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Laboratorio Nº 04: EL TRANSISTOR BIPOLAR - POLARIZACION Zavala Magariño Daniel Antonio Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de Ingeniería Lima, Perú [email protected] [email protected]

INTRODUCCIÓN El transistor bipolar es un dispositivo que posee tres capas semiconductoras con sus respectivos contactos llamados; colector (C), base (B) y emisor (E). La palabra bipolar se deriva del echo que internamente existe una doble circulacion de corriente: electrones y lagunas o agujeros. I.



OBJETIVO

El laboratorio deacuerdo a sus experimentos tiene como finalidad:  

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   

Conocer las características técnicas y los requerimientos de uso del transistor. Adquirir destreza en el uso de los equipos y la obtención de las curvas características del transistor Bipolar. Adquirir destreza en el manejo de los manuales y obtención de los data sheet de los dispositivos a usar de Internet y los equipos de medición. Determinar las operaciones de corte y saturación de los transistores. Identificar las rectas de carga y punto de operación Adquirir destreza en el manejo de los equipos y el ensamble de los circuitos. Afianzar el trabajo en equipo asumiendo responsabilidades en el desarrollo de la experiencia.

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 

III.



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:

COMPETENCIAS

Maneja correctamente el multímetro, generador, fuente de alimentación y osciloscopio, configurando y conectándolos apropiadamente.

TEORIA

A. Transistor Bipolar o BJT

 II.

Selecciona correctamente los componentes a utilizar para el análisis de corte y saturación del transistor bipolar. Elabora informes técnicos claros mediante un formato digital establecido, detallando el proceso de laboratorio desarrollado, entregando puntualmente. Usa software de simulación y compara con los resultados experimentales. Reconoce la importancia del trabajo en equipo y se integra y participa en forma efectiva en equipos multidisciplinarios de trabajo.

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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.

Fig N°3: Transistor NPN Fig N°1: Tipos de transistores B. Principios de funcionamiento En una configuración normal, la unión base-emisor se polariza en directa y la unión base-colector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector.

- Transistores 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.

Fig N°4: Transistor PNP D. Regiones

operativas

del

transistor

Los transistores de unión bipolar tienen diferentes regiones operativas, definidas principalmente por la forma en que son polarizados: Fig N°2: Principios del funcionamiento de un transistor C. Tipos de transistor bipolar - Transistores NPN NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.

Región activa directa en cuanto a la polaridad:

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. -

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. 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: 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, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib = 0). - Región de saturación: 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. Se presenta cuando la diferencia de potencial entre el colector y el emisor desciende por debajo del valor umbral Vce,sat . Cuando el transistor esta en saturación, la relación lineal de amplificación Ic = β. Ib (y por ende, la relación Ie = (β + 1). Ib) no se cumple.

IV.

EQUIPOS Y MATERIALES

Los materiales a utilizar en el laboratorio son:   

         

Fig N° 5: Circuito Simulado

01 transistor NPN 2N2222 ó 2N3904 01 Resistencia de 100Ω; 2de 1KΩ de 1W. Resistencias:10KΩ;15KΩ;56KΩ;22KΩ;18 0KΩ; 3.3KΩ;6.2KΩ;10KΩ;47KΩ ,510KΩ;2KΩ de 1W. 01 Potenciómetro lineal de 50KΩ y 500 KΩ 0.5W 02 transistores BJT iguales BC548A 02 Diodos LED 01 protoboard 02 Fuente DC; puntas de prueba 01 protoboard y cables conectores 01 multímetro 01 Generador de funciones 01 Osciloscopio, puntas de prueba 01 amperímetro analógico

V.

PREGUNTAS PARA EL INFORME PREVIO

a.

Realice los cálculos para hallar 𝐈𝐁 , 𝐈𝐜 empleando el simulador ORCAD / Pspice o similar.

Fig N° 6: Corriente IB en la simulación en microamperio.

Fig N° 7: Corriente IC en la simulación en miliamperio. b. Simule los pasos de la guía de laboratorio y anote las tensiones y corrientes que se piden en el experimento. VCE 0.2 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

IC(mA) 5.463 6.244 6.266 6.350 6.434 6.519 6.604 6.688 6.772 6.857 6.942 7.025

c.

Con los valores obtenidos con el simulador, haga las gráficas de las curvas 𝐈𝐂 𝐕𝐒 𝐕𝐂𝐄 ; 𝐈𝐜 𝐕𝐒 𝐈𝐁 ; 𝛃 𝐕𝐒 𝐈𝐜 ; 𝐈𝐁 𝐕𝐒 𝐕𝐁𝐄 ; y obtenga el gráfico de respuesta en frecuencia indicando la ganancia de tensión vs Frecuencia usando la escala logarítmica.

Fig N° 8: Curvas obtenidas. Fig N° 10 d. Obtenga el Data Sheet del transistor y determine las características de corte y saturación así como el punto de operación del 2N 2222 y el 2N 3904.

e.

Que voltaje AC de entrada puede soportar el transistor 2N 2222 y el 2N 3904.

f.

Determine la impedancia de entrada y salida a 60 Hz.

VI. a.

DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA POLARIZACIÓNTRANSISTOR

CURVAS

DEL

A) Mida las resistencias y los potenciómetros con el multímetro y anote los valores. Fig N° 9

B) Determine los terminales del transistor con el multímetro o use los manuales e imprima El Data Sheet obtenida en Internet (Nota: si el multímetro tiene probador de transistores úselo) C) Arme el siguiente circuito: Tenga cuidado de colocar correctamente los terminales del transistor.

C) A partir de la tabla completada, graficar la curva de transferencia de entrada a salida VC vs V3 D) Graficar la curva de transferencia de corrientes (IC vs IB) y el beta de las mismas (BETA vs IC). E) Armar el circuito de la figura. Fig N° 11: Circuito a analizar D) Si usa un transistor equivalente busque en el data sheet sus características y modifique si es necesario el voltaje de entrada. E) Verifique las conexiones con el multímetro, ajuste la fuente a 12 VDC y conéctela al circuito. Fig N° 13: Circuito tercero a analizar. F)

La corriente de base ( IB ) obtenida en el informe previo, la puede ajustar con el potenciómetro de 500 KΩ. La corriente de base la puede medir indirectamente con la tensión en la resistencia de 10KΩ. La tensión de colector-emisor ( VCE ) la puede ajustar con el potenciómetro de 50KΩ. La corriente de colector ( IC ) la puede medir indirectamente con la tensión en la resistencia de 100Ω si solo cuenta con un amperímetro.

F)

Medir las tensiones VC, VE, y VB para trazar la recta de carga del circuito, variando R6.

G)

Determinar las corrientes y graficar la recta de carga en el plano IC vs VCE del transistor. Indicar la zona de operación correspondiente.

H)

Graficar en un mismo plano las diferentes rectas de carga, a colores, indicando las zonas de operación. Adjuntar las data sheet con los datos de los transistores utilizados.

I)

Armar el circuito de la figura 2, conectar los diodos LED en serie con las resistencias R1 y R2, colocar en V3 una fuente DC y reemplazar R1 por un potenciómetro.

J)

Para determinar la región activa varíe el voltaje de entrada V3 y realice las mediciones necesarias, de tal forma que pueda determinar el intervalo de voltaje (V(min) < V3 < V(max)) que mantiene al transistor operando en la región activa.

K)

Para determinar cuando el transistor está en corte o está en saturación, aumentar de 1v en 1v el V(max) DC de V3; hasta encontrar un cambio en V0. Luego repetir el procedimiento disminuyendo V(min) de V3 desde el último valor de v, hasta cero. En la simulación determinar la resistencia R1 que facilite el corte y saturación de manera más rápida y usar ese valor en la práctica de laboratorio.

G) Para determinar las curvas IC vs VCE, ajuste y mantenga IB en 40μA y varie la tensión VCE. Ajuste y mantenga IB en 80μA y varie IC. H) Obtener las curvas IC vs IB I)

Obtener las curvas IB vs VBE. b.

TRANSISTORES BIPOLARES ZONA ACTIVA, CORTE SATURACIÓN

EN Y

A) Armar el siguiente circuito:

Fig N° 12: Segundo circuito a armar. B) Polarizar el dispositivo y medir VC y VB. y completar la tabla.

VII. [1]

[2]

BIBLIOGRAFÍA

Fuente del navegador http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/c ontenidos_mo.php?it=1484 Fuente del navegador http://osiloscopi0.blogspot.pe/2013/10/calib racion-de-osciloscopio.html