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INFORME LABORATORIO # 5 TRANSISTOR BJT.

ESTUDIANTES: JORGE RAMOS ARELLANO 2016119081 JAVIER SALGADO RODRIGUEZ 2016119088.

DIRIGIDIO A: ING. ARTHUR JOSE BURGOS RODRIGUEZ

GRUPO # 4

UNIVERSIDADA DEL MAGDALENA FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRONICA I

SANTA MARTA, MAGDALENA 18-04-2018

LABORATORIO N° 5. TRANSISTOR; ESTUDIO DEL COMPONENTE.

INTRODUCCIÓN El transistor es un componente semiconductor de tres terminales que permite realizar diferentes funciones tales como conmutación, oscilación, amplificación. En este laboratorio comprobaremos el funcionamiento del transistor tipo bjt, analizando su región de operación, como también analizaremos su polarización, sin embargo aprenderemos a medir las corrientes y voltajes en las terminales del transistor. OBJETIVO Identificar el funcionamiento de las zonas de corte, saturación y en activa de un transistor. Comparar los resultados teórico-prácticos con ayuda de las mediciones realizadas en la práctica. Familiarizase con un nuevo componente como es el transistor Conocer la correcta polarización de las terminales del transistor EQUIPOS Y DISPOSITIVOS UTILIZADOS         

Fuente de poder dual 0-30 VDC. Multiprobador digital. Multiprobador análogo. Transistor BD137 o equivalente. Resistencias de: 22Ω 5 Wat; 1 K Ω ; 470K Ω. Potenciómetro de 100 K Ω. Cables Protoboard Pinzas

MARCO TEORICO TRANSISTORES PNP Y NPN es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. 1 Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, entre otros.

FUNCIONAMIENTO En una configuración normal, la unión base-emisor se polariza en directa y la unión base-colector en inversa.1 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. Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. En una operación típica, la unión base-emisor está polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la unión baseemisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan "huecos" como portadores mayoritarios en la base. La región de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para que los portadores puedan difundirse a través de esta en mucho menos tiempo que la vida útil del portador minoritario del semiconductor, para minimizar el

porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzar la unión basecolector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusión de los electrones.

El Transistor Bipolar o BJT Transistor NPN Transistor PNP El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor. El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor. El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor) , una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación. Este factor se llama b (beta) y es un dato propio de cada transistor. 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 el, 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. Ver figura.

En el segundo gráfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a más corriente la curva es más alta 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, ver 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, 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. (Recordar que Ic = β * Ib)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 más importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador. Configuraciones: Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para

cierto tipo de aplicación, y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0) -Emisor común -Colector común -Base común Nota: Corriente de colector y corriente de emisor no son exactamente iguales, pero se toman como tal, debido a la pequeña diferencia que existe entre ellas, y que no afectan en casi nada a los circuitos hechos con transistores. REGIÓN DE CORTE Y SATURACIÓN. El transistor se encuentra en la región de corte cuando IC=0. Para dejar en cero la corriente de colector, se requiere tener en cero la corriente de base IB. Esta será cero cuando VBB=0. El transistor se encuentra en saturación cuando el voltaje colector emisor sea de cero VCE=0. Para determinar la corriente de saturación, consideramos el voltaje colector emisor de la malla de salida igual a cero. Por lo tanto: VCC=IC*RC+VCE | VCC=IC*RC+0 IC=VCC/RC Para determinar el corte, consideramos que la corriente de base es igual a cero, por lo tanto la corriente de colector es igual a cero: VCC=IC*RC+VCE | VCC=0*RC+VCE VCE=VCC Con estos dos puntos determinamos la recta de carga del transistor. La región central se llama, región activa. Las regiones del extremo son regiones de saturación y de corte.

Por último, considerando una carga de RC=6 Ohms y un voltaje de colector VCC = 2V y requiero 400mA para activar esta carga. La señal de entrada es de 3V. Por lo tanto tenemos que calcular la corriente de base para un transistor con una hfe de 160.

IB=IC/hfe=400mA/160=2.5mA. Para asegurar la región de saturación se recomienda multiplicar la IB por 5. Por lo que nos quedaría en: IB=12.5mA Por lo tanto la resistencia de base VCC = RB*IB+VBE RB = (VCC-VBE)/IB = (3V-0.7V)/12.5mA = 184 Ohms. Debido a que no existe una de 184 podemos bajar un poco a un valor comercial, por ejemplo 180 Ohms.

PROCEDIMIENTO 1. Comprobamos el estado del transistor midiendo resistencias en las terminales de este componente. 2. Ajustamos todos los dispositivos de medición a un rango específico. 3. Armamos los circuitos que de describían en las hojas de instrucciones del laboratorio. 4. Anotamos los resultados en tablas de datos para realizar posteriormente su debido análisis. DESARROLLO Para llevar a cabo este laboratorio fue necesario tener claro que los transistores tienen polarizada como se muestra a continuación la identificación de cada uno de los pines del transistor.

Todo elemento o dispositivo eléctrico debe probarse con el instrumento Diseñado para ellos. Los transistores no son una excepción, sin Embargo en el campo se puede probar un transistor con el óhmetro Analógico, siguiendo las siguientes instrucciones.

3.1.1. MEDIDA DE LA RESISTENCIA DE AVANCE. Con ayuda de un multímetro digital localizamos la perilla de este en el ohmímetro para realizar las medidas de las resistencias en los pines del transistor realizando los siguientes procedimientos. 3.1.2. polarizando directamente la unión BASE-EMISOR procedimos a medir la resistencia entre estas dos terminales obteniendo el siguiente resultado de 380 Ω lo cual indicada que el transistor está en buen estado ya esta medida tenía que ser menor que 500 Ω. 3.1.3. aplicando el mis procedimiento anterior polarizamos la unión BASE – COLECTOR y medimos la resistencia entre estas dos terminales en la cual obtuvimos una resistencia de 420 Ω obteniendo así un resultado que se encuentra en el rango establecido ya que este debe menor o igual a 500 Ω. Ahora procedimos aplicar el procedimiento que se muestra a continuación 3.1.4. RESISTENCIA DE REVERSO. Con ayuda de un multímetro digital seleccionamos el rango de 1000k en el ohmímetro. Y procedimos de la siguiente manera. 3.1.5. Polarizando inversamente la unión BASE-EMISOR medimos la resistencia entre las dos terminales obteniendo una medida de 350k observando así que la resistencia se encuentra entre el rango establecido ya que este debe ser mayor que 300K Ω . 3.1.6. Aplicando el procedimiento descrito en el anunciado 3.1.5 polarizamos inversamente la unión Base – Colector obteniendo el siguiente resultado 380 K Ω garantizando así que el transistor cumple con las condiciones establecidas anteriormente Continuando con la práctica realizamos el desarrollo que se muestra a continuación: 3.1.7. GANANCIA DE CORRIENTE. Para validar el comportamiento y estado del transistor armamos el siguiente Circuito de la figura 7.3.

Posteriormente conectamos el ohmímetro como se muestra en la figura. El instrumento nos indica la resistencia colector emisor. Cerramos el circuito de la resistencia de 470k obteniendo una resistencia de 0,470M comprobando de manera práctica la resistencia en las terminales del transistor. Posteriormente desconectamos y desarmamos el circuito para evitar cualquier accidente en el espacio de trabajo

3.2. FAMILIA DE CURVAS CARACTERISTICAS. El circuito que se muestra a continuación es el más complejo de la práctica ya que en este se realizarán muchas mediciones en distintos puntos del circuito tal como se muestra en la figura

R1 = 1KΩ; R2 = 22Ω; P1 = 100KΩ; Q1 = BD137 Figura 7.4.

Y posteriormente procedimos de la siguiente manera. Comprobamos que el circuito cumpla con las siguientes condiciones a.- Interruptores S 1 y S 4 abiertos. b.- Amperímetro con la polaridad correcta; Rango 50 A. c.- Interruptor S 2 cerrado. d.- Interruptor S 3 abierto. e.-Luego comprobamos que nuestro potenciómetro p1 tuviera la mínima resistencia entre sus terminales f.- ajustamos la fuente V BB a 5,0 voltios, cerramos el puente S 1. g.- y nos verificamos que la Fuente V CC estuviera a cero (0) voltios. Cerramos el puente S4 y observamos el amperímetro Ic y anotamos la lectura en la tabla que se muestra a continuación en la posición (IC = 0; Vce = 0). Tal y como se muestra en la siguiente tabla.

IB

VCE

(mA)

(V)

0,0

0,1

0,5

1,0

2,0

5,0

8,0

10,0

0,00

0,00 00.5 0,14 0,149 0,149 0,1 5 7 0 7 51

0,15 0,37 2 0

0,10

0,38 20,2 27,4 28,1

29,8

31

31,5 33

0,15

0,50 27,4 36,3 36,8

37,6

41

43,8 48,7

0,64 41,8 49

51

55

59,8 60,4

0,20

IC (mA)

49,5

0,25

0,93 61,2 62,3 63,7

65,9

72

80

0,30

0,94 65

78,6

90, 8

105, 116, 5 5

73

76,7

86,2

R1 = 1KΩ; R2 = 22Ω; P1 = 100KΩ; Q1 = BD137 Figura 7.4. Ajustando la fuente Vcc hasta obtener en el multímetro Vce =o-1v y anotamos el resultado en la tabla. Repetimos este mismo procedimiento para todos los valores de vce de la tabla en la línea correspondiente. Luego trasladamos el amperímetro hasta las terminales C y D y ajustamos el potenciómetro hasta obtener una de o.1 mA y repetimos el mismo procedimiento para obtener los valores para VCE y anotamos los resultados en la segunda fila que pertenece a la corriente de 0.1 mA.

Además hay que repetir este procedimiento para cada una de las corrientes I B y también los voltajes Vce y anotar los resultados en la tabla. 3.3. CURVA CARACTERISTICA IB – VBE. Para el siguiente procedimiento solo tenemos que hacerle algunas modificaciones al circuito de la figura 7.4 obteniendo el siguiente circuito.

P1 = 100K: R1 = 1K; R2 = 22; Q1 = BD137 Figura 7 – 5. Conectamos el voltímetro entre el colector y tierra del circuito y ajustamos el voltaje de la fuente hasta lograr que VCE mida 5v. Posteriormente conectamos el multímetro digital entre la base y la tierra del transistor y variando el potenciómetro ajustamos la corriente de base acorde con los valores de tabla y anotamos los resultados tal y como se muestra.

IB (μA)

1

50

100

150

200

250

300

VBE

0.55

0,60

0,66

0,70

0,72

0,73

0,74

En la tabla se observar el comportamiento de un transistor al variar la corriente de base.

1. RESULTADO En la siguiente grafica se muestra graficado la corriente IC – ECE con IB constante donde se evidencia el comportamiento del transistor.

4.2.

En la siguiente grafica se ilustra la gráfica IB – EBE con ECE constante.

CONCLUSIÓN Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de los circuitos electrónicos. Se puede comentar que con el invento de estos dispositivos han dado un giro enorme a nuestras vidas, ya que en casi todos los aparatos electrónicos se encuentran presentes. Se conocieron los distintos tipos de transistores, así como su aspecto físico, su estructura básica y las simbologías utilizadas, pudiendo concluir que todos son distintos y que por necesidades del hombre se fueron ideando nuevas formas o nuevos tipos de transistores. Además de todos esto, ahora si podremos comprobar o hacer la prueba de los transistores para conocer si se encuentra en buenas condiciones para su uso.

5.1. Sobre el de las curvas IC – ECE e indicamos las zonas activas, de saturación y corte tal y como se muestra en la gráfica.