e 2 1 R3 1. 2 2.r 2.r e 2 e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L R3 Z i R f 2.r e 2 1 R3 1. 2 1 1 . R 2 || R1 || R E || R L 1 3 2 . R r e 2 Z i R f 7.26 M 1 1 3 2 . . 1 . 2 R r e2 ib1 . 1. 2.
1
Hallando
i0 i0
(i3 ic 2 ). R 2 || R1 || R E
R1 R 2 R E R L (i3 ic 2 ). R 2 || R1 || R E . R L
R L .( R1 R 2 R E R L )
(i3 ic 2 ). R 2 || R1 || R E || R L
R L .( R1 R 2 R E )
2.r e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L R3 R L .( R1 R 2 R E )
2. 1.ib1.
i0
El voltaje de salida es:
V 0 i0 . R L
2.r e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L R3 . R L R L .( R1 R 2 R E )
2. 1.ib1. V 0
2.r e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L R3 R1 R 2 R E
2. 1.ib1. V 0
Hallando la ganancia de voltaje Av
2.r e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L R3 V R1 R 2 R E AV 0 V g 2.r 1 2.r ib1. 1. 2. e 2 . R f 2.r e 2 e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L R3 R3 1. 2 1 1 . R 2 || R1 || R E || R L 3 2 . R r e 2 R1 R 2 R E AV 1 1 1 1 . R f 1 . R 2 || R1 || R E || R L 3 2 . . 1 . 2 3 2 . R r R r e2 e 2 2. 1.ib1.
AV
1
1 1 . 1 R f R3 2.r e 2 . 1. 2 R1 R 2 R E . 1 1 1 . R 2 || R1 || R E || R L R3 2.r e 2
0.99
Hallando la ganancia de corriente Ai
2.r e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L R3 i R L .( R1 R 2 R E ) Ai 0 i f 2.r 1 ib1. 1. 2. e 2 R 3 1 . 2 2.r e 2 1. R 2 || R1 || R E || R L R3 Ai 598.7 2.r e 2 1 R L .( R1 R 2 R E ). R 3 1 . 2 2. 1.ib1.
Hallando la impedancia de salida Zo
Volvemos a graficar el circuito colocado una fuente Vo en la salida, haciendo corto en Vg y retirando la resistencia de carga RL:
De la figura anterior se tiene las siguientes ecuaciones:
4. Indique el objetivo de utilizar la red constituida por R1, R2, R3, C2 en el circuito de la fig. 2.1 La presencia de resistencias y de condensadores es para poder polarizar los transistores y de esta manera poder trabajar en pequeñas señales para hacer el amplificador. La función del condensador es de retroalimentar al amplificador Darlington además, el objetivo de implementar en el circuito Darlington el R1, R2, R3 es para aumentar la impedancia de entrada y obtener mayor ganancia de corriente. A pesar que la ganancia de voltaje tiende a disminuir.
MATERIALES Y EQUIPOS
ORC MULTIMETRO GENERADOR DE SEÑALES FUENTE DC TRANSISTORES : (2) 2N2222 RESISTORES CONDENSADORES
Multímetro Digital Un multímetro, a veces también denominado putillo polímetro a tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintas magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.
Fuente de Poder En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.).
Protoboard Una placa de pruebas, también conocida como protoboard o breadboard, es una placa de uso genérico reutilizable o semipermanente, usado para construir prototipos de circuitos electrónicos con o sin soldadura. Normalmente se utilizan para la realización de pruebas experimentales. Además de los protoboard
plásticos, libres de soldadura, también existen en el mercado otros modelos de placas de prueba.
Generador de Señales Un generador de señales, de funciones o de formas de onda es un dispositivo electrónico de laboratorio que genera patrones de señales periódicas o no periódicas tanto analógicas como digitales. Se emplea normalmente en el diseño, test y reparación de dispositivos electrónicos; aunque también puede tener uso artístico.
Osciloscopio Un osciloscopio es un instrumento creado por NILET y sirve de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.
CUESTIONARIO FINAL
1.- Compare sus datos teóricos con los obtenidos en la experiencia 1.- Sin señal:
Q1VCEQ1 =6.08V Q2VCEQ2 =6.68V
2.- Puntos de reposo: VB=6.63V
VB=2.79V
VC=8.32V
VCC=15V
3.- Mida: Av=
0.0945
Ai= 10
4.-Medir la impedancia de entrada: Zi= 1.3kΩ
5.- Con un potenciómetro de 10k. Mida la impedancia de salida mediante el método máxima transferencia de potencia. Zo= 2.1Ω
6.- Mida el ancho de banda encontrado el punto de corte inferior y superior FL= 8HZ FH=18KHZ BW=17.99KHZ
2.- Dibuje algunos esquemas prácticos en donde se encuentre la aplicación Darlington Las aplicaciones pueden ser muy variadas y entre ellas están preamplificadores de señales muy bajas como audio, video, señales provenientes de sensores como termopares, sensores de presión, etc. El arreglo Darlington es también usado para controlar cargas pequeñas a partir de circuitos de lógica combinacional, es decir un TTL algunas veces no da la potencia suficiente a la salida para excitar un transistor BJT por lo que se usa un par Darlington Un ejemplo sencillo de aplicación es el siguiente: Cuando el pulsador permanece sin accionar la tensión en la base del Darlington es cero y por lo tanto está en corte, no circulan corrientes y el motor permanece
parado. Si se acciona el pulsador, la tensión en la base aumenta y se pasa a saturación, en este momento, el Darlington permite el paso de corriente y el motor se pone en marcha. Como la ganancia de corriente es de 1000 aproximadamente, si se hace circular una corriente de 1 mA por la base por el colector circulará una corriente de 1000 mA es decir de un Amperio. La resistencia R1 limita la corriente que entra por la base. Por otra parte la caída de tensión entre la base y el emisor del Darlington se corresponde con la caída de tensión en dos diodos de silicio en polarización directa, es decir 1,4 V. El diodo en paralelo con el motor protege al Darlington del pico de corriente que produce el bobinado del motor en el mismo momento en el que el Darlington pasa de saturación a corte debido a la fuerza contra electromotriz
3.- Que modificaciones realizaría al circuito experimentado experimentado ¿Por qué? Disminuiría la alta capacidad de entrada para que ya no presente una respuesta en frecuencia pobre.
4.- De acuerdo al experimento. Cuáles son las conclusiones Una conexión Darlington de transistores proporciona un transistor que tiene una ganancia de corriente muy elevada, se reconoce a la red como emisor-seguidor. El voltaje de salida siempre es ligeramente menor que la señal de entrada, debido a la caída de la base al emisor, pero la aproximación por lo general es buena. A diferencia del voltaje del colector, el voltaje está en fase con la señal. Esto es, tanto como mantendrán sus valores pico positivo y negativo al mismo tiempo. El transistor bipolar como amplificador y el circuito amplificador en emisor común. Podemos fijar el punto de trabajo del transistor, dejando accesible el terminal de base para poder introducir la señal de entrada, y el del colector para poder extraer la de salida, y trabajar así, en pequeña señal, en la configuración de emisor
BIBLIOGRAFÍA Teoría de Circuitos. R. Boylestad http://ieee.udistrital.edu.co/concurso/electronica2/darlington.htm http://ieee.udistrital.edu.co/concurso/electronica2/darlington.htm http://roble.cnice.mecd.es/~jsaa0039/cucabot/darlington-intro.html http://www.dialelec.com/112.html http://www.pwrx.com/pages/poductos/diamond.html
