Mediciones Sobre Circuitos Electrónicos: Análisis de la configuración cascodo del BJT.

  Hola amigos, hoy voy a compartir una práctica de laboratorio que realicé en la universidad el mes pasado acerca de mediciones sobre circuitos electrónicos, en este caso en específico, la configuración cascodo con BJT en frecuencias medias, altas y bajas.

  Se buscará familiarizarse con la configuración cascodo con BJT. Primero se medirá los puntos de operación de cada transistor, los voltajes y corrientes de cada rama del circuito, para ello se alimentará el circuito con una fuente de voltaje a corriente directa (DC). Se procederá a conectarle al circuito, un voltaje de corriente alterna (AC) y se calculará: La ganancia de voltaje y los puntos de cortes de frecuencia alta y baja. Por último, se hará un cuadro comparativo entre el análisis teórico y la simulación.

  Se utilizó el simulador "Multisim" para simular el comportamiento del circuito a estudiar.

  Vc1 = 12.7V; Ve1 = 6.55 V; Vb1 = 7.24V; Ic1 = 2.30mA; Ib1 = 14.7 uA; Ie1 = 2.31mA.

  Vce = 6,15; como este es mayor que 0.2 V se concluye que está Activo.

  Vc2 = 6.55V; Ve2 = 4.19 V; Vb2 = 4.87V; Ic2 = 2.31mA; Ib2 = 15.5 uA; Ie2 = 2.33mA.

  Vce = 2,36; como este es mayor que 0.2 V se concluye que está Activo.

  Al emplear el análisis de frecuencia en AC en el simulador:

  El Análisis de Fase en AC del Circuito:

  Análisis de frecuencia en AC eligiendo escalas lineales

   El Análisis de Fase en AC del Circuito en escala lineal:

  A continuación, para saber la ganancia de voltaje se conectó el osciloscopio de la siguiente manera:

  Obteniendo en el Osciloscopio del Multisim lo siguiente:

  Vin(pico): 0.495 V

  Vo(pico): 1.415 V

  Ganancia: 2.85 V/V

  Adicionalmetne se realizó el analisis manual

  Una vez en el laboratorio se procedio a la parte experimental de la practica

  Se montó el circuito para proceder a la medición de los valores reales de cada componente empleado.

  Para el Análisis DC del circuito, se conectó solamente la fuente DC. Con el multímetro se midieron los voltajes y con el método indirecto empleando ley de ohm se midieron las corrientes. para posterior registro en las tablas

  Se procedió a conectar el generador de funciones y la fuente DC y con el osciloscopio se midió lo siguiente: La ganancia de voltaje, La frecuencia de corte baja y la Frecuencia de corte alta.

  Cuadro comparativo entre los resultados obtenidos en la simulación, teórico y practico.

  Al comparar los resultados obtenidos en el análisis DC para el circuito obtenido se observa similitud en las mediciones de los valores para los voltajes en cada punto del circuito.

  Al establecer la comparación con los resultados obtenidos en el cálculo notamos que ningún error porcentual sobrepasa el 10% y la mayoría son menores al 3% con excepción del Vce2, Vb1 y Vb2, esto se debe a las aproximaciones de las corrientes utilizadas para calcular estos valores teóricamente, ya que se calculan las corrientes de base, apoyándose en los resultados obtenidos para los demás voltaje y en el valor esperado de la constante β del transistor, sumado al error de los componentes empleados que en la mayoría de los casos sobrepasa el 1.5% que si bien sigue manteniéndose en el rango de tolerancia se manifiesta en diferencias a la hora de los cálculos.

  Al comparar con los resultados obtenidos en las simulaciones se observan errores menos pronunciados que no sobrepasan el 4% con excepción de Vb1 y Vce2 los cuales presentan diferencias mayores porque en la simulación se toman en cuenta condiciones ideales son errores de componentes y se toman en consideración valores mucho mas precisos para los valores de los componentes internos de los transistores, de aquí que se observen variaciones con respecto a los valores reales.

  En ambos casos se observan variaciones, sin embargo, ambos métodos resultan bastante confiables, pero debido a la gran cantidad de factores externos y aproximaciones que se toman en un cálculo manual sigue siendo más confiable la simulación por computadora a la hora de calcular valores en el circuito, esto se observa en las tablas comparativas mostradas anteriormente donde se observa mayor precisión en la columna del error de simulación.

  Para las corrientes obtenidas se observa mucha mayor similitud en ambos casos, con errores casi imperceptibles, sin embargo, debido a las aproximaciones tomadas en cuenta para el cálculo numérico, resulta más eficiente una simulación, como se observa en las tablas comparativas, aunque resulten muy leves las diferencias.

  Para el análisis AC se realizaron los cálculos de la ganancia a media frecuencia obteniendo un error mucho menor en la simulación producto de las variaciones en los valores reales de las resistencias, para el cálculo teórico se observa un error mayor debido a las aproximaciones y métodos indirectos realizados en el cálculo, pero obteniendo un valor bastante cercano al valor real.

  Al observar las frecuencias de corte se observan errores considerablemente grandes, esto debido a la variación en los valores de los componentes sumado al valor  tomado en la simulación, el simulador también presenta variaciones en cuanto a la resistencia interna del transistor el cual presenta un gran desgaste debido a su exigente uso, se observa un error mayor en las frecuencias altas debido al desgaste que se genera cuando se somete a mayor o menor frecuencia el transistor.

  El comportamiento del BJT en su configuración cascodo nos ofrece una notable amplificación en la salida del circuito como quedo evidenciada en el análisis AC del circuito, lo cual debido a la facilidad de montaje y escasa cantidad de componentes resulta un circuito muy practico a la hora de realizar este tipo de mediciones. Pudimos observar la gran cantidad de recursos que tenemos a la hora de predecir los resultados, sin embargo como era de esperarse el análisis mediante simulaciones resulta más eficiente que un calculo a papel, pero no este ultimo no deja de ser un recurso valioso, sin embargo ninguno de estos resultados llegara a ser totalmente correcto debido a que estas predicciones siempre se realizan en condiciones ideales, lejos de las variantes que puede presentar un circuito real, sea por la diferencia en sus componentes debido al desgaste o por las condiciones del ambiente de trabajo.

  • Abel S. Sedra & Kenneth C. Smith, "Microelectronics Circuits", Saunders College Publishers, 4ta. Edición, (1998).

  • Gray and Meyer, "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits". Prentice Hall. 4ta. Edición (2000).