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Ingeniería Electrónica Módulo: 1 “Diodos semiconductores,

Actividad: Actividad 02

transistores y tiristores” Fecha: 24/08/2019 Bibliografía: 

Tecmilenio.

(s.f.).

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Desarrollo de la práctica. En esta sección se construirán, de forma experimental, las curvas características de voltaje contra corriente para un transistor bipolar. A partir de ellas, se obtendrán varios parámetros de interés, tales como la ganancia de corriente de CD (β o hFE) y la resistencia de salida del transistor en un punto de operación específico. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo, para mediciones de voltaje, utilizar V, mV, V (rms), etc., para las de corriente A, mA, A (rms), etc., y para frecuencia utilizar Hz o rad/s, según el caso, etc. Curvas características del transistor bipolar 1. Implementa este circuito y realiza las mediciones que se especifican más adelante. Utiliza un transistor 2N3904 (o equivalente) y lo siguientes valores de resistencias RB=10 kΩ y RC=100Ω.

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Construcción de las curvas características de voltaje contra corriente del transistor bipolar. Para iniciar la construcción de las curvas características de voltaje contra corriente del transistor bipolar, realiza el siguiente procedimiento: 2. Ajusta el valor de la fuente de voltaje V BB, de tal forma que la corriente de base en el transistor sea de IB= 30 µA. Observa, en la Figura 4, cómo la corriente IB y el voltaje VCC se aplican directamente a la base y entre las terminales de colector-emisor del transistor, respectivamente. 3. Enseguida, realiza incrementos en la fuente de voltaje V CC. Para cada nivel de voltaje VCC aplicado, se debe medir la corriente IC que se establece en el colector, así como el voltaje VCE. Asegúrate de mantener constante la corriente IB para cada una de las mediciones que realiza para IC y VCE. Con los resultados de las mediciones realizadas, llena la siguiente tabla. Los datos ahí contenidos servirán para graficar las curvas características.

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Tabla para la IB1=30µA Valor de la fuente VCC

Valor medio para VCE

Valor medio para IC

0.2V

0.103657V

0.963mA

0.4V

0.146116V

2.54mA

0.6V

0.192342V

4.06mA

0.8V

0.33688V

4.63mA

1V

0.55336V

4.65mA

2V

1.529V

4.71mA

3V

2.523V

4.77mA

4V

3.517V

4.83mA

5V

4.51V

4.90mA

6V

5.504V

4.96mA

7V

6.498V

5.02mA

8V

7.492V

5.08mA

9V

8.485V

5.15mA

Repite el mismo procedimiento, pero ahora ajusta V BB para tener una corriente de base de IB=90µA. En total deben obtenerse dos curvas características, en donde cada curva corresponde a un solo nivel de corriente de base I B seleccionada (la cual deberá permanecer constante). Los datos, para estas mediciones, anótalos en la siguiente tabla: Tabla para la IB2=90µA Valor de la fuente VCC

Valor medio para VCE

Valor medio para IC

0.2V

0.082118V

1.18mA

0.4V

0.109647V

2.90mA

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0.6V

0.128531V

4.71mA

0.8V

0.144691V

6.55mA

1V

0.160374V

8.40mA

2V

0.577349V

14.2mA

3V

1.558V

14.4mA

4V

2.54V

14.6mA

5V

3.521V

14.8mA

6V

4.502V

15.0mA

7V

5.483V

15.2mA

8V

6.464V

15.4mA

9V

7.445V

15.5mA

10V

8.426V

15.7mA

11V

9.407V

15.9mA

12V

10.388V

16.1mA

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4. Ahora inserta las curvas características obtenidas para IB=30 y 90 µA, indicando en cada una de ellas el correspondiente valor de IB. Para generar las curvas, a partir de las mediciones realizadas en el circuito, utiliza un programa por computadora como Matlab, Excel u otro programa de alto nivel ingenieril.

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5. Medición del voltaje colector emisor de saturación VCE(sat). A partir de las curvas características, indica el nivel de voltaje VCE mínimo requerido para que el transistor opere en la zona activa. Este voltaje se conoce como voltaje colector emisor de saturación VCE(sat). Voltaje VCE mínimo requerido para que VCE(sat)= 0.8V el transistor opere en la zona activa. 6. Medición de la beta de CD βCD=hFE. La ganancia de corriente de directa (CD) de un transistor es el cociente de la corriente de CD del colector (IC) entre la corriente de CD de la base (IB). A partir de las curvas características del transistor, obtenidas durante el desarrollo de la práctica, calcula la beta de CD en tres puntos distintos de estas curvas: a) Punto Q1 - El primer punto, seleccionar V CE que debe ser en el límite entre saturación y zona activa. b) Punto Q2 - El segundo punto, seleccionar VCE en el centro de la zona activa. c) Punto Q3 - El último punto, seleccionar VCE en el extremo final de la zona activa Los resultados de estos cálculos te servirán para llenar la siguiente tabla:

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IB1=30µA

Punto Q1

Punto Q2

Punto Q3

�CD= ℎFE=

171.666

161

155

IB2=90µA

Punto Q1

Punto Q2

Punto Q3

�CD= ℎFE=

178.888

166.666

93.333

7. Medición de la beta de CA (β CA=hfe.). La figura muestra una gráfica y las ecuaciones respectivas para el cálculo de la beta de corriente alterna (CA) de un transistor.

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Basado en la ilustración de la Figura 5 (punto 7), calcula la beta de corriente alterna para tres puntos distintos de la zona activa, basándote en la estrategia anterior de los puntos Q1, Q2 y Q3. Utiliza las dos curvas consecutivas (la curva para IB2=90µA y la curva para IB1=30µA). Los resultados de estos cálculos te servirán para llenar la siguiente tabla:

�CD= ℎFE=

Punto Q1

Punto Q2

Punto Q3

182.5

169.5

3.6166

8. Medición de la resistencia de salida r o. La Figura 6 muestra una gráfica y las ecuaciones respectivas para el cálculo de la resistencia de salida de un transistor.

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Basado en la figura, obtén la resistencia de salida del transistor para cada una de las curvas características obtenidas en la presente práctica. Realiza la medición de este parámetro, tomando dos puntos de voltaje V CE centrados en la zona activa; enseguida, llena la siguiente tabla: Resistencia de salida Para IB1=30µA

Para IB2=90µA

ro 16.566kΩ

4905Ω

9. Medición del voltaje Early VA. La Figura 7 muestra una gráfica en donde se han ampliado las curvas características de voltaje corriente para voltajes base-emisor constante. Observa que al extrapolar estas curvas hasta una corriente cero, se encuentran en un punto sobre el eje de voltaje negativo en VCE=-VA. Este voltaje VA es una cantidad positiva llamada voltaje Early.

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Tomando como ejemplo lo ilustrado en la figura, determina el voltaje Early para este modelo de transistor. 0.103657V

Voltaje Early VA

10. Medición de la resistencia de salida a partir del voltaje Early. Una vez determinado el voltaje Early, es posible calcular, a partir de él, la resistencia de salida. Para cada curva característica, calcula la resistencia de salida del transistor, pero ahora utiliza el voltaje Early. Considera la corriente de colector IC para un voltaje VCE en el centro de la zona activa.

Resistencia de salida Para IB1=30µA

Para IB2=90µA

ro (0.103657V)/(0.963A)

(0.103657V)/(1.18A)

= 107.6396

= 89.1289

Reflexión: Durante esta actividad colaborativa pudimos observar el comportamiento de un transistor NPN, tomando dos IB para poder conocer la curva característica del mismo, es un tanto curioso que la IC cuando nuestra base era de 90µA al pasar los 2V aumentaba de manera constante en 0.2mA, en el caso de la base de 30µA este crecimiento no fue tan constante. Algo que vimos es que la resistencia de salida puede ser determinada por el Voltaje de Early y la IC. Bueno siempre y cuando VA se nos dé, obviamente con IC y la ro podemos obtener a Early.

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