OBJETIVOS.
1. Medir los voltajes y corrientes (punto de operación) del circuito de polarización independientemente de la beta para el transistor bipolar y comparar estos valores con los calculados teóricamente. Observar, medir y reportar como se modifica el punto de operación cuando se usan transistores de diferente beta. 2. Observar y distinguir el comportamiento comportamiento del transistor bipolar en sus tres regiones de operación, corte, activa directa y saturación. Medir los voltajes y corrientes (punto de operación) en cada una de estas regiones. 3. Observar el comportamiento de los circuitos reguladores de corriente y voltaje con transistor bipolar. Medir y reportar los voltajes y las corrientes a la salida y obtener los rangos de variación de la resistencia de carga (RL), en que se conserva la regulación, tanto para el regulador de corriente como para el de voltaje. DESARROLLO EXPERIMENTAL
Conceptos básicos El transistor bipolar o BJT es un dispositivo de tres capas de material semiconductor. En la Figura 1 se muestra una representación física de la estructura básica de dos tipos de transistor bipolar: NPN y PNP, en dicha figura también se ilustran sus respectivos símbolos símbolos eléctricos. El transistor bipolar NPN contiene una delgada región p entre dos regiones n. Mientras que el transistor bipolar PNP contiene una delgada región n entre dos regiones p. La capa intermedia de material semiconductor se conoce como región de la base, mientras que las capas externas conforman las regiones de colector y de emisor. Estas están asociadas a las terminales t erminales de base, colector y emisor respectivamente. Operación en la zona de corte. En esta zona existe una muy pequeña cantidad de corriente circulando del emisor al colector, comportándose el transistor de manera m anera análoga a un circuito abierto. La característica que define la zona de corte es que ambas uniones, tanto la unión colector-base como la unión base-emisor, se encuentran polarizadas inversamente. inversamente. Operación en la zona de saturación. En la zona de saturación circula una gran cantidad de corriente desde el colector al emisor y se tiene solo una pequeña caída de voltaje entre estas terminales. El comportamiento del transistor es análogo al de un interruptor cerrado. Esta zona se caracteriza7porque caracteriza7porque las uniones colector-base y baseemisor se encuentran polarizadas polarizadas directamente. Operación en la región activa. La región activa del transistor bipolar es la zona que se utiliza para usar el dispositivo como amplificador. La característica que define a la región activa es que la unión colector-base esta polarizada inversamente, mientras que la unión base-emisor se encuentra polarizada en forma directa. Características de Voltaje contra Corriente Para describir el comportamiento de los transistores bipolares, se requiere de dos conjuntos de características, que dependen a su vez de la configuración usada. Una de ellas describe la característica de voltaje contra corriente de entrada, y la otra, la característica de voltaje contra corriente de salida.
Configuración de base común. En esta configuración, la terminal de la base es común a los lados de entrada (Emisor) y salida (Colector), y usualmente se conecta a un potencial de tierra (o se encuentra más cercana a este potencial). Esta configuración se ilustra en la Figura 2. La fuente de voltaje VBB brinda polarización directa a la unión B-E y controla la corriente del emisor IE. 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. MATERIAL.
• Multímetro analógico y/o digital • Fuente de voltaje C.D. (variable) • 2 Transistores de silicio NPN TTP41 o • 2 Diodos Zener de 5.6V • 1 Diodo led rojo • 4 Transistores (le silicio NPN BC547 • 4 Resistencias de 1 KSZ a 0.5 W • 1 Resistencia dE. 100 KS2 a 0.5 W • 3 Resistencias de 2.2 KS>. a 0.5 W • 1 Resistencia de 47 KS2 a 0.5 W • 2 Resistencias (le 4.7 KSZ a 0.5 W • 1 Resistencia de 3.3 KSZ a 0.5 W • 1 Resistencia de 820SZ a 0.5 W • 1 Resistencia de 10 KSZ a 0.5 W • 4 Resistencias de 100 Q a 2 W • 2 Resistencias de 220 SZ a 2 W • 2 Resistencias de 560 S2 a 2 W • 1 Resistencia de 56 52 a 2 W • 1 Resistencia de 10 SZ a 2 `,`' • 1 Resistencia de 330 12 a 2 W • 1 Resistencia de 150 Q a 2 W • 2 Potenciómetros de 10 KΩ a 2W • Una pinza de punta • Una pinza de corte • 6 cables caimán - caimán de 50cm. • 6 cables caimán - banana de 50cm. • 6 cables banana - banana de 50cm. • 4 cables coaxiales que tengan en un ex tremo
caimanes • Tablilla cíe conexiones (protoboard) EXPERIMENTO.
1. Es requisito que para antes de realizar la práctica el alumno presente por escrito y en forma concisa y breve los siguientes puntos: a) El análisis b) El funcionamiento c) La operación d) El comportamiento matemático propuestos. El profesor deber revisar que el alumno cumpla con este punto antes de entrar a laboratorio, así como que se presente con los correspondientes debidamente
armados, de NO satisfacer estas indicaciones el alumno No t endrá derecho a quedarse en el laboratorio y se le considerara como falta al mismo. 2. Medir los voltajes y corrientes (punto de operación) del circuito de polarización con divisor de voltaje independientemente de su beta para el transistor bipolar y comparar estos valores con los calculados teóricamente. Observar, medir y reportar como se modifica el punto (le operación cuando se usan transistores (le diferente beta. Armar el circuito de polarización conocida como circuito de polarización independientemente de la beta, el cual se muestra en la figura 1, medir los valores de voltaje y corriente que se solicitan en la tabla 1 y compararlos con los valores calculados teóricamente. ( el alumno antes de realizar esta práctica deberá haber calculado los valores de voltaje y corriente solicitados y los resultados deberán anotarse en la columna correspondiente de la tabla 1). Estas mediciones se realizarán con dos transistores BC547 con el f in de comparar el punto de operación en cada caso y comprobar si efectivamente este circuito depende o no del valor de la beta que tenga el transistor (en los transistores bipolares aún teniendo el mismo número de fabricación. el valor de la beta no siempre es el mismo sino que varía de transistor a transistor. por esta razón en muchas aplicaciones es necesario trabajar con circuitos de polarización que sean independientes de la beta, como es el caso que nos atañe). Colocar el transistor 1 (con beta 1) y realizar las mediciones indicadas, luego quitar éste y colocar el transistor 2 (con beta 2) y repetir las mediciones, llenar la tabla con estos valores.
Figura 1 circuito de polarización con divisor de voltaje independiente de la beta. Parámetro a medir VCE(V) VBE(V) VCB(V) IB(µA) IC(µA) IE(µA) BETA Tabla 1
Valor calculado teóricamente 0.7 V 0.7 V 2.48 V 8.4 μA 1.51mA 1.51mA 180
Valor medido para el transistor 1 12 V 0.62 V 11.15 V 3.7 μA 719 μA 663 μA
Valor medido para el transistor 2 12.03 V 0.62 V 11.17 V 4 μA 718 μA 658 μA
Para el cálculo teórico, use el valor de la beta propuesto en el circuito de la figura 1 (β=180). Con los valores medidos de corriente y voltaje en el laboratorio, determine el
valor real de la beta para cada transistor. 3. Observar y distinguir el comportamiento del transistor bipolar en sus tres regiones de operación, corte, activa directa y saturación. Medir los voltajes y corrientes (punto de operación) en cada una de estas regiones. Armar el circuito de la figura 2 y variar el voltaje de la fuente V1313, para llevar al transistor a las diferentes regiones de operación (corte. activa directa y saturación), medir los valores de voltaje y corriente (punto de operación) para las tres regiones de trabajo, llenar la tabla 2, en la que se han indicado los valores aproximados de la corriente de colector que se debe tener en la región de corte y el voltaje de colector – emisor para las regiones de saturación y activa directa.
Figura 2 Circuito propuesto para llevar al transistor bipolar a trabajar en sus diferentes regiones de operación. El diodo LED se usa para observar visualmente estas regiones (el LED estará apagado cuando el transistor este en la región de corte, el LET) presentará poca intensidad luminosa en la región activa directa y mayor intensidad luminosa cuando se encuentre en la región de saturación. Regiones de operación Corte
VCE(V)
VBE(V)
VCB(V)
IB(µA)
IC(µA)
0V
0.27 V
13.37 V
0A
10 µA
Activa Directa
5V
0.81 V
0.79 V
13.35 mA
10.62 mA
Saturación
0.2 V
0.79 V
13.3 V
31 µA
166 µA
Tabla 2
CUESTIONARIO 1.- Analizar y obtener las ecuaciones del punto de operación para el circuito de polarización por retroalimentación de colector mostrado en la figura 3
Figura 3 Circuito de polarización por retroalimentación de voltaje para el transistor bipolar.
2.- Analizar y obtener las ecuaciones del punto de operación para el circuito de polarización fija de emisor común mostrado en la figura 4.
Figura 4 Circuito de polarización fija de emisor común para el transistor bipolar.
3.- Haga un análisis comparativo de los puntos de operación para los circuitos de polarización de las figuras 3 y 4, y del circuito de polarización independiente de la beta ¿Cuál de ellos es más usado y por qué?
4.- Cuando la corriente de base es cero, ¿Cómo es la corriente de colector del transistor bipolar? R=De la ecuación vemos que el hFE es directamente proporcional a I C pero inversamente a la I B, por lo tanto si la corriente de base es cero entonces la corriente del colector se hace mayor. 5.- Dibuje la recta de carga en el plano V CE - IC y ubique los puntos de operación de corte, saturación y activa directa para el circuito de la figura 2, use los datos de la tabla 2.
CONCLUSIONES.
En esta práctica se nos mostró que transistor es el más utilizado, también se mostro el funcionamiento de las regiones de operación del transistor como fue la de corte, activa directa y saturación y su influencia que tiene la beta en los transistores. BIBLIOGRAFIA.
Transistor Bipolar. Página: http://webs.uvigo.es/mdgomez/DEI/Guias/tema5.pdf. Fecha de consulta: 31-marzo-2014. Modos de operación de un transistor bipolar. Página: http://www.unicrom.com/Tut_modos_operacion_transistor_bipolar.asp Fecha de consulta: 31-marzo-2014.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL.
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECÁNICA Y ELÉCTRICA.
INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA.
GRUPO: 5CV4.
PRÁCTICA 6 POLARIZACION DE TRANSISTOR BIPOLAR.
PROFESOR: REYES AQUINO JOSE.
ALUMNO: SANCHEZ RAMOS CARLOS ALBERTO.
FECHA DE ENTREGA: 02 Abril 2014
