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• Erick Martins Quispe Gutierrez

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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA – ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA CURSO:

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS - PRÁCTICAS TRANSISTOR BJT GRUPO

:

02

DOCENTE

:

ING. CHRISTIAN COLLADO OPORTO

ALUMNOS

:

- QUISPE GUTIERREZ, ERICK MARTINS - MAMANI RAMOS DIEGO ENRIQUE - SALAZAR NEIRA ALVARO BENJAMIN - CARDENAS CUENTAS CESAR KEVIN - ESPINOZA KOCTONG IAN CARLO AREQUIPA-PERÚ 2018 1

ÍNDICE:

1.- OBJETIVOS-------------------------------------------------------------------------------3 2.- INTRODUCCIÓN------------------------------------------------------------------------3 3.- MARCO TEÓRICO----------------------------------------------------------------------3 4.- MATERIALES----------------------------------------------------------------------------7 5.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL-RESULTADOS-------------------------------8 6.- CUESTIONARIO FINAL--------------------------------------------------------------12 7.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES---------------------------------------------13 8.- BIBLIOGRAFÍA-------------------------------------------------------------------------13 ANEXO--------------------------------------------------------------------------------------14

2

I.- INTRODUCCIÓN: En la siguiente practica se va a determinar los parámetros eléctricos de conductividad de un transistor, las características físicas y eléctricas. Se analizará las características y la curva respectiva. Aprenderemos a reconocer las distintas partes del transistor (base, colector y emisor) con un multímetro. Conoceremos la función y usos del potenciómetro. Este permite al usuario utilizar un irruptor controlado por voltaje. Tiene 3 patas, el emisor, el colector y la base, es decir la unión base – emisor que polariza en directa y la unión base – colector en inversa. A su vez, comprender el funcionamiento de los portadores que al llegar son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y colector, hay que tener en cuenta tales condiciones para cada aplicación, tal que consienta el uso de un interruptor que permita abrir o cerrar un circuito aplicando un voltaje.

II.- OBJETIVOS: Determinar los parámetros eléctricos de conductividad de un transistor. Determinar las características físicas y eléctricas de un transistor BJT Analizar las características de transistores BJT. Calcular la curva de los transistores BJT.

III.- MARCO TEÓRICO: El transistor bipolar o BJT es un dispositivo electrónico, mediante el cual se puede controlar una cierta cantidad de corriente por medio de otra cantidad de corriente, este dispositivo consta de 3 patitas, terminales o pines, cada uno de estos pines tienen un nombre especial, es importante no olvidase de esos nombres, los cuales son el colector, la base y el emisor. Figura Nª1

Figura Nª1: Transistor bipolar o BJT.

3

El transistor bipolar está formado por capas de material semiconductor tipo n y tipo p, de acuerdo a la distribución de los materiales semiconductores se tienen 2 tipos de transistor bipolares, los que se conocen como transistor NPN y transistor PNP, se puede apreciar en la Figura Nº2, el funcionamiento del transistor se basa en movimientos de electrones (negativos) y de huecos (positivos), de allí el nombre de transistor bipolar o BJT (transistor de unión bipolar).

Figura Nª2: Tipos de transistores bipolares NPN y PNP.

Para un mejor entendimiento, se puede imaginar interiormente el transistor bipolar como se muestra en la figura, se ve que entre la base y el emisor hay un diodo, lo mismo entre la base y el colector hay otro diodo, el transistor bipolar tiene 3 zonas diferentes en los cuales puede operar, los cuales se conoces como región activa, región de corte y región de saturación. Para que opere en la región de saturación, el diodo base emisor tiene que estar polarizado en forma directa y el diodo base colector también tendrá que estar polarizado en forma directa. Para que opere en la región de corte, el diodo base emisor tiene que estar polarizado en forma inversa y el diodo base colector también tendrá que estar polarizado también forma inversa Para que opere en la región de activa, el diodo base emisor tiene que estar polarizado en forma directa y el diodo base colector tendrá que estar polarizado en forma inversa; cuando el transistor bipolar se prepara para que opere en la región activa, se cumple que la corriente que ingrese por la base IB va a controlar la cantidad de corriente que circulará por el colector IC, este control es en forma lineal, se cumple una relación matemática a la cual se le llama ganancia del transistor y se le simboliza con β, esto es β=IC/IB

4

Entonces:

•

Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a b (factor de amplificación) por Ib (corriente que pasa por la patilla base).

•

Ic = β * Ib

•

Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, sólo que, la corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de él, o viceversa.

Según la fórmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito (Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se cambia Vcc.

Gráfico Nª1: Vce vs Ic.

Gráfico Nª2:

las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a más corriente la curva es más alta.

5

Figura Nª 3 y 4:

Configuración electrónica de los transistores. Figura Nª 5:

Medidas de un transistor

Regiones operativas del transistor 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, Ley de Ohm). 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 = I máxima) 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, 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. (recordar que Ic = β * Ib

6

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 de un amplificador, es un dato del fabricante) y de las resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor). Esta región es la mas importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador.

IV.- MATERIALES: 

Protoboard



Resistencias 330KΩ, 1KΩ, 4.7KΩ, 100Ω



Potenciómetro 1MΩ, 5KΩ, 5MΩ, 10KΩ



Transistor BC548 (equivalente)



Transistor 2N3904 (equivalente)

7



Miliamperímetro DC



Voltímetro DC



Fuente DC

V.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL - RESULTADOS: PARTE 1: Identificación del transistor Identifique los terminales del transistor BJT

8

Seleccione la escala de prueba de Diodos en el DMM Conectar los terminales del DMM con el transistor de acuerdo a la tabla 1. Registrar la lectura del DMM Tabla N°01 Terminal Rojo (+) 1 2 1 3 2 3

Terminal Negro (-) 2 1 3 1 3 2

Lectura de DMM 1 880 1 1 864 1

Identificar las características del Transistor en la siguiente tabla Tabla N°02 Terminal Base Terminal Colector Terminal Emisor Tipo de Transistor Material del Transistor

2 3 1 NPN Silicón

PARTE 2:

1. Mediante el multímetro, obtenga las siguientes características del transistor: deducción del tipo de transistor (NPN o PNP en los BJT), configuración de cada patilla y  (hFE). 2. Para ello, encontrar cuál es la situación de los diodos y su polaridad. Una vez conocida la correspondencia de cada patilla, colocar adecuadamente en el multímetro para medir  en el caso de un BJT. De esta forma se puede deducir si se trata de un PNP, de un NPN si son BJTs. 3. Utilizando la hoja de datos analizar las siguientes características del transistor: tipo de transistor, configuración de cada patilla, potencia máxima, VCE máxima, IC máxima,  (hFE) y frecuencia de corte.

9

4. En el circuito, se requiere ajustar Rb2 de tal manera que IB alcance los 25uA. A continuación se varía Rc2 de forma de VCE sea 0V, 0.5V, 1V y 1.5 V midiendo en los distintos casos la corriente IC. 5. Grafique Vce vs Ic. 6. Obtener las lecturas de VCE, IB, e IC empleando el multímetro, repitiendo el proceso para IB igual a 50uA, 75uA y 125uA. Grafique Vce vs Ic para cada caso. Tabla N°03

Ib = 25µA Ib = 50µA Ib = 75µA Ib = 125µA

Ic = Ic = Ic = Ic =

Vce = 0V 1.47mA 1.46 mA 1.48 mA 1.5 mA

Vce = 0.5V 8.292 mA 16.44 mA 23.76 mA 33.1 mA

Vce = 1V 8.539 mA 16.78 mA 24.83 mA 34.61 mA

Vce = 1.5V 8.712 mA 17.50 mA 25.40 mA 35.428 mA

PARTE 3: Características del Colector 1. Construya el circuito de la fig 2.

2. Fijar el voltaje VRB a 3.3V variando el potenciómetro de 1M. Esto fijará IB = VRB/RB a 10A como se indica en la Tabla 4. 3. Luego fijar VCE a 2V variando el potenciómetro de 5K como se indica en la primera línea de la Tabla 4. 4. Registre el voltaje VRC y VBE en la Tabla 4. 5. Variar el potenciómetro de 5K parta incrementar VCE de 2 V hasta los valores que aparecen en la Tabla 3. Notar que IB es mantenida a 10A en los diferentes niveles de VCE. 6. Para cada valor de VCE mida y registre VRC y VBE. Use la escala de mV para VBE. 7. Repita los pasos B hasta F para todos los valores indicados en la Tabla 3. Cada valor de VRB establecerá un nivel diferente de IB para la secuencia de valores de VCE. 8. Después de haber obtenido todos los datos, calcule el valor de IC = VRC / VC y el valor de IE = Ic + IB. Use los valores medidos de Rc. 9. Usando los datos de la Tabla 3, dibuje la curva característica del transistor en la fig. 3 La curva es IC vs. VCE para los diferentes valores de IB Seleccionar una escala adecuada para Ic e indique cada valor de IB. 10

Tabla N°04 Vrb (V) (medido) 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3

Ib (μA) (calculado ) 10 10 10 10 10 10 10 10

Vce (V) (medido ) 2 4 6 8 10 12 14 16

Vrc (V) (medido ) 1.41 1.44 1.47 1.51 1.54 1.59 1.63 1.66

Ic (μA) (calculado)

Vbe(mV) (medido)

Ie (μA) (calculado)

6.6 6.6 6.6 6.6 6.6 6.6 6.6

20 20 20 20 20 20 20

9.9 9.9 9.9 9.9 9.9

α

0.00141 0.00144 0.00147 0.00151 0.00154 0.00159 0.00163 0.00166

0.674295 0.674295 0.674295 0.674295 0.674295 0.674295 0.674295 0.674295

0.00142 0.00145 0.00148 0.00152 0.00155 0.0016 0.00164 0.00167

0.99295 0.99310 0.99324 0.99342 0.99354 0.99375 0.99390 0.99401

141 144 147 151 154 159 163 166

2 4 6 8 10 12 14

3.08 3.155 3.242 3.343 3.398 3.522 3.59

0.00308 0.003155 0.003242 0.003343 0.003398 0.003522 0.00359

0.695284 0.695284 0.695284 0.695284 0.695284 0.695284 0.695284

0.0031 0.003175 0.003262 0.003363 0.003418 0.003542 0.00361

0.99354 0.99370 0.99386 0.99405 0.99414 0.99435 0.99445

154 157.75 162.1 167.15 169.9 176.1 179.5

30 30 30 30 30

2 4 6 8 10

5.061 5.146 5.343 5.456 5.58

0.005061 0.005146 0.005343 0.005456 0.00558

0.708936 0.708936 0.708936 0.708936 0.708936

0.005091 0.005176 0.005373 0.005486 0.00561

0.99410 0.99420 0.99441 0.99453 0.99465

168.7 171.5 178.1 181.8 186

13.2 13.2 13.2 13.2

40 40 40 40

2 4 6 8

6.776 6.926 7.093 7.279

0.006776 0.006926 0.007093 0.007279

0.717304 0.717304 0.717304 0.717304

0.006816 0.006966 0.007133 0.007319

0.99413 0.99425 0.99439 0.99453

169.4 173.15 177.325 181.975

16.5 16.5 16.5 16.5

50 50 50 50

2 4 6 8

8.01 8.22 8.455 8.72

0.00801 0.00822 0.008455 0.00872

0.722246 0.722246 0.722246 0.722246

0.00806 0.00827 0.008505 0.00877

0.99379 0.99395 0.99412 0.99429

160.2 164.4 169.1 174.4

Variación de  y  Para cada línea de la Tabla 4 Calcule los niveles correspondientes de  y  usando las siguientes ecuaciones:  = Ic / IE  = Ic / IB

11

Β

VII.- CUESTIONARIO FINAL: 1

La gráfica Vce vs Ic, ¿qué características tiene?, ¿las intersecciones con el eje ‘x’ i ‘y’ qué representan?

Ic vs Vce 12

Ib (corriente

Ic (mA)

10

de base)

8

125 uA

6

75 uA

4

50 uA

2

25 uA

0 0

0.5

1

1.5

Vce (V)

En la gráfica Vce vs Ic se puede apreciar la zona de saturación y activa, las intersecciones con el eje ‘X’ y ‘Y’ representan la potencia o trabajo realizado en aquel momento el cual tiene un límite de operación. 2

¿Qué diferencias encuentra entre las gráficas para 25, 50, 75 y 125 uA?

La diferencia entre las gráficas para 25, 50, 75, 125 uA es la ganancia o factor de 𝐼

amplificación β que es la relación entre: 𝐶 . 𝐼𝐵

3

¿Cuándo se dice que un transistor está en corte?, ¿se da este caso en la práctica?

Cuando no pasa corriente por la base, no puede pasar tampoco por sus otros terminales; se dice entonces que el transistor está en corte, es como si se tratara de un interruptor abierto. La corriente que pasa por la base no llega a cero en ningún momento. En otras palabras, el transistor nunca llega a cero. 4

Cuándo se dice que un transistor está en saturación, ¿se logra en la práctica?

El transistor está en saturación cuando la corriente en la base es muy alta; en ese caso se permite la circulación de corriente entre el colector y el emisor y el transistor se comporta como si fuera un interruptor cerrado. Si, en la práctica realizada se logró saturar el transitor. 5

Indique la relación entre Ic e Ib que encontró en la práctica. 𝐼

La relación entra la corriente de colector y la corriente de base es el β= 𝐶

𝐼𝐵

I_B 25 50 75 125

I_C_1 1,472 1,46 1,49 1,5

I_C_2 6,24 11,76 15,51 21,75

I_C_3 6,35 12,28 16,96 26,54

I_C_4 6,43 12,62 17,38 27,84

12

β _1

58,8 29,2 19,8 12,0

β _2

β _3

β _4

249,6 235,2 206,8 174,0

254,0 245,6 226,1 212,3

257,2 252,4 231,7 222,7

VIII.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:  Tener cuidado con la intensidad que se le otorga al circuito ya que puede generar un sobrecalentamiento.

 Aprendimos a identificar las partes de un transistor.  Reconocimos el funcionamiento de un potenciómetro en un circuito, además tenemos la ventaja que nos ofrece una resistencia variable.  Aprendimos a identificar las características físicas y eléctricas de un transistor BJT.  Comprobamos que al hacer la gráfica Ic vs Vce se genera la curva de los transistores BJT.

IX.- BIBLIOGRAFÍA:  http://mrelbernitutoriales.com/transistor-bjt/transistor-bipolarconociendolo/  ftp://ece.buap.mx/pub/profesor/JCC/Dispositivos%20Electr%F3ni cos/EL%20TRANSISTOR%20BJT.pdf  http://lcr.uns.edu.ar/electronica/Introducc_electr/2011/clases/BJ T.pdf  http://rodin.uca.es/xmlui/bitstream/handle/10498/14760/practic a%204%20bjt%20prot.pdf  https://ocw.ehu.eus/pluginfile.php/2728/mod_resource/content/ 1/electro_gen/teoria/tema-4-teoria.pdf  http://mdgomez.webs.uvigo.es/DEI/Guias/tema5.pdf

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ANEXO:

Alimentando el circuito con corriente DC para tomar los respectivos datos

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