Este documento describe los amplificadores multi-etapa, incluyendo conexiones Darlington, el transistor TIP120 y un análisis DC y AC de un circuito con dos etapas. Resume que las conexiones Darlington proporcionan alta ganancia de corriente y que el TIP120 usa una configuración Darlington. Luego, determina los puntos de operación DC de cada transistor y calcula la ganancia de voltaje cercana a 1 para una señal de entrada sinusoidal de 1 kHz en el análisis AC del circuito de dos etapas.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL
CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, INFORMÁTICA
Y MECÁNICA
Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica
Laboratorio de Circuitos electrónicos II
INFORME
Presentada por:
Est. Watner Ochoa Núñez 171174
Docente:
Prof. Ing. Rossy Uscamaita Quispetupa
CUSCO – PERÚ
2021
N°3: AMPLIFICADORES MULTIETAPA PARTE 3

2. TEMA 3: ¨AMPLIFICADORES MULTIETAPA PARTE 3¨
I. INFORME PREVIO
1. Mencione las aplicaciones de las conexiones Darlington
CONEXIÓN DARLINGTON
Una conexión Darlington es una conexión de dos transistores BJT cuya ganancia de
corriente total es igual al producto de las ganancias de corrientes individuales. Dado que:
Ai es muy alta, Zi es alta y Zo es baja.
Figura 1. Conexión Darlington
Si la conexión se hace con dos transistores distintos con ganancias de corriente de 𝛽𝛽1 y
𝛽𝛽2, la conexión Darlington proporciona una ganancia de corriente de:
Si los dos transistores se acoplan de modo que𝛽𝛽1 = 𝛽𝛽2 = 𝛽𝛽, la conexión Darlington
proporciona una ganancia de corriente de:
Una conexión Darlington proporciona un transistor con una ganancia de corriente muy
grande, por lo general de unos miles.
Pero no todo es tan sencillo, el montaje Darlington tiene algunas " consideraciones":
• La tensión de polarización, para que conduzca y amplifique, ha de ser mayor que
2 veces la VBE convencional, ya que las uniones B-E de los dos transistores están
en serie.
• La tensión C-E del Darlington no llega a ser tan baja en saturación como la de un
simple transistor bipolar, ya que la tensión de la unión B-C del primer transistor
juega en su contra; el Darlington se "queda" con una VCE entre 0.7 y 2 volt.
• Al tener que activar las dos uniones B-E, el transistor Darlington es más lento
que uno normal, y también es más lento en dejar de conducir. Para paliar esto en
parte, se conectan un par de resistencias en paralelo con las uniones B-E de los
dos transistores; esto también hace que baje la β del Darlington.

3. Figura 2. Las resistencias se ponen para equilibrar
el funcionamiento de los transistores.
• También tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un único
transistor, de ahí que pueda convertirse fácilmente en inestable.
Figura 3. Parámetros típicos de
transistores Darlington convencionales
Aplicaciones de la configuración de Darlington:
 Control de motores
 regulación de c.c.
 Accionadores de relés,
 Opto acopladores
 Aplicaciones de conmutación de alta corriente
 Amplificadores de potencia de audio… y en cualquier sistema electrónico que
se necesite controlar una gran intensidad con una intensidad muy pequeña.
2. Describa al TIP120
TIP120
El TIP120 es un transistor de potencia NPN, hecho de silicio de base epitaxial, en un
encapsulado plástico de tipo TO-220, y en su interior contiene dos transistores conectados
mediante la configuración Darlington con el fin de lograr una mayor capacidad de
amplificación, además de un rendimiento alto de ganancia y bajo voltaje de saturación.
Además de los transistores mencionados en su interior este dispositivo, lleva un diodo
incorporado y un par de resistencias como medida de protección.
Figura 4. Transistor TIP120
NPN

4. Características:
• Serie: TIP120
• Encapsulado: TO-220-3
• Pines: 3
• Altura: 9.15 mm
• Longitud: 10.4 mm
• Ancho: 4.6 mm
• Peso de la unidad: 6 g
• Tensión VCEO Máxima Colector-Emisor: 60 V
• Tensión VEBO Máxima Emisor-Base: +5 V
• Tensión VCBO Máxima Colector-Base: 60 V
• Corriente del Colector Ic: 5 Adc
• Corriente máxima de corte del colector: 200 uA
• Disipación de la energía: 65 W
• Colector DC/Ganancia Base hfe Mínima: 1000
• Temperatura de Funcionamiento Máxima: +150 ºC
• Temperatura Mínima de Funcionamiento: -65 °C
Datasheet del TIP120:
https://drive.google.com/file/d/17hrmBCHPf502UpJPzliNSX7iD-fYEUq_/view
3. Análisis DC
1. Encuentre el punto Q (𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼, 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉) de operación para cada transistor de la figura
5, asuma β=150
Figura 5.
Para el análisis en DC, los capacitores se comportan como circuito abierto:

5. En la malla I:
−15 + 2𝑀𝑀𝐼𝐼𝐵𝐵1 + 1.4 + 0.35𝑘𝑘𝐼𝐼𝐸𝐸2 = 0
Pero:
𝐼𝐼𝐶𝐶1 = 𝐼𝐼𝐵𝐵2 =
𝐼𝐼𝐶𝐶2
𝛽𝛽2
𝐼𝐼𝐵𝐵1 =
𝐼𝐼𝐶𝐶1
𝛽𝛽1
=
𝐼𝐼𝐶𝐶2
𝛽𝛽1𝛽𝛽2
𝐼𝐼𝐸𝐸 ≈ 𝐼𝐼𝐶𝐶
Entonces:
−15 + 2𝑀𝑀(
𝐼𝐼𝐶𝐶2
𝛽𝛽1𝛽𝛽2
) + 1.4 + 0.35𝑘𝑘𝐼𝐼𝑐𝑐2 = 0
−15 + 1.4 + 𝐼𝐼𝑐𝑐2(
2𝑀𝑀
𝛽𝛽1𝛽𝛽2
+ 0.35𝑘𝑘) = 0
𝐼𝐼𝑐𝑐2 =
15 − 1.4
2𝑀𝑀
1502 + 0.35𝑘𝑘
𝐼𝐼𝑐𝑐2 = 30.99𝑚𝑚 𝐴𝐴
𝐼𝐼𝑐𝑐1 =
𝐼𝐼𝑐𝑐2
𝛽𝛽2
=
30.99𝑚𝑚 𝐴𝐴
150
𝐼𝐼𝑐𝑐1 = 0.21𝑚𝑚 𝐴𝐴
En la malla II:
−15 + 𝑉𝑉𝐶𝐶𝐶𝐶2 + 0.35𝑘𝑘𝐼𝐼𝐸𝐸2 = 0
𝑉𝑉𝐶𝐶𝐶𝐶2 = 15 − 0.35𝑘𝑘(30.99𝑚𝑚𝑚𝑚)
𝑉𝑉𝐶𝐶𝐶𝐶2 = 4.15 𝑉𝑉
𝑉𝑉𝐶𝐶𝐶𝐶1 = 𝑉𝑉𝐶𝐶𝐶𝐶2 = 𝑉𝑉𝐶𝐶𝐶𝐶2 − 𝑉𝑉𝐵𝐵𝐵𝐵2 = 4.15 − 0.7
𝑉𝑉𝐶𝐶𝐶𝐶1 = 3.45 𝑉𝑉
Por lo tanto, los puntos Q (𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼, 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉) de operación de cada transistor es:
𝑰𝑰𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 = 𝟎𝟎. 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 𝑨𝑨
𝑽𝑽𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 = 𝟑𝟑. 𝟒𝟒𝟒𝟒 𝑽𝑽
𝑰𝑰𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 = 𝟑𝟑𝟑𝟑. 𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗 𝑨𝑨
𝑽𝑽𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 = 𝟒𝟒. 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑽𝑽

6. 4. Análisis AC
1. Calcule el voltaje de salida usando una entrada sinusoidal con (50𝑚𝑚V pk y
1𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾), luego determine la ganancia de voltaje y la ganancia de corriente.
(Comente su respuesta).
Para el análisis en ac, los capacitores se comportan como circuito cerrado y las
fuentes de tensión de dc también se comportan como circuito cerrado, y nosotros
ultizaremos el modelo Re del transistor BJT.
Entonces:
Consideraciones importantes: 𝛽𝛽 + 1 ≈ 𝛽𝛽
𝑟𝑟𝑒𝑒1 =
25𝑚𝑚𝑚𝑚
0.21𝑚𝑚 𝐴𝐴
= 119.05 𝑂𝑂ℎ𝑚𝑚
𝑟𝑟𝑒𝑒2 =
25𝑚𝑚𝑚𝑚
30.99𝑚𝑚 𝐴𝐴
= 0.81 𝑂𝑂ℎ𝑚𝑚
Para la impedancia de entrada(𝑍𝑍𝑖𝑖):
𝑍𝑍𝑖𝑖 = 2𝑀𝑀 ∥ [ 𝛽𝛽𝛽𝛽𝑒𝑒1 + 𝛽𝛽(𝛽𝛽𝑟𝑟𝑒𝑒2) + 𝛽𝛽2
(0.35𝑘𝑘 ∥ 1𝑘𝑘)]

7. 𝑍𝑍𝑖𝑖 = 2𝑀𝑀 ∥ [ 150(119.05) + 1502(0.81) + 1502
(0.35𝑘𝑘 ∥ 1𝑘𝑘)]
𝑍𝑍𝑖𝑖 = 2𝑀𝑀 ∥ [ 17.86𝑘𝑘 + 18.23𝑘𝑘 + 5850𝑘𝑘]
𝑍𝑍𝑖𝑖 = 2𝑀𝑀 ∥ 5.89𝑀𝑀
𝒁𝒁𝒊𝒊 = 𝟏𝟏. 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟒𝟒
Para la impedancia de salida(𝑍𝑍𝑜𝑜): 𝑉𝑉
𝑠𝑠 = 0
𝑍𝑍𝑜𝑜 = 0.35𝑘𝑘 ∥ �
𝛽𝛽𝛽𝛽𝑒𝑒2
𝛽𝛽
+
𝛽𝛽𝛽𝛽𝑒𝑒1
𝛽𝛽2
+
(2𝑀𝑀 ∥ 1𝑘𝑘)
𝛽𝛽2
�
𝑍𝑍𝑜𝑜 = 0.35𝑘𝑘 ∥ �0.81 +
119.05
150
+
(2𝑀𝑀 ∥ 1𝑘𝑘)
1502
�
𝑍𝑍𝑜𝑜 = 0.35𝑘𝑘 ∥ [0.81 + 0.79 + 0.04]
𝑍𝑍𝑜𝑜 = 0.35𝑘𝑘 ∥ 1.64
𝒁𝒁𝒐𝒐 = 𝟏𝟏. 𝟔𝟔𝟔𝟔 𝑶𝑶𝑶𝑶𝑶𝑶
Ahora para determinar la ganancia de voltaje y corriente, utilizaremos el Método
de los sistemas de dos puertos(Bipuertos), ya trabajaremos con la resistencia
interna de la fuente y también una resistencia de carga:
Donde:
𝐴𝐴𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉: Ganancia de voltaje sim carga y sin resistencia de fuente
Nuestro modelo para nuestro circuito, utilizando el método de los sistemas de
dos puertos(Bipuertos) es el siguiente:

8. Por lo tanto, para nuestro caso primero determinaremos la ganancia sim
resistencia de carga y fuente.
Aplicando divisor de voltaje:
𝑉𝑉
𝑜𝑜 =
0.35𝑘𝑘(𝛽𝛽2
)𝑉𝑉𝑖𝑖
0.35𝑘𝑘(𝛽𝛽2) + 𝛽𝛽2𝑟𝑟𝑒𝑒2 + 𝛽𝛽𝑟𝑟𝑒𝑒1
𝑉𝑉
𝑜𝑜 =
0.35𝑘𝑘(150)𝑉𝑉𝑖𝑖
0.35𝑘𝑘(150) + 150(0.81) + 119.05
𝐴𝐴𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 =
𝑉𝑉
𝑜𝑜
𝑉𝑉𝑖𝑖
=
52.5𝑘𝑘
52.74𝑘𝑘
𝑨𝑨𝑽𝑽𝑽𝑽𝑽𝑽 =
𝑽𝑽𝒐𝒐
𝑽𝑽𝒊𝒊
= 𝟎𝟎. 𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗
Entonces, el modelo es:

9. Aplicando divisor de voltaje:
𝑉𝑉
𝑜𝑜 =
0.995(1𝑘𝑘)𝑉𝑉𝑖𝑖
1𝑘𝑘 + 1.63
= 0.998 𝑉𝑉𝑖𝑖
𝑨𝑨𝑽𝑽 =
𝑽𝑽𝒐𝒐
𝑽𝑽𝒊𝒊
= 𝟎𝟎. 𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗
𝑉𝑉𝑖𝑖 =
1.49𝑀𝑀 𝑉𝑉𝑆𝑆
1𝑘𝑘 + 1.49𝑀𝑀
= 0.999 𝑉𝑉𝑆𝑆
𝐴𝐴𝑉𝑉𝑉𝑉 =
𝑉𝑉
𝑜𝑜
𝑉𝑉𝑖𝑖
∗
𝑉𝑉𝑖𝑖
𝑉𝑉𝑆𝑆
= (0.998)(0.999)
𝑨𝑨𝑽𝑽𝑽𝑽 =
𝑽𝑽𝒐𝒐
𝑽𝑽𝑺𝑺
= 𝟎𝟎. 𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗𝟗
𝐴𝐴𝑖𝑖 =
𝐼𝐼𝑜𝑜
𝐼𝐼𝑖𝑖
= 𝐴𝐴𝑉𝑉
𝑍𝑍𝑖𝑖
𝑅𝑅𝐿𝐿
= 0.998
1.49𝑀𝑀
1𝑘𝑘
𝑨𝑨𝒊𝒊 =
𝑰𝑰𝒐𝒐
𝑰𝑰𝒊𝒊
= 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏. 𝟎𝟎𝟎𝟎
Este valor de ganancias ya venía venir, ya el par Darlington esta en la
configuración de colector común, y por teoría sabemos que su ganancia es
próxima a 1, sim desfase, pero tiene una ganancia de corriente razonable.
Para nuestro caso nos dan una fuente sinusoidal de 50m𝑉𝑉pk a 1KHz, sacamos
el valor rms de la fuente de entrada:
𝑉𝑉𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟(𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓) =
50𝑚𝑚𝑚𝑚
√2
= 35.36𝑚𝑚𝑚𝑚
Entonces, la tensión de salida es:
𝑉𝑉
𝑜𝑜 = 𝐴𝐴𝑉𝑉 ∗ 𝑉𝑉𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟(𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓) = 0.997 ∗ 35.36𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑉𝑉
𝑜𝑜 = 35.25𝑚𝑚 𝑉𝑉
2. Encuentre la impedancia de entrada y la impedancia de salida del circuito.
Estos valores de 𝒁𝒁𝒊𝒊 𝒚𝒚 𝒁𝒁𝒐𝒐 en el inciso anterior lo resolvimos, por ende, los
valores calculados son:
𝒁𝒁𝒊𝒊 = 𝟏𝟏. 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟒𝟒
𝒁𝒁𝒐𝒐 = 𝟏𝟏. 𝟔𝟔𝟔𝟔 𝑶𝑶𝑶𝑶𝑶𝑶
Estos resultados también ya se veían venir, uno por el tipo de configuración y
también el par Darlington.

10. II. EXPERIMENTO
1. Muestre en el multímetro las corrientes y voltajes del amplificador.
Para las corrientes:
La corriente de la fuente es 32.219nA y en la carga es 33.137uA, por ende la ganancia
de corrientes es 𝐴𝐴𝑖𝑖 = 1028.49 y está ganancia difiere en 0.69 respecto a la ganancia
teorica, al igual que la tensión, la corriente va depender también de la frecuencia.
Para una frecuencia de 10k:
La corriente de la fuente es 34.216nA y en la carga es 34.748uA, por ende la ganancia
de corrientes es 𝐴𝐴𝑖𝑖 = 1015.54 y está ganancia difiere en 0.68 respecto a la ganancia
teorica, al igual que la tensión, la corriente va depender también de la frecuencia.

11. Para una frecuencia de 1k y transistor ideal:
La corriente de la fuente es 23.468nA y en la carga es 33.455uA, por ende la ganancia
de corrientes es 𝐴𝐴𝑖𝑖 = 1425.56 y está ganancia difiere en 0.041 respecto a la
ganancia teorica, al igual que la tensión, la corriente va depender también de la
frecuencia.
Con una frecuencia de 10kHz, la ganancia es casi igual al valor teórico.
Para los voltajes:
Se ve claramente que la fuente tiene un valor de tensión rms de 35.355mV y
la tensión en la carga es 33.138mV, por ende la ganancia de tensión en
amplificador es 𝐴𝐴𝑉𝑉 = 0.94, que tiende a ser casi igual al teórico, si aumentamos
la frecuencia estos valores van ser casi iguales.

12. Para una frecuencia de 10k y transistor ideal:
Se ve claramente que la fuente tiene un valor de tensión rms de 35.354mV y
la tensión en la carga es 35.082mV, por ende la ganancia de tensión en
amplificador es 𝐴𝐴𝑉𝑉 = 0.992, que tiende a ser casi igual al teórico, si aumentamos
la frecuencia hasta un determinado valores.
2. Muestre las medidas y forma de onda del voltaje de entrada y salida en el
osciloscopio. (Usar fondo blanco en el osciloscopio).
No estoy utilizando en fondo blanco, ya que osciloscopio Tektronic no tiene esa
opción, además los demás osciloscopios no te votan rms, frecuencia, desfase, etc.
Para una frecuencia de 1k:
Se ve claramente que la fuente tiene un valor de tensión rms de 35.3mV y la
tensión en la carga es 33.1mV, por ende la ganancia de tensión en
amplificador es 𝐴𝐴𝑉𝑉 = 0.94, y tiene una pequeño desfase esto es debido a la
frecuencia y a los capacitores, a mayor frecuencia el desfase cera casi nulo.

13. Para una frecuencia de 10k:
Se ve claramente que la fuente tiene un valor de tensión rms de 35.2mV y la
tensión en la carga es 34.7mV, por ende la ganancia de tensión en
amplificador es 𝐴𝐴𝑉𝑉 = 0.97, y no desfase esto es debido a que aumentamos la
frecuencia.
III. INFORME FINAL
1. ¿Qué modificaría para aumentar la ganancia de la corriente?
• Aumentar la frecuencia de la fuente a un determinado rango
• Modificar la carga 𝑹𝑹𝑳𝑳, por ende, tiene que aproximarse al valor de 𝑹𝑹𝑬𝑬,
porque si se aleja pues la corriente disminuirá.
• Disminuir la resistencia de la fuente 𝑹𝑹𝑺𝑺
2. Haga un análisis de los resultados teóricos y simulados
Corriente:
Teórico:
𝐴𝐴𝑖𝑖 =
𝐼𝐼𝑜𝑜
𝐼𝐼𝑖𝑖
= 1487.02
Simulado:
Para 1kHz:
𝐴𝐴𝑖𝑖 = 1028.49
Para 1kHz, transistor ideal:
𝐴𝐴𝑖𝑖 = 1425.56
Como se observó la ganancia de corriente tiende a ser casi iguales cuando
aumentamos la frecuencia, para el caso de un transistor ideal la ganancia a
1kHz es casi igual.

14. Voltaje:
Teórico:
𝐴𝐴𝑉𝑉 = 𝐴𝐴𝑉𝑉𝑉𝑉 =
𝑉𝑉
𝑜𝑜
𝑉𝑉𝑆𝑆
= 0.997
Simulado:
Para 1kHz:
𝐴𝐴𝑉𝑉 = 0.94
Para 10kHz, transistor ideal:
𝐴𝐴𝑉𝑉 = 0.992
Como se observó la ganancia de voltaje tiende a ser casi iguales al valor
teórico, para mejorar hay que aumentar la frecuencia, para el caso de un
transistor ideal la ganancia a 10kHz es casi igual al teórico.
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
• Es bueno hacer un análisis teórico, para comprobar y guiarnos al momento de
la experimenta de laboratorio, ya que momento de comparar van diferir un
poco esto es debido a muchos factores como tolerancia de las resistencias,
mala precisión de medir, considerar modelos completos del transistor, ruido
eléctrico, etc.
• Una conexión Darlington de transistores proporciona un transistor que tiene
una ganancia de corriente muy grande, casi siempre da unos cuantos de miles.
• 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 positivos y negativos al mismo tiempo.
• En emisor-seguidor podemos deducir que la ganancia tención es
aproximadamente 1.
• El Beta en conexión Darlington es del orden de los miles. Al ser un producto
de dos betas de alrededor de centenas.
• Una conexión Darlington es una conexión de dos transistores BJT cuya
ganancia de corriente total es igual al producto de las ganancias de corrientes
individuales. Dado que: Ai es muy alta, Zi es alta y Zo es baja.
• El Método de los sistemas de dos puertos(Bipuertos) es muy eficiente para
cálculos en donde se considere la resistencia de carga y fuente.
Comentario:
Está experiencia 3, me gustó mucho, ya que aprendí la teoría del método de los
sistemas de puertos, también tuve que aprender algunos nuevos temas, y con la
ayuda del simulador Multisim pude comprobar los circuitos planteados en esta
experiencia, lo cual me dejo satisfecho y muy feliz.

15. BIBLIOGRAFIA
• Huircan, J. & Carrillo, R. (2011). El Transistor de juntura bipolar (BJT). Temuco:
Universidad de la Frontera
• SAVANT, C.J.; RODEN, Martín; CARPENTER, Gordon. “Diseño Electrónico”. 3ra.
Edición. Edit. Pearson Educación. México. 2000
• MALIK, Norbet. “Circuitos Electrónicos”. 5ta. Edición. Edit. Prentice Hall
Hispanoamericana S.A. España. 1996
• HORENSTEIN, Mark. “Microelectrónica: Circuitos y dispositivos”. 2da. Edición. Edit.
Prentice Hall Hispanoamericana S.A. México. 1997