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• Anthony César Mallma Véliz

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

INFORME FINAL LABORATORIO N°3: EL TRANSISTOR BIPOLAR CIRCUITOS DE POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES BJT’s CURVAS CARACTERÍSTICAS

ANÁLISIS Y DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS ML-831

DOCENTE: INTEGRANTES:

Arévalo Macedo, Robinson Aliaga Yauri, José Omar Avalos Adriano, Luis Angel Mallma Veliz, Aldahir Javier

SECCIÓN:

B LIMA-PERÚ 2019

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y AUTOMATIZACIÓN

1. OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA 1.1 Determina las corrientes y voltajes de los circuitos de polarización de BJT’s básicos. 1.2 Implementar y obtener el cuadro de voltajes de los circuitos de polarización de BJT’s básicos. 1.3 Verifica la curva característica del transistor.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO El transistor de unión bipolar es uno de los dispositivos que son fruto de la tecnología en semiconductores (basada en uniones PN y dopaje) y es uno de los tipos de transistores más usados en la actualidad. Un transistor posee tres terminales (base, emisor, colector) las cuales se muestran en la siguiente figura.

Un transistor BJT puede eventualmente trabajar en tres regiones, las cuales son: región activa, región de saturación y región de ruptura. Cuando un transistor BJT trabaja en región activa, quiere decir que está trabajando como amplificador de una señal (corriente o voltaje), esta región de funcionamiento se caracteriza porque la corriente de base es muy pequeña en comparación a la de colector y emisor (que son parecidas), y porque el voltaje colector base no puede exceder los 0.4 o -0.4V (dependiendo si es PNP o NPN). Mientras que la región de corte indica que el transistor prácticamente está apagado, es decir Ib=Ie=Ic=0. Por último, un transistor de unión bipolar está saturado cuando Ic=Ie=Imax, en este caso la magnitud de la corriente depende de la tensión de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector, en el emisor o en ambos. En particular para un transistor que funcione como amplificador de una señal trabajando en modo activo, hay ciertas ecuaciones que modelan su funcionamiento, las cuales son las siguientes: 𝐼𝐶 = 𝛽𝐼𝐵 𝐼𝐶 = 𝛼𝐼𝐸 𝛼=

𝛽 𝛽+1

2

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y AUTOMATIZACIÓN Ellas confirman lo dicho anteriormente, puesto que 𝛽 en magnitud es relativamente grande y 𝛼 un valor cercano a la unidad. Podemos analizar que sucede si introducimos a la entrada una señal AC, para ello se introduce un parámetro esencial que se denomina transconductancia (gm), la cual en esencia es la pendiente de una aproximación lineal del comportamiento exponencial del transistor.

3. RESULTADOS OBTENIDOS PROCEDIMIENTO 1.

Con el rango del ohmimetro en Rx1 (multímetro analógico) ó posición Diode Test (Multímetro Digital), determinar la Base, Colector y Emisor considerando:

multímetro analógico : multímetro digital

(+)punta negra, (-) punta roja. :

(+)punta roja, (-) punta negra.

Unión

Directa

Inversa

BE

5.67 MΩ

Muy alto

BC

5.59 MΩ

Muy alto

2. Monte el circuito de la figura:

CIRCUITO 1

Estado

3

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4

3. Energizar el circuito y llenar el cuadro de voltajes con el multímetro en DC VOLT. VB

VC

VE

VCE

VCB

VRC

VRE

626 𝑚𝑉

4.04 𝑉

0

4.04𝑉

3.414 𝑉

5.06 𝑉

0

4. Monte el circuito de la figura:

CIRCUITO 2 5. Energizar el circuito y llenar el cuadro de voltajes con el multímetro en DC VOLT. VB

VC

VE

VCE

VCB

VRC

VRE

2.16 𝑉

2.11 𝑉

1.58 𝑉

0.53 𝑉

−0.05 𝑉

6.92 𝑉

1.58 𝑉

6. Monte el circuito de la figura:

CIRCUITO 3 7. Energizar el circuito y llenar el cuadro de voltajes con el multímetro en DC VOLT. VB

VC

VE

VCE

VCB

VRC

VRE

2.37 𝑉

6.51 𝑉

1.75 𝑉

4.75 𝑉

4.1 𝑉

5.6 𝑉

1.72 𝑉

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5

8. Monte el circuito de la figura:

CIRCUITO 4 9. Energizar el circuito y llenar el cuadro de voltajes con el multímetro en DC VOLT.

VB

VC

VE

VCE

VCB

VRC

VRE

0.65 𝑉

2.14 𝑉

0

2.13 𝑉

1.49 𝑉

9.47 𝑉

0

10. Monte el circuito de la figura:

CIRCUITO 5 1.

Energizar el circuito y llenar el cuadro de voltajes con el multímetro en DC VOLT. VB

VC

VE

VCE

VCB

VRC

VRE

3.15 𝑉

4.03 𝑉

2.58 𝑉

1.5 𝑉

0.85 𝑉

8.09 𝑉

2.53 𝑉

CUESTIONARIO 1. Presentar los cuadros de voltajes totalmente llenos. 2. Hacer una comparación entre los voltajes calculados y medidos para cada caso.

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6

De los cálculos del previo para cada circuito:

CIRCUITO 1 VB

VC

VE

VCE

VCB

VRC

VRE

Calculado

0.7 𝑉

3.3892 𝑉

0

3.3892𝑉

2.689 𝑉

5.6108 𝑉

0

Medido

626 𝑚𝑉

4.04 𝑉

0

4.04𝑉

3.414 𝑉

5.06 𝑉

0

%Error

10.57

19.202

0

19.202

26.96

9.82

0

VCB

VRC

VRE

CIRCUITO 2 VB

VC

VE

VCE

Calculado 2.4179 𝑉 2.3257 𝑉 1.7179 𝑉 0.6078 𝑉 −0.092 𝑉 6.6742 𝑉 1.7179 𝑉 Medido

2.16 𝑉

2.11 𝑉

1.58 𝑉

0.53 𝑉

−0.05 𝑉

6.92 𝑉

1.58 𝑉

%Error

10.67

9.27

8.027

12.8

45.65

3.68

8.027

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7

CIRCUITO 3 VB

VC

VE

VCE

VCB

6.4503𝑉 1.7076𝑉 4.4736𝑉 4.0361 𝑉

VRC

VRE

5.5498𝑉

1.7076𝑉

Calculado

2.4142𝑉

Medido

2.37 𝑉

6.51 𝑉

1.75 𝑉

4.75 𝑉

4.1 𝑉

5.6 𝑉

1.72 𝑉

%Error

1.83

0.926

2.48

6.178

1.58

0.905

0.726

CIRCUITO 4 VB

VC

VE

VCE

VCB

VRC

VRE

Calculado

0.7 𝑉

2.1𝑉

0

2.1 𝑉

1.4 𝑉

9.9 𝑉

0

Medido

0.65 𝑉

2.14 𝑉

0

2.13 𝑉

1.49 𝑉

9.47 𝑉

0

%Error

7.14

1.905

0

1.43

6.43

4.34

0

CIRCUITO 5

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8

VB

VC

VE

VCE

VCB

VRC

VRE

Calculado

3.1732 𝑉

3.9632𝑉

2.4732

1.49 𝑉

0.79 𝑉

8.0379 𝑉

2.4732𝑉

Medido

3.15 𝑉

4.03 𝑉

2.58 𝑉

1.5 𝑉

0.85 𝑉

8.09 𝑉

2.53 𝑉

%Error

0.73

1.686

4.32

0.67

7.595

0.648

2.297

3. ¿Por qué existe gran diferencia entre lo calculado y medido en el caso de Polarización Fija? Al realizar el laboratorio, las resistencias que usamos no fueron las que exactamente decían en el laboratorio, variaban en un pequeño porcentaje, lo que conduce al error en los cálculos, al igual que considerar que la tensión entre la base y el emisor es 0.7 𝑉, en el caso experimental variaba ese dato a 0.65 𝑉, lo que también afectaría en las mediciones con el multímetro. 4. ¿Cuál de los circuitos de polarización resultó más exacto entre lo calculado y medido? Los circuitos que resultaron más exactos fueron los Circuitos 3, 4 y 5, variaba sólo debido a que las resistencias variaban un poco del valor indicado en el circuito. 5. De acuerdo a la ubicación del punto Q, en la recta de Carga. ¿En qué zona se ubica cada una de las polarizaciones? CIRCUITO 1: Zona activa CIRCUITO 2: Zona de saturación CIRCUITO 3: Zona activa CIRCUITO 4: Zona de saturación CIRCUITO 5: Zona de saturación 6. Utilice un software de simulación y verificar los circuitos desarrollados (Pspice, workbench, Circuit-Maker, Orcad). Para verificar los circuitos desarrollados se usó el software de simulación Circuit Maker 2000, los circuitos se presentarán a continuación:

CIRCUITO 1

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CIRCUITO 2

CIRCUITO 3

CIRCUITO 4

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CIRCUITO 5 Los datos en el programa varían en algunos casos, ya que también considerar un valor diferente para la ganancia de corriente de colector a base (𝛽).

4. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES  Al comparar los valores hallados experimentalmente con los hallados teóricamente notamos que hay un cierto porcentaje de error esto se da debido a que al medir con el multímetro se dan ciertos errores.  Podemos comprobar experimentalmente que en un transistor BJT que el voltaje de base es siempre mayor que el voltaje en el emisor.  También comprobamos que la diferencia entre el voltaje del colector con el del emisor es aproximadamente igual al voltaje medido entre el colector y el emisor matemáticamente seria lo siguiente 𝑉𝐶 − 𝑉𝐸 = 𝑉𝐶𝐸 .  Los valores medidos en las resistencias conectadas al emisor y colector tienen un cierto error, pero es muy pequeño.

5. RECOMENDACIONES  Armar bien los circuitos en el protoboard, colocando bien las resistencias y el transistor.  Medir adecuadamente los valores con el multímetro.  Ubicar bien los puntos en el transistor donde se encuentra el emisor, colector, base; esto es fundamental para no confundirlos y evitar malas mediciones.

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