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FISI 3143: Laboratorio de Electrónica I Departamento de Física y Electrónica Universidad de Puerto Rico en Humacao 2011-2012

Práctica 7: Transistores BJT Objetivo: Estudiar propiedades y curvas características de transistor BJT. Referencias: 1. Notas y enlaces en página del curso (http://mate.uprh.edu/~iramos/fisi3143.html). 2. Boylestad and Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Prentice Hall, 7th Ed., Cap. 3. Preguntas de repaso: 1. Explique las características del transistor de unión bipolar (BJT) y las diferencias entre los BJT tipo NPN y tipo PNP. 2. ¿Qué características tiene el BJT con polarización Emisor Común? 3. Modifique el subVI que controla su Power Supply para controlar las tres fuentes de voltaje en lugar de una solamente. 1. Transistor de Unión Bipolar (BJT) El transistor es un dispositivo semiconductor de tres terminales donde la señal de uno de los terminales controla las otras dos. Los transistores se utilizan para amplificación, regulación de potencia y como interruptores. El transistor de unión bipolar (BJT) está formado por la unión de dos semiconductores tipo n y uno tipo p, o dos tipo p y uno tipo n. Se conoce como transistor bipolar ya que la corriente es producida tanto por electrones como por huecos. La figura 1 muestra la construcción de un BJT tipo npn (dos semiconductores tipo n separados por un semiconductor tipo p) y su correspondiente símbolo esquemático. Los terminales del transistor se identifican como Colector (C), Emisor (E) y Base (B). La figura 2 muestra un BJT tipo pnp.

Figura 1. BJT tipo npn

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Figura 4. Terminales BJT. Figura 3. Foto de BJT

La figuras 3 y 4 muestran un ejemplo y un esquemático de la parte inferior de un BJT que nos permite identificar sus terminales (Colector, Base y Emisor), respectivamente. Note que los terminales son los mismos para NPN y PNP. Como los transistores BJT pueden representarse internalmente como la unión de dos diodos (ver figura 5), el DMM puede utilizarse para revisar cada diodo como aprendimos en las prácticas anteriores. Práctica 1: Verificar funcionamiento del BJT 1. Seleccione un par transistores BJT (Note que la codificación comienza con 2N). Anote su código e identifique sus terminales. 2. Verifique que funcionan correctamente utilizando la técnica que utilizamos para los diodos. . Coloque las puntas de prueba del DMM entre los terminales: BE, EB, BC y CB. Explique sus resultados. 3. Seleccione un transistor NPN que funcione correctamente para la próxima práctica (2N3904 o similar).

Figura 5. Representación de transistors BJT como uniones de dos diodos: a) NPN y b) PNP.

2. Curvas Características de BJT La operación del transistor se obtiene polarizando las uniones pn o np. La figura 6 muestra un circuito polarizado en configuración “Emisor Común”. Las curvas características de la entrada del Emisor Común son las curvas de IB versus VBE para distintos valores de VCE. Como usted puede deducir del circuito, estas curvas se comportan como las curvas características de un diodo. La figura 7 muestra las curvas características de la salida del emisor común con sus correspondientes zonas de operación (Amplificación o Activa, Saturación o Cut-Off). Aplicando las leyes de Kirchhoff al circuito obtenmos: FISI 3143-2011-I. Ramos

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I E =I C + I B V CE =V CC −1kIC V BE =V BB−100kI B Para polarización dc la relación entre IC e IB está dada por el parámetro ß donde:

β=

IC IB

Práctica 2: Curvas Características del BJT

1. Usted programará un VI que muestre las curvas características de un BJT como las de la figura 7. Comience modificando el VI que programó para obtener la característica del diodo. Su nuevo VI tiene dos elementos que lo hacen más complejo: 1) necesitará utilizar dos fuentes del power supply en lugar de una y 2) necesitará dos ciclos para obtener las curvas características, un ciclo interno que controle el voltaje VCE y otro externo que controle los valores de IB. Power Supply: Modifique el subVI del power supply para que le permita utilizar más de una fuente de voltaje. Pruebe su subVI antes de insertarlo al VI del BJT. Los siguientes enlaces le pueden ser de utilidad: Ejemplo de VI: https://decibel.ni.com/content/docs/DOC-1202 y Artículo sobre VI: http%3A%2F%2Fwww.tau.ac.il%2F~electro%2Fdoc_files%2Fmicro %2FPOWER_SUPPLY_INTERFACING_LA.DOC&ei=4cOlTtjwB9SSgQflg_DyBQ&usg = AFQjCNGKCYjWsG3tM0fTJ2rTjuXxQe8PS w&sig2=z1imw_lI1X9amrxY7AlHSg&cad=rja.

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2. Una vez su Power Supply este listo para controlar dos o tres fuentes de voltaje, escriba un VI para obtener las curvas características del transistor en el circuito de la figura 6. Su programa debe ejecutar los siguientes pasos: •

Ajustar VBB hasta que IB=10 µA.

•

Manteniendo IB fija, ajustar VCC hasta que VCE sea aproximadamente 0.1 V. Medir IC (directamente o midiendo voltaje y utilizando la ley de Ohm). Incrementar VCE en pasos de 0.1 V hasta 15 V y medir IC para cada voltaje. Trazar la curva de IC versus VCE. Verique que su VI traza esta curva antes de continuar con el paso siguiente.

•

Incrementar IB hasta 40 µA en pasos de 10 µA y repetir el segunto paso.

•

Trazar las curvas de IC versus VCE para los distintos valores de IB

3. Construya el circuito y verifique el funcionamiento de su VI. 4. Utilizando los resultados, calcule el valor de β y compare con los parámetros en la literatura.

Para su informe: 1. Muestre el programa funcionando a la profesora. 2. Incluya el diagrama del circuito, fotos del experimento funcionando, copia del VI (panel y diagrama de bloque) y discusión de sus resultados.

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