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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS EXPERIENCIA Nº 6. I.

II.

TEMA: El transistor bipolar. Características básicas. OBJETIVOS:



Verificar las condiciones de un transistor bipolar PNP.



Comprobar las características de funcionamiento de un transistor bipolar PNP.

III.

INTRODUCCCIÒN TEORICA.

Transistor BJT El transistor de unión bipolar (BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja. Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones: 

Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.



Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.



Colector, de extensión mucho mayor. Como probar un transistor Para probar transistores bipolares hay que analizar un circuito equivalente de éste, en el que se puede utilizar lo aprendido al probar diodos.

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Ver la figura.

Se ve que los circuitos equivalentes de los transistores bipolares NPN y PNP están compuestos por diodos y se sigue la misma técnica que probar diodos comunes. La prueba se realiza entre el terminal de la base (B) y el terminal E y C. Los métodos a seguir en el transistor NPN y PNP son opuestos. Al igual que con el diodo, si uno de estos "diodos del equivalente del transistor" no funcionan como se espera hay que cambiar el transistor

Relación de corrientes Considerando la ley de Kirchhoff: la suma de corrientes que entran en un nudo es igual a la suma de corrientes que salen por dicho nudo. Al aplicarse a un transistor PNP, la ley de Kirchhoff proporciona una importante relación entre las tres corrientes del transistor: Ie = Ib + Ic Esta ecuación indica que la corriente de emisor es igual a la suma de las corrientes de colector y base. Teniendo en cuenta que la corriente de base es mucho menor que la corriente de colector, es habitual hacer la siguiente aproximación: la corriente de colector es casi igual a la corriente de emisor. Ie

Ic

Y la corriente de base es mucho más pequeña que la corriente de colector Ib

Ic

Alfa El alfa de continua se define como la corriente de colector dividida entre la corriente de emisor. dc

=

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Como la corriente de emisor es casi igual a la corriente de colector, menor que 1. Por ejemplo, en un transistor de baja potencia, Incluso en un transistor de alta potencia

dc

dc

dc

es ligeramente

es mayor que 0.99.

es mayor que 0.95.

Beta El beta de continua se define como la relación entre corriente de colector y la corriente de base. dc

=

El beta de continua se conoce también como la ganancia de corriente porque una pequeña corriente de base produce una corriente mucho mayor de colector. La ganancia de corriente es una gran ventaja del transistor y ha llevado a todo tipo de explicaciones. Para transistores de baja potencia (por debajo de 1W) la ganancia está entre 100 y 300. Los transistores de alta potencia (por encima de 1W) normalmente tienen ganancia entre 20 y 100

Regiones operativas del transistor Los transistores de unión bipolar tienen diferentes regiones operativas, definidas principalmente por la forma en que son polarizados:



Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente, es un dato del fabricante) y de las resistencias que se encuentren conectadas en el colector y emisor. Esta región es la más importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador de señal.



Región inversa: Al invertir las condiciones de polaridad del funcionamiento en modo activo, el transistor bipolar entra en funcionamiento en modo inverso. En este modo, las regiones del colector y emisor intercambian roles.

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Debido a que la mayoría de los BJT son diseñados para maximizar la ganancia de corriente en modo activo, el parámetro beta en modo inverso es drásticamente menor al presente en modo activo. 

Región de corte: Un transistor está en corte cuando: Corriente de colector = corriente de emisor = 0,(Ic = Ie = 0) En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (Como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)



Región de saturación: Un transistor está saturado cuando: Corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima,(Ic = Ie = Imáx) En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector β veces más grande. (Ic = β * Ib)

PNP El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.

Como las zonas dopadas son de tipo opuesto al de un NPN, es necesario invertir la forma de considerar su funcionamiento. Específicamente, tal cambio quiere decir que los huecos son los portadores mayoritarios en el emisor en vez de serlo los electrones libres. De manera breve, la explicación de lo que sucede a nivel atómico en el transistor PNP es la siguiente: el emisor inyecta huecos en la base, la mayor parte de las cuales fluyen hacia el colector. Por esta razón la corriente de colector es casi igual a la corriente de emisor. El transistor de la figura tiene dos uniones: una entre el emisor-base y otra entre basecolector. Por tanto un transistor es similar dos diodos contrapuestos. El diodo inferior se denomina diodo emisor-base y el diodo superior se denomina diodo colector-base. UNMSM

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

CONFIGURACIÓN EMISOR COMÚN La configuración de transistores que se encuentra con mayor frecuencia se muestra en la figura para los transistores pnp y npn. Se denomina configuración de emisor común porque el emisor es común tanto a las terminales de entrada como a las de salida (en este caso, es también común a las terminales de la base y del colector). De nuevo se necesitan dos conjuntos de características para describir en forma completa el comportamiento de la configuración de emisor común: una para la entrada o circuito de la base y una para la salida o circuito del colector.

Ecuaciones básicas: Ie = Ic + Ib Vcc = Vce + IcRL Vs = Vbe + IbRs Pc = Vce × Ic CONFIGURACION BASE COMUN La terminología relativa a base común se desprende del hecho de que la base es común a los lados de entrada y salida de la configuración. Además, la base es usualmente la terminal más cercana o en un potencial de tierra. Las direcciones de corriente se referirán a la convencional (flujo de huecos) en vez de la correspondiente al flujo de electrones.

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Esta elección se fundamenta principalmente en el hecho de que enorme cantidad de literatura disponible en las instituciones educativas y empresariales hace uso del flujo convencional, de que las flechas en todos los símbolos electrónicos tienen una dirección definida por esta convención. Recuérdese que la flecha en el símbolo del diodo define la dirección de conducción para la corriente convencional. Para el transistor:

CONFIGURACIÓN COLECTOR COMÚN La configuración de colector común se emplea fundamentalmente para propósitos de acoplamiento de impedancia ya que tiene una elevada impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, que es lo opuesto a las configuraciones de base común y de emisor común.

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS IV.

MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO.  

Un Multímetro digital (Marca FLUKE, Modelo 175, Nº de serie 79730217. Un Miliamperímetro analógico de C.C (marca Yokohama, modelo 205103, Nº serie 85BA0031)sensibilidad



Un Microamperimetro analógico de C.C (marca Yokohama, modelo 205101,Nº serie 85ba0022) sensibilidad 0.033 µA



Un Voltímetro analógico de C.C (marca Yokohama, modelo 201139,Nº serie 84AA2175) sensibilidad 1mA o (1000 Ω/W)



Un transistor.



Un osciloscopio



Tres cordones AC.



Resistores Re =328Ω, Rc=1.33kΩ,R1=56.1kΩ, R2=27.4KΩ



Condensadores Cb=0.1µF, Cc=0.1µF, Ce=3.3µF



Cables conectores



Un potenciómetro de 1MΩ



Dos placas de zócalo de 2 terminales.

Una fuente de C. C. Variable

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Un Multímetro

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Un Miliamperímetro

Resistores de

Potenciómetro de 1M .

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Un Microamperímetro.

Transistor PNP.

Cables conectores.

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS V.

PROCEDIMIENTO. 1. Verificar el estado operativo del transistor, usando el ohmímetro. Llenar la tabla1.

TABLA N°1 RESISTENCIA Base-Emisor Base-Colector Colector-Emisor

Directa ( ) 152 149 545

Inversa ( ) 10K 6.1K 1.38K

2. Armar el siguiente circuito: a) Medir las corrientes que circulan por el colector (Ic) y la base (Ib). Obtener el (P1=0 ). b) Medir los voltajes entre colector-emisor (Vce), entre base-emisor (Vbe) y entre emisor-tierra (Ve). c) Colocar los datos obtenidos en la tabla 2. d) Cambiar R1 a 68K , repetir los pasos (a) y (b). Anotar los datos obtenidos en la tabla 3 (Por ajuste de P1). e) Enumerar la resistencia de P1 a 100K , 250K , 500K y 1M . Observar lo que sucede con las corrientes Ic e Ib y con el voltaje Vce. Llenar la tabla 5. TABLA N°2 R1=57K

Ic(mA)

Ib(uA)

TEORICO

7.02

77.99

MEDIDO

6

70

Vce(V)

Vbe(V)

Ve(V)

90

0.36

0.2

2.30

85.7142

1.928V

0.145V

2.013V

Vce(V)

Vbe(V)

Ve(V)

TABLA N°3 R1=68K

Ic(mA)

Ib(uA)

TEORICO

6.034

67.05

90

1.99

0.2

1.9792

MEDIDO

5.2mA

60uA

86.67

3.22V

0.142V

1.733V

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

TABLA N°4

Tabla

Vi (mv.pp)

Vo(v.pp)

Av

Vo(sin Ce)

5 (Q3)

16

7.2

2 vpp

3 (Q2)

16

6.4

2.6 vpp

Av (sin Ce)

TABLA N°5 P1

VI.

100K

250K

500K

1M

Ic(mA)

2.6

1.4

0.8

0.6

Ib(uA)

28

13.5

6.5

2.5

Vce(V)

7.8

9.68

10.66

11.24

DATOS OBTENIDOS. TABLA N°1 RESISTENCIA Base-Emisor Base-Colector Colector-Emisor

Directa ( )

Inversa ( )

152

10K

149 545

6.1K 1.38K

TABLA N°2 R1=57K

Ic(mA)

Ib(uA)

TEORICO

7.02

77.99

MEDIDO

6

70

Vce(V)

Vbe(V)

Ve(V)

90

0.36

0.2

2.30

85.7142

1.928

0.145

2.013

Vce(V)

Vbe(V)

Ve(V)

TABLA N°3 R1=68K

Ic(mA)

Ib(uA)

TEORICO

6.034

67.05

90

1.99

0.2

1.9792

MEDIDO

5.2

60

86.67

3.22

0.142

1.77

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS TABLA N°4

Tabla

Vi (mv.pp)

Vo(v.pp)

5 (Q3) 3 (Q2)

16 16

7.2 6.4

Av

Vo(sin Ce)

Av (sin Ce)

2 vpp 2.6 vpp

TABLA N°5 P1

VII.

100K

250K

500K

1M

Ic(mA)

2.6

1.4

0.8

0.6

Ib(uA)

28

13.5

6.5

2.5

Vce(V)

7.8

9.68

10.66

11.24

CUESTIONARIO FINAL.

1. Explicar el comportamiento del transistor al hacer su verificación operativa del ohmímetro. El transistor se comportó como 2 diodos unidos por el cátodo como se muestra a continuación.

Resistencia Base – Emisor Base – Colector Colector – Emisor

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Directa Baja Baja Alta

Inversa Alta Alta Alta

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 2. Representar la recta de carga en un grafico Ic vs. Vce del circuito del experimento. Ubicar los puntos correspondientes a las tablas 2,3 y 5.

4. ¿Qué sucedería con el punto de operación si cambiamos R1 a 120KΩ?

De la malla 1: 328 -

-

-(90+1) x 328

22.30K – 1.84V = 0 - 0.2V -

= -39.369 µA =- 3.543mA

22.30K - 1.84V = 0

; sabemos que: ; luego:

(

)

+

= -3.590mA De la malla 2: 328 -

-

1.332K – 12 = 0

= -6.103V =

328 = -1.177V

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS VALORES =120KΩ)

(R1

(mA)

(µA)

β

-3.543mA

-39.369µA

90

(V)

(V)

-6.103 V

-0.2v

(V)

-1.177v

TEÓRICOS

Graficamente: =

= -7.229mA = -12V

Corriente vs voltaje cundo se cambia la R1=120kΩ 1 0 -14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0 -1

corriente(mA)

-2 -3 Valores Y -4

Linear (Valores Y)

-5 -6 -7 voltaje(v)

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-8

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 6. Exponer sus conclusiones acerca del experimento.  Los valores prácticos tienen una ligera diferencia con los teóricos  Al realizar los cálculos se usaron valores teóricos de tablas y manuales. Esto influyó en la diferencia entre los valores teóricos y prácticos.  Los valores de las resistencias son importantes en la ubicación del punto de trabajo y la recta de carga  La corriente Ic (mA) es pequeña y la corriente Ib (uA) es aun más pequeña.

VIII.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

 Los valores prácticos tienen una ligera diferencia con los teóricos  Al realizar los cálculos se usaron valores teóricos de tablas y manuales. Esto influyó en la diferencia entre los valores teóricos y prácticos.  Los valores de las resistencias son importantes en la ubicación del punto de trabajo y la recta de carga  La corriente Ic (mA) es pequeña y la corriente Ib (uA) es aun más pequeña.

IX.

BIBLIOGRAFIA: 

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_ bipolar.



http://www.unicrom.com/tut_como_probar_diodo_transistor.



http://hosting.udlap.mx/profesores.



Principios de Electrónica. Albert Malvino.

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