UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
CARACTERISTICAS DE UN TRANSISTOR Andrea Jaramillo. Fernando Castañeda. Francisco Guerrero. Luis E scobar. Rafael Olivo Profesor(a): Elkin Travecedo. Grupo AN. 23-05-2012 Laboratorio Electrónica I, Universidad Universidad de la Costa, Barranquilla Resumen
En el presente informe, se realizó el desarrollo experimental de la práctica de laboratorio Nº6 (Características de un Transistor), donde se hizo utilidad de un circuito de regulación de voltaje de corriente alterna, conformado por un trasformador de voltaje, un puente rectificador, un diodo zener, varias resistencias y un capacitor, con la finalidad de estudiar el comportamiento de un sistema de protección para aparatos eléctricos y electrónicos sensibles a variaciones de diferencia de potencial o voltaje y ruido existente en la corriente alterna de la distribución eléctrica. El procedimiento para el desarrollo de la experiencia se hace efectivo, realizando la medición del voltaje de salida del sistema con una variación de la resistencia de carga, con la finalidad de calcular e voltaje pico a pico a través del capacitor filtrador y la salida del sistema. Palabras claves
Diodo Zener, puente rectificador, regulador de voltaje, transformador. Resistencia de carga. Abstract
In this report, was performed the experimental development of the lab No. 5 (Regulator Zener), which made use of a control
circuit of AC voltage, comprising a transformer voltage, bridge rectifier, a zener diode, several resistors and a capacitor, in order to study the behavior of a protection system for electrical and electronic equipment sensitive to changes in potential difference or voltage noise on the AC power distribution. The procedure for developing experience becomes effective, making the measurement of the output voltage of the system with a variation of load resistance. Key words
Zener diode, bridge rectifier, Load resistance, voltage regulator, and transformer. 1. Introducción
Un componente muy importante en la electrónica y sus diversas aplicaciones es el diodo zener, el cual tiene un funcionamiento idéntico a un diodo normal, de ser un semiconductor que después de pasar un voltaje de barrera deja circular corriente eléctrica en un solo sentido. La diferencia o característica del zener es de mantener en sus terminales un voltaje de regulación o voltaje zener nominal, el cual nos dice que si en la fuente que lo alimenta fluctúa el voltaje, el zener siempre lo mantendrá igual a su voltaje de regulación nominal.
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El zener es muy utilizado en fuentes de regulación de voltaje ya que nos ayuda a proteger equipos de sobretensiones que se generan en la red de alimentación. En el siguiente informe de laboratorio estudiaremos el comportamiento del diodo zener cuando es sometido a una carga y es variada dicha carga, se estudiara el circuito mediante el osciloscopio y se observa el tipo de onda y el tipo de rizado dependiendo la carga. En la práctica desarrollada se hizo uso de una fuente AC con la finalidad de regular y rectificar los voltajes de entrada en el circuito. 2. Objetivos
Analizar y comprender las características principales de un Transistor y su principio de funcionamiento. Observar la polarización del transistor para entender el comportamiento de la corriente Justificar con graficas, la relación de la corriente en cuanto a la aplicación del circuito dependiendo de los componentes electrónicos que posee.
3. Fundamentos Teóricos 3.1 Resistencia
Una resistencia o resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje).
Las resistencias o resistores son fabricadas en una amplia variedad de valores. Hay Resistencias con valores Kilohmios (KΩ) y Megaohmios (MΩ).
[1]
Grafica 1. 3.2 Transistor
El transistor, inventado en 1951, es el componente electrónico estrella, pues inició una auténtica revolución en la electrónica que ha superado cualquier previsión inicial.
Con el transistor vino la miniaturización de los componentes y se llegó al descubrimiento de los circuitos integrados, en los que se colocan, en pocos milímetros cuadrados, miles de transistores. Estos circuitos constituyen el origen de los microprocesadores y, por lo tanto, de los ordenadores actuales. Por otra parte, la sustitución en los montajes electrónicos de las clásicas y antiguas válvulas de vacío por los transistores, reduce al máximo las pérdidas de calor de los equipos. Un transistor es un componente que tiene, básicamente, dos funciones:
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Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una PEQUEÑA señal demando. Funciona como un elemento AMPLIFICADOR de señales.
Hay dos tipos básicos de transistor: a) Transistor bipolar o BJT (Bipolar Junction Transistor) b) Transistor de efecto de campo, FET (Field Efecto Transistor) o unipolar En la siguiente grafica (2 y 3) se encuentran las simbologías esquemáticas de los transistores de unión bipolar NPN y PNP
Grafica 3. Transistor PNP: en este caso un
cristal N está situado entre dos cristales P En cada uno de estos cristales se realiza un contacto metálico, lo que da origen a tres terminales:
Se encarga de proporcionar portadores de carga. • Colector (C): Se encarga de recoger portadores de carga.
•
Emisor
(E):
Controla el paso de corriente a través del transistor. Es el cristal de en medio. • Base (B):
En la siguiente grafica (5) se observa que los transistores tienen diversas características físicas, pero conservan su funcionamiento. Hay diferentes modelos de transistores, pero los más comunes en el mercado son los siguientes: Grafica 2. Transistor NPN: en este caso un
cristal P está situado entre dos cristales N. Son los más comunes.
Grafica 4.
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3.2.1. Polarización Transistor:
de
un
Se entiende por polarización del transistor las conexiones adecuadas que hay que realizar con corriente continua para que pueda funcionar correctamente. Si se conectan dos baterías al transistor como se ve en la figura, es decir, con la unión PN PN de la baseemisor polarizada directamente y la unión PN de la base-colector polarizado inversamente. Siempre que la tensión de la baseemisor supere 0,7 V, diremos que el transistor está polarizado, es decir, que funciona correctamente.
manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reostatos, que pueden disipar más potencia. El potenciómetro es un instrumento que se basa en el método para determinar el voltaje entre dos terminales. En la siguiente grafica (6) se aprecia un potenciómetro convencional, con sus tres terminales.
En la siguiente grafica (5) se aprecia la polarización de un transistor BJT Emisor común. De esta manera pero con algunas características, los transistores se polarizan.
Grafica 6.
3.4. Fuente de alimentación
Grafica 5.
3.3 Potenciómetro
Es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta
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de cada dispositivo, las secciones pueden ser simples o extremadamente complejas. Cada parte sirve para un o más propósitos, y son los siguientes: Transformador:
Grafica 7.
Cuando trabajamos con circuitos electrónicos, se requiere una necesidad básica que es proveer de una fuente eléctrica para que funcione. Si esta toma de energía, el circuito no servirá de nada. El propósito principal de una fuente de alimentación, es hacer entrega de una o más tensiones eléctricas que pueden ser variables al circuito, con la suficiente capacidad para mantener las condiciones de operación ideales. Hay muchos tipos de fuentes de alimentación, y pueden ser de tamaño y formas variadas. Se puede decir que todos los dispositivos electrónicos que conocemos tienen uno de estos aparatos integrados, desde nuestro televisor, microondas, hasta el ordenador que tenemos en casa. Aunque cada fuente de alimentación tiene sus propias especificaciones y características individuales, todas ellas tienen ciertas cosas en común. Veremos las partes principales de las fuentes de alimentación y como funcionan todas juntas. Una fuente de alimentación básica consiste en tres secciones básicas. Dependiendo de los requerimientos
En general, la corriente continua presente en las tomas de electricidad de nuestras casa, no es la adecuada para los circuitos electrónicos. Muchos de ellos necesitan un voltaje bastante menor, mientras que otros requieren que sea mayor. El transformador sirve para convertir la tensión AC (corriente alterna), a un nivel de voltaje más apropiado para las necesidades del circuito. Al mismo tiempo, también provee de aislamiento eléctrico entre la línea AC y el circuito que está siendo alimentado, lo cual es una consideración de seguridad importante.
Rectificador: El siguiente paso es
forzar la corriente para que vaya en una dirección, previniendo alteraciones que ocurren en el transformador y la línea AC. Este proceso se conoce como rectificación , y el circuito que realiza la tarea es el rectificador. Hay configuraciones de rectificadores muy diferentes para ser usados en situaciones muy distintas, dependiendo de lo que requiera el circuito. La salida del rectificador en una voltaje DC (corriente continua), que todavía conserva algunas variaciones de la línea AC y el transformador. Filtro: El voltaje DC del rectificador
es generalmente no apropiado aun
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para dar carga al circuito. Es una tensión de pulsaciones que normalmente varían de cero voltios al pico de salida del transformador. Por ello, insertamos un circuito para almacenar energía durante cada pico de voltaje, y entonces liberarlo cuando ese pico vuelve a bajar. Este circuito se llama filtro, y su trabajo es reducir las pulsaciones del rectificador a un voltaje menor.
Circuito 1. Arme el circuito mostrado (Circuito 1.) y mida el Vi y Vo.
3.
4. Desarrollo Experimental
Para el desarrollo de esta experiencia, se consta de los siguientes materiales: 4.1 Equipos y Materiales
1 Resistencia de 470Ω ½ W
1 Potenciómetro de 100kΩ
1 Transistor 2N3904 o 2N2222 1 Protoboard 1 Fuente DC de alimentación 1 Multímetro Caimanes y Conectores
Ajustar R1 para obtener un valor Ib = 5чA
9.
Ajustar V2 para obtener un valor Vce = 2 V Medir Ic y registrarlo en el lugar apropiado en la tabla Incrementar el valor de Vce = 4V Medir Ic y registrarlo en el lugar apropiado en la tabla Repetir los pasos 6 y 7 para los valores de Vce dados en la tabla hasta 15V la fuente V2 en 0.0V
10.
Ajustar R1 para obtener un
4.
5.
6.
7.
8.
4.2 Procedimiento 1.
2.
Antes de seguir con esta práctica el estudiante previamente tuvo que haber Investigado sobre el transistor, si éste es de Si o de Ge, si es NPN ó PNP, Pcmax, Icmax, Vcemax. Arme el circuito mostrado.
valor Ib = 10чA
Repetir los pasos del 4 hasta el 9 para completar las lecturas de Ic procedimiento de 12. este incrementar Ib y Vce mientras mide y registra Ic para los valores dados en la tabla 13. Gráficar: Las características de salida Ic vs Vce 11.
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Las características de transferencias Ib vs Ic. Además determinar el beta promedio en la región activa.
Tabla 1.
5. Cálculos y desarrollo del procedimiento
Cálculos:
6. Análisis de los Resultados
: Corriente de Colector : Corriente de Base
Ic (mA)
12 10
8 6
4
2
0
Ib (µA) 5
10 20 30 40 50 60
Gráfica 8. Ic-Ib
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Ic (mA) 12
Se concluye que los transistores son dispositivos semiconductores que permiten el control y la regulación de una corriente mediante una señal relativamente pequeña.
10 8 6 4 2 0
Vce (V) 2
4
6
8 10 12 12 15 15
Gráfica 9. Ic-Vce Dependiendo el tipo de polarización del transistor, así variará la corriente y el voltaje.
Si la diferencia de potencial del elemento representado por un diodo (base-emisor), es mayor que la tensión de juntura, éste conducirá.
En la primera gráfica, En la segunda gráfica se concluye que el transistor se encuentra en su zona de saturación y la corriente de colector es β veces mayor que la de
base. La ganancia calculada fue de 234,84 que se se acopla a los valores típicos incluidos en el rango de 100 a 300. Por lo cual el error es mínimo comparando datos teóricos con prácticos. 7. Conclusiones
Se determinó con éxito el efecto transistor y
Si se aplica una fuente de tensión de polaridad adecuada a los terminales base-emisor se producirá una corriente de base Ib, determinada por la tensión de alimentación, la resistencia de base Rb y la resistencia propia del diodo.
Se observa que la corriente del colector IC depende en forma directa de la corriente IB de manera tal que:
La ganancia, la cual fue: 148,08
Ahora se sabe que la ganancia es una medida del factor en que el transistor amplifica la señal de salida, respecto de la de entrada, con la menor perdida de corriente posible.
Si no circula corriente por el circuito base-emisor, tampoco circula corriente por colectoremisor (la corriente Ic es prácticamente nula).
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Cualquier cambio en la corriente Ib se traduce como un aumento (o disminución) de la corriente IC.
Se puede afirmar que existe una relación proporcional entre la corriente de base y la corriente de colector.
Por otra parte, también se observa que valores pequeños de corriente en la base producen una circulación de corriente en el colector apreciablemente mayor.
La característica de control entradasalida se especifica por medio de la relación entre las corrientes Ic e Ib, denominada ganancia (β=IC/ IB).
Y por último se concluye que el transistor puede operar como una llave, donde los dos casos posibles de operación serán:
-
El transistor como llave abierta: si la corriente de base es nula, la corriente de colector será prácticamente cero.
-
El transistor como llave cerrada: A medida que se
aumenta la corriente de base, se incrementa consecuentemente la corriente de colector hasta que se llega a la zona de saturación.
Bibliografía
[1] Consultado en: http://www.unicrom.com/Tut_resist encia.asp (11:45 – 08/05/2012) [2] Consultado en: http://www.unicrom.com/Tut_diodo zener_.asp (11:49 – 08/05/2012) [3] Consultado en: http://es.thefreedictionary.com/diod o (12:15 – 08/05/2012) [4] Consultado en: http://es.wikipedia.org/wiki/Regulad or_de_tensi%C3%B3n (01:05 – 08/05/2012) [5] Consultado en: http://www.windows2universe.org/p hysical_science/physics/electricity/ voltage_transformers.html&lang=s p (01:05 – 08/05/2012) [6] Consultado en: http://www.sc.ehu.es/sbweb/electro nica/elec_basica/tema2/Paginas/P agina9.htm (01:05 – 08/05/2012)
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Anexos
