EXPERIENCIA N° 5 EL TRANSISTOR BIPOLAR NPN. CARACTERISTICOAS BASICAS BASICAS I.
OBJETIVOS
Verificar las condiciones de un transistor bipolar PNP
Comprobar las características de funcionamiento de un transistor bipolar NPN
II.
III.
EQUIPOS Y MATERIALES
Osciloscopio
Multímetro
Generador de señales
02 punta de pruebas de osciloscopio
Transformador con puntos central
Diodos 1N4004 (4) y otros equivalentes
Resistores de 10KΩ, 1kΩ y 0.22KΩ y 0.1KΩ
Capacitores de 25V de 2200uF, 1000uF, 470uF y 100uF
bobina
INFORME PREVIO
1. Indicar y explicar cada una de las especificaciones de funcionamiento de un transistor bipolar Transistor bipolar 1. Funcionamiento del transistor A simple vista es como si un transistor se formase juntando dos diodos contrapuestos. Esta idea aunque ilustrativa, no es adecuada para comprender lo más interesante del comportamiento del transistor.
Para que un transistor pueda funcionar correctamente, se tienen que cumplir una serie de condiciones, como que:
El espesor de la base sea muy pequeño pe queño El emisor esté mucho más dopado que la base Esté bien polarizado, es decir a las te nsiones adecuadas. Cuando un transistor se polariza como aparece en la figura para un transistor PNP, se podría esperar que sólo circulase corriente entre el emisor y la base que tienen la unión polarizada en directa, mientras que la unión entre la base y el emisor está polarizada en inversa.
Pues bien, se observa que como la base es una capa fina, parte de los portadores de carga pasan al colector, por lo que por él sale corriente a pesar de estar conectado en inversa. Esta corriente de salida del colector se puede regular regulando la corriente de la base. El hecho de que el emisor esté más dopado, ayuda a que haya más portadores de carga que se difundan hacia el colector.
Como en el transistor no se ac umula carga, se cumple que la corriente que sale por el emisor es igual a la suma de las corrientes que entran por la base y el colector.
La corriente que sale es la suma de las corrientes que entran. Tipos Hay dos tipos de transistores bipolares: el NPN y el PNP. Estos nombres proceden de la descripción de su estructura física. En el tr ansistor NPN el emisor es un semiconductor tipo N, la base es tipo P y el colector es tipo N. La estructura física del transistor PNP es dual a la anterior cambiando las regiones P por reg iones N, y las N por P.
Transistor bipola El emisor ha de ser una región muy dopada (de ahí la indicación p+). Cuanto más dopaje tenga el emisor, mayor cantidad de portadores podrá aportar a la corriente. La base ha de ser muy estrecha y poco dopada, para que t enga lugar poca recombinación en la misma, y prácticamente toda la corriente que proviene de emisor pase a colector. Además, si la base no es estrecha, el dispositivo puede no comportarse como un transistor, y trabajar como si de dos diodos en oposición se tratase. El colector ha de ser una zona menos dopada que el emisor. Las caracter ísticas de esta región tienen que ver con la recombinación de los portadores que provienen del emisor. Funcionamiento del transistor Entre los terminales de colector (C) y emisor (E) se aplica la potencia a r egular, y en el terminal de base (B) se aplica la señal de control gracias a la que se controla la potencia. Con pequeñas variaciones de corriente a tr avés del terminal de base, se consiguen grandes variaciones a través de los ter minales de colector y emisor. Si se coloca una resistencia se puede convertir esta variación de corriente en variaciones de tensión según sea necesario.
Fundamento físico del efecto transistor El transistor bipolar basa su funcionamiento en el control de la cor riente que circula entre el emisor y el colector del mismo, mediante la corriente de base. En esencia un transistor se puede considerar como un diodo en direc ta (unión emisor-base) por el que circula una corriente elevada, y un diodo en inversa (unión base-colector), por el que, en principio, no debería circular corriente, pero que actúa como una estructura que recoge gran parte de la corriente que circula por e misor-base. Se dispone de dos diodos, uno polarizado en directa (diodo A) y o tro en inversa (diodo B). Mientras que la corriente por A es elevada (IA), la corriente por B es muy pequeña (IB). Si se unen ambos diodos, y se consigue que la zona de unión (lo que llamaremos base del transistor) sea muy estrecha, entonces toda esa corriente que circulaba por A (IA), va a quedar absorbida por el campo existente en el diodo B. De esta forma entre el emisor y el colector circula una gran corriente, mientras que por la base una corriente muy pequeña. El control se produce mediante este terminal de base porque, si se corta la corriente por la base ya no ex iste polarización de un diodo en inversa y otro en directa, y por tanto no circula corriente.
Polarización del Transistor Bipolar Polarizar un transistor bipolar implica conseguir que las corrientes y tensiones continuas que aparecen en el mismo queden fijadas a unos valores previamente decididos. Es posible polarizar el transistor en zona activa, en saturación o en corte, cambiando las tensiones y componentes del circuito en el que se engloba.
Corte Cuando el transistor se encuentra en corte no circula corriente por sus terminales. Concretamente, y a efectos de cálculo, decimos que el transistor se encuentra en corte cuando se cumple la condición: IE = 0 ó IE < 0 (Esta última condición indica que la corriente por el emisor lleva sentido contrario al que llevaría en funcionamiento normal). Para polarizar el transistor en corte basta con no polarizar en directa la unión base-emisor del mismo, es decir, basta con que VBE=0. Activa La región activa es la normal de funcionamiento del transistor. Existen corrientes en todos sus terminales y se cumple que la unión base-emisor se encuentra polarizada en directa y la colector-base en inversa. Saturación En la región de saturación se verifica que tanto la unión base-emisor como la basecolector se encuentran en directa. Se dejan de cumplir las relaciones de activa, y se verifica sólo lo siguiente: donde las tensiones base-emisor y colector-emisor de saturación suelen tener valores determinados (0,8 y 0,2 voltios habitualmente). Es de señalar especialmente que cuando el t ransistor se encuentra en saturación circula también corriente por sus tres terminales, pero ya no se cumple la relación: II CB = ⋅ β
2. De los manuales, obtener los datos de los transistores bipolar: 2N3904, AC127, 25C784Y, TR59 y 2N2222 Transistor Bipolar (BJT) NPN
Características: Dispositivo diseñado para operar como amplificador y suiche de propósito general
Su rango dinámico útil se extiende hasta 100 mA como suiche y hasta 100 MHz como amplificador IC: 200 mA, PD: 625 mW, VCEO: 40 V, VCBO: 60 V, VEBO: 6 V fT: 300MHz Encapsulado: TO-92 Producto genuino
Transistor bipolar, AC127
Tipo de Transistor
NPN
Corriente DC Máxima del Colector
500 mA
Tensión Máxima Colector-Emisor
32 V
Tipo de Encapsulado
TO-2
Tipo de Montaje
Montaje en orificio pasante
Disipación de Potencia Máxima 340 mW Ganancia Mínima de Corriente DC
50
Frecuencia Máxima de Funcionamiento 2,5 MHz Conteo de Pines
3
Número de Elementos por Chip 1
Transistor 2n2222
Principales características Figura I. Voltaje colector emisor en corte 60V (Vceo) Corriente de colector constante 800mA (Ic) Potencia total disipada 500mW(Pd) Ganancia o hfe 35 mínima Frecuencia de trabajo 250 Mhz (Ft) Encapsulado de metal TO-18 Estructura NPN Su complementario PNP es el Transistor 2N2907
3. Realizar el análisis teórico de los circuitos mostrados. Determinar el punto de operación del circuito del experimento IV.
PROCEDIEMIENTO
1. Considerando los valores nominales de los componentes utilizados, realizar la simulación del circuito mostrado en la figura 5.1. considere todo los casos indicados en el paso 3. Llenar los valores correspondientes en la tabla 5.2, 5.3, 5.4 y 5.5
2. Verificar el estado operativo del transistor, usando la función ohmímetro del multímetro. Llene la tabla 5.1 Tabla 5.1
Resistencia Base – Emisor Base – Colector Colector - Emisor 3.
Implementar el circuito de la figura 5.1
Directa 1090 1098
Inversa > 40 M
>40M
>40M
>40M
Resistores: Re =
230Ω, Rc
=
1KΩ, R1
= 56KΩ, R2 = 22KΩ
a. Medir las corrientes que circulan por el colector ( ), el emisor ( ) y la base ( ) cuando el potenciómetro P1 está ajustado para tener una resistencia de 0Ω
b. Medir las tensiones entre el colector-emisor ( ) entre base-colector ( )y entre emisortierra ( )
c.
Colocar los datos obtenidos en la tabla 5.2 Tabla 5.2
Valores(R1=56K) Teóricos Simulados Medidos
(mA)
(mA)
3.9
105
(uA)
(v)
(v)
(v)
7.42
0.677
0.830
d. Cambiar R1ca 68KΩ, repetir los pasos (a) y (b), anotar los datos en la tabla 5.3 (P1=100KΩ) Tabla 5.3
Valores(R1=68K) Teóricos Simulados Medidos
(mA)
(mA)
3.8
79
(uA)
(v)
(v)
(v)
7.54
0.614
0.830
e. Aumentar las resistencias de P1 a 100KΩ, 250KΩ, 500KΩ, 1MΩ. observar lo que sucede con las corrientes y con la tensión (usar = 0) llenar la tabla 5.4
f.
Ajustar el generador de señales a 50mVpp, 1KHz, onda sinusoidal. Observar la salida Vo con el osciloscopio. Anotar en la tabla 5.5
Tabla 5.4
Valores P1=100KΩ
P1=250KΩ
P1=500KΩ P1=1MΩ
(mA) Teóricos Simulados Medidos Teóricos Simulados Medidos Teóricos Simulados Medidos Teóricos Simulados
(mA)
(uA)
(v)
3.8
5.9
7.9
3.4
-22
8.04
3.35
-36
8.11
(v)
(v)
Medidos
3.35
-41
8.14
Tabla 5.5
Valores R1=56KΩ
R1=68KΩ
V.
( )
Teóricos Simulados Medidos Teóricos Simulados Medidos
CUESTIONARIO
1. Explicar el comportamiento del transistor al hacer su verificación operativa con el multímetro en función ohmímetro. Nuestro transistor a experimentar fue el 2BC547, nos vino con las figuras previas al dibujo mostrado ya que el transistor era de tipo NPN, sabiendo la teoría respectiva hicimos las mediciones del caso en donde verificamos el estado del t ransistor, el cual estaba averiado.
2. Representar la recta de carga en un gráficos Ic vs Vce del circuito del experimento. Ubicar los puntos correspondientes a las tablas 5.2, 5.3 y 5.4. 3. ¿en qué regiones de trabajo se encuentra n los puntos de la tabla 5.2 y 5.3? Para ambos casos, la tabla 2 y 3, los puntos de trabajo se ubican en la zona activa, debido a ello funcionan como amplificadores. Esto se puede comprobar también si analizamos lo valores. Si estuviera en la zona de corte, la corriente de colector sería muy pequeña y el voltaje Vce sería igual al valor de la fuente Vcc. Si estuviera en la zona de saturación el voltaje Vce sería cero.
4. ¿Qué sucedería con el punto de operación si cambiamos R1 a 150K? explicar los valores e indicar el valor teórico. 5. Indicar las diferencias más importantes entre el circuito de este experimento (transistor NPN) con respecto al interior (transistor NPN). La mayor diferencia radica en el tipo de transistor. En el anterior experimento el t ransistor usado fue uno de tipo PNP, por ello el colector era polarizado negativamente. Para este caso el transistor era de tipo NPN y el colector se polarizo positivamente. A pesar de que el resto del circuito era el mismo para ambos experimentos, los puntos de trabajo son distintos debido a la gr an diferencia que ay entre las ganancias.
VI.
OBSERVACIONES Utilizando el ohmímetro comprobamos si es PNP o NPN. • Comprobamos cual es base, colector y emisor en el transistor. • Comprobamos que los valores que nos media el ohmímetro se aproximaban a los valores teóricos del específico transistor. • A medida que aumentábamos el potenciómetro la corr iente colector disminuye. • A medida que aumentábamos el potenciómetro la corriente base disminuye. • A medida que aumentábamos el potenciómetro la Vce (v) aumenta.
VII.
BIBLIOGRAFIA • http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp • http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor
BOYLESTAD NASHELSKY, electrónica :teoría de circuitos y dipositivos electrónicos decima edicion