314432440 Laboratorio Nº 03 Informe Previo PDF

Preview

Summary

Laboratorio Nº 03: EL TRANSISTORBIPOLAR – POLARIZACION, CORTEY SATURACIONChavez Campos, Anthony Justiniano 20121222IFacultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de IngenieríaLima, PerúGeeklectric122@gmailINTRODUCCIÓNEn el presente laboratorio aprenderemos a conocer las caract...

Description

Laboratorio Nº 03: EL TRANSISTOR BIPOLAR – POLARIZACION, CORTE Y SATURACION Chavez Campos, Anthony Justiniano

20121222I

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de Ingeniería Lima, Perú [email protected]

INTRODUCCIÓN En el presente laboratorio aprenderemos a conocer las caracteristicas de un transistor bipolar, así como también analizar su funcionamiento del mismo y poder llegar a conclusiones de acuerdo a los gráficos que encontremos ya que el transistor puede encontrarse en 3 zonas diferentes como son: zona activa, zona de corte o zona de saturación.

I.

OBJETIVO

El laboratorio deacuerdo a sus experimentos tiene como finalidad:  





Aprender a usar correctamente el transistor bipolar de acuerdo a sus caracteristicas técnicas brinadas. Conocer más acerca de las curvas representadas por los transistores, así como también tener un buen manejo de los instrumentos en los cuales observaremos estas gráficas (osciloscopio). Analizar de manera experimental la recta de carga así como encontrar el punto de operación del transistor en cuestión. Por último el objetivo que en cada experiencia vamos a obtener es la destreza y montaje óptimo de los circuitos brindados en el experimento de laboratorio

II. A.

B.

El transistor bipolar es un dispositivo que posee tres capas semiconductoras con sus respectivos contactos llamados; colector (C), base (B) y emisor (E). La palabra bipolar se deriva del hecho que internamente existe una doble circulación de corriente: electrones y lagunas o agujeros.

DE

LOS

B.1 Por la disposición de sus capas. NPN: 



TEORÍA

TRANSISTOR BIPOLAR

CLASIFICACION TRANSISTORES



NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación. Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector. La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.







Las hojas de especificaciones señalan como valores máximos garantizados 500 miliamperios, 50 voltios de tensión de colector, y hasta 500 milivatios de potencia. La frecuencia de transición es de 250 a 300 MHz, lo que permite utilizarlo en aplicaciones de radio de alta frecuencia (hasta 300 MHz). La beta (factor de amplificación, hFe) del transistor es de por lo menos 100; valores de 150 son típicos. El 2N2222 es fabricado en diferentes formatos, los más comunes son los TO-92, TO-18, SOT-23, y SOT-223.



PNP El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias. Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.



C.

SIMBOLOGIA TRANSISTORES

DE

LOS

Donde: IB: es la corriente en la base IE: es la corriente en el emisor IC: es la corriente en el colector Además en todo transistor se cumple la siguiente relación

B.2 Por la disipación de potencia.

El funcionamiento y utilización de los transistores de potencia es idéntico al de los transistores normales, teniendo como características especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar. Existen tres tipos de transistores de potencia:  



bipolar. unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo). IGBT.

B.3 Por la frecuencia de trabajo.  



El 2N2222, también identificado como PN2222, es un transistor bipolar NPN de baja potencia de uso general. Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watts). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas. Por todas esas razones, es un transistor de uso general, frecuentemente utilizados en aplicaciones de radio por los constructores aficionados de radios. Es uno de los transistores oficiales utilizados en el BITX. Su versatilidad ha permitido incluso al club de radioaficionados Norcal lanzar en 1999 un desafío de construir un transceptor de radio utilizando únicamente hasta 22 ejemplares de este transistor - y ningún circuito integrado.

I C =β × I B β +1 I I E= β C

β

: indica la ganancia de corriente en un transistor BJT.

D.

POLARIZACION DEL TRANSISTOR

Cuando hablamos del diodo, veíamos que tenía dos posibilidades de polarización; directa e inversa. Ahora que trabajamos con el transistor que posee dos uniones, una entre emisor y base (unión JE) y la zona entre base y colector (unión JC) las cuales pueden ser polarizadas de forma similar al diodo. Para que un transistor bipolar funcione adecuadamente, es necesario polarizarlo correctamente. Para ellos se debe cumplir que: La juntura BASE - EMISOR este polarizado directamente, y La juntura COLECTOR – BASE este polarizado inversamente. Ejemplo: Si el transistor es NPN, la base debe tener un voltaje positivo con respecto al emisor y el colector debe tener un voltaje también positivo pero, mayor que el de la base. En el caso de un transistor PNP debe ocurrir lo contrario. La combinación de estas dos polarizaciones entre las dos regiones nos permitirá hacer trabajar al diodo en cuatro zonas de trabajo distintas.

Un transistor está saturado cuando la corriente de colector = la corriente de emisor = la corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima)

E.

En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de los resistores conectados en el colector o el emisor o en ambos, ver L a ley de Ohm.

CURVAS

Aqui mostramos las curvas del transistor BJT.

Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector ß veces más grande. ( recordar que Ic = ß * Ib)

RESPUESTAS A PREGUNTAS 1.

Realice los cálculos para hallar, empleando el simulador ORCAD / Pspice o similar. R4

Los transistores de unión bipolar tienen diferentes regiones operativas, definidas principalmente por la forma en que son polarizados:

50kΩ 2.505 % Key=B R3

REGIÓN ACTIVA Como acabamos de ver un transistor está trabajando en la zona activa cuando la unión de emisor se polariza en directa y la unión de colector en inversa. En el caso de un transistor pnp, para polarizar la unión de emisor en directa habrá que aplicar una tensión positiva del lado del emisor, negativa del lado de la base, o lo que es lo mismo una tensión VBE positiva. De igual manera, para polarizar la unión de colector en inversa hay que aplicar una tensión VCB negativa.

+

500kΩ 55 % Key=A +

U1 0.040m

R6

R5 10Ω

-

A

6.501m

U3 DC 1e-009Ohm V1 12 V

A + V

3.792

DC 1e-009Ohm

Q2 2N3904

10kΩ

U2 DC 10MOhm

-

R4 50kΩ 0.549 % Key=B +

R3

R5 10Ω

500kΩ 26 % Key=A

A

0.014 -

U3 DC 1e-009Ohm V1 12 V

+

8.003

R6 10kΩ

Q2 2N3904

U1 +

0.080m

V

U2 DC 10MOhm

-

A

DC 1e-009Ohm

REGION DE CORTE R2 1kΩ

Un transistor esta en corte cuando la corriete de colector = la corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0) R1

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).

. REGION DE SATURACION

180kΩ V1 1 Vpk 1kHz 0°

Q2

BC548BP

V2 12 V

R2 47kΩ V1 12 V R1 56kΩ 50 % Key=A

Q1

Obtenga el Data Sheet del transistor y determine las características de corte y saturación así como el punto de operación del 2N 2222 y el 2N 3904.

BC548BP

El data shet se encuentra en la ultima pagina.

R3 1kΩ

R4 1kΩ

4.

5.

Que voltaje AC de entrada puede soportar el transistor 2N 2222 y el 2N 3904 Las características se encuentran en la última pagina.

6.

2.

Simule los pasos de la guía de laboratorio y anote las tensiones y corrientes que se piden en el experimento.

VCE 0.2 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3.

Determine la impedancia de entrada y salida a 60 Hz

Los materiales a utilizar en el laboratorio son:        

IC(mA ) 5.463 6.244 6.266 6.350 6.434 6.519 6.604 6.688 6.772 6.857 6.942 7.025

Con los valores obtenidos con el simulador, haga las gráficas de las curvas:Ic vs Vce; Ic vs Ib; vs; beta vs Ic e Ib vs Vbe y obtenga el gráfico de respuesta en frecuencia indicando la ganancia de tensión vs. Frecuencia usando la escala logarítmica.

EQUIPOS Y MATERIALES

III.

 

Osciloscopio y dos puntas de prueba 1 multímetro 1 generador de ondas 1 panel de conexión c/transformador 220: 12 Vac 1 amperimetro analogico Diodos: 2 LED Transistores: NPN 2N2222 o 2N3904 Resistencias: 100Ω, 2 de 1KΩ, 10KΩ, 15KΩ, 56KΩ, 22KΩ, 180KΩ, 3.3KΩ, 6.2KΩ, 10KΩ, 510KΩ, 2KΩ de 1W. Potenciometro: 50KΩ y 500KΩ de 0.5W Transistores BJT: 2 BC548A

IV.

DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA

IV.1 POLARIZACIÓN- CURVAS DEL TRANSISTOR A) Mida las resistencias y los potenciómetros con el multímetro y anote los valores. B)

Determine los terminales del transistor con el multímetro o use los manuales e imprima El Data Sheet obtenida en Internet (Nota: si el multímetro tiene probador de transistores úselo)

C)

Arme el siguiente circuito: Tenga cuidado de colocar correctamente los terminales del transistor.

D) Si usa un transistor equivalente busque en el data sheet sus características y modifique si es necesario el voltaje de entrada.

B)

Polarizar el dispositivo y medir VC y VB. y completar la tabla.

E)

Verifique las conexiones con el multímetro, ajuste la fuente a 12 VDC y conéctela al circuito.

C)

A partir de la tabla completada, graficar la curva de transferencia de entrada a salida VC vs V3

F)

La corriente de base ( IB ) obtenida en el informe previo, la puede ajustar con el potenciómetro de 500 KΩ. La corriente de base la puede medir indirectamente con la tensión en la resistencia de 10KΩ. La tensión de colector-emisor ( VCE ) la puede ajustar con el potenciómetro de 50KΩ. La corriente de colector ( IC ) la puede medir indirectamente con la tensión en la resistencia de 100Ω si solo cuenta con un amperímetro.

D) Graficar la curva de transferencia de corrientes (IC vs IB) y el beta de las mismas (BETA vs IC).

E)

Armar el circuito de la figura.

F)

Medir las tensiones VC, VE, y VB para trazar la recta de carga del circuito, variando R6.

G)

Determinar las corrientes y graficar la recta de carga en el plano IC vs VCE del transistor. Indicar la zona de operación correspondiente.

H)

Graficar en un mismo plano las diferentes rectas de carga, a colores, indicando las zonas de operación. Adjuntar las data sheet con los datos de los transistores utilizados.

I)

Armar el circuito de la figura 2, conectar los diodos LED en serie con las resistencias R1 y R2, colocar en V3 una fuente DC y reemplazar R1 por un potenciómetro.

J)

Para determinar la región activa varíe el voltaje de entrada V3 y realice las mediciones necesarias, de tal forma que pueda determinar el intervalo de voltaje (V(min) < V3 < V(max)) que mantiene al transistor operando en la región activa.

K)

Para determinar cuando el transistor está en corte o está en saturación, aumentar de 1v en 1v el V(max) DC de V3; hasta encontrar un cambio en V0. Luego repetir el procedimiento disminuyendo V(min) de V3 desde el último valor de v, hasta cero. En la simulación determinar la resistencia R1 que facilite el corte y saturación de manera más rápida y usar ese valor en la práctica de laboratorio.

G) Para determinar las curvas IC vs VCE, ajuste y mantenga IB en 40μA y varie la tensión VCE. Ajuste y mantenga IB en 80μA y varie IC.

H) Obtener las curvas IC vs IB

I)

Obtener las curvas IB vs VBE.

IV.2 TRANSISTORES BIPOLARES EN ZONA ACTIVA, CORTE Y SATURACIÓN A) Armar el siguiente circuito:

V. [1]

[2]

BIBLIOGRAFÍA

Fuente del navegador http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/conten idos_mo.php?it=1484 Fuente del navegador http://osiloscopi0.blogspot.pe/2013/10/calibraci on-de-osciloscopio.html...