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ISSN: 1692-7257 - Volumen X – Número XX - 20XX Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada

Recibido: xx de mes de 20xx Aceptado:

LABORATORIO ELECTRÓNICA 3 TRANSISTOR BJT ZONA CORTE Y SATURACIÓN

Resumen: En la electrónica de potencia los transistores BJT son muy utilizados gracias a su amplio campo de aplicaciones, actualmente la mayoría de tarjetas electrónicas presentes en los dispositivos comúnmente utilizados (electrodomésticos, televisores, computadores, etc.) incluyen en sus circuitos de control transistorizado efectuando acciones que requieran grandes cantidades de corrientes con voltajes corrientes de activación muy bajas, en esta práctica trabajaremos con dos transistores, los cuales son: el 2N3904 utilizado en aplicaciones de baja potencia y el TIP131 utilizado para potencias mayores. Se estudia el comportamiento de cada uno de los transistores variando su voltaje de entrada (voltaje en la base) y analizando lo que iba ocurriendo con el voltaje en sus demás terminales, al igual que en las resistencias del montaje. Palabras clave: transistores, zona de corte, zona activa. Abstract: In power electronics bjt transistors are widely used thanks to its wide range of applications, currently most electronic cards present in commonly used devices (appliances, televisions, computers, etc.) include in their circuits of transistorized control performing actions that require large quantities of currents with very low activation current voltages, in this practice we will work with two transistors, which are: the 2N3904 used in low power applications and the TIP131 used for higher powers. The behavior of each of the transistors is studied by varying its input voltage (voltage in the base) and analyzing what was happening with the voltage in its other terminals, as well as in the mounting resistors. Keywords: transistors, cutting area, active zone.

1. INTRODUCCIÓN Universidad de Pamplona I. I. D. T. A.

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En la electrónica de potencia se requiere el uso de transistores que soporten cargas más grandes con corrientes mayores a las que se trabajan en la electrónica digital, en el transcurso de la práctica se notará la diferencia entre los transistores de baja y de alta potencia. 1.1 Transistor BJT. El transistor bipolar o bjt es un dispositivo electrónico, mediante el cual se puede controlar una cierta cantidad de corriente por medio de otra cantidad de corriente, este dispositivo consta de 3 patitas, terminales o pines, cada uno de estos pines tienen un nombre especial, es importante no olvidase de esos nombres, los cuales son el colector, la base y el emisor, tal como se ve en la imagen, el orden de los pines depende del transistor que se esté utilizando, para ello será necesario recurrir a su hoja de datos. El transistor bipolar está formado por capas de material semiconductor tipo n y tipo p, de acuerdo a la distribución de los materiales semiconductores se tienen 2 tipos de transistor bipolares, los que se conocen como transistor npn y transistor pnp, el funcionamiento del transistor se basa en movimientos de electrones (negativos) y de huecos (positivos), de allí el nombre de transistor bipolar o bjt (transistor de unión bipolar). [1]

Figure 1 saturación de un transistor. [2] -Si se aproximan las curvas de la figura 4.8a a las que aparecen en la figura 4.8b, el método directo para determinar el nivel de saturación se toma aparente En la figura 2b la corriente es más o menos alta y el voltaje VCE se asume de O volts. Al aplicar la ley de Ohm, puede calcularse la resistencia entre las terminales del colector y las del emisor de la siguiente manera:

(1) Si nos situamos en un punto alto de esta recta estamos cerca de la Intensidad máxima de colector, lo cual crea una situación de saturación. Si nos situamos en un punto demasiado bajo de esta recta, estamos más cerca de la Vce máxima, con la cual se crea un situación de Corte. Si durante una amplificación de audio el amplificador llega a corte o saturación podremos apreciar una Distorsión.

1.2 Saturación del transistor El término saturación se aplica a cualquier sistema donde los ni veles han alcanzado sus máximos valores. Una esponja saturada es aquella que no puede contener otra gota de líquido. Para un transistor que opera en la región de saturación la corriente es un valor máximo para el diseño en particular. El cambio en el diseño puede ocasionar que el nivel de saturación correspondiente pueda llegar a incrementarse O descender. Desde luego, el nivel más alto de saturación está definido por la corriente máxima del colector, y se proporciona en la hoja de especificaciones. Las condiciones de saturación se evitan normalmente porque la unión base-colector ya no se encuentra con polarización inversa y la señal de salida amplificada se distorsionará. Un punto de operación en la región de saturación se describe en la figura 1a. Nótese que se trata de una región donde las curvas características se juntan y el voltaje colector-emisor se encuentra en o por debajo de VCE,,,' Además, la corriente del colector es relativamente alta en las características.[2]

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Figure 2 recta de carga de un BJT entrada y salida Esta distorsión generalmente se debe a un corrimiento del punto Q debido a tensiones inadecuadas, temperaturas extremas o desvalorización de algún componente. Llamamos Punto de trabajo de un transistor a un punto de la recta de carga que determine el valor de la tensión colector-emisor y de las corrientes de colector y de base.[3].

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En la región de corte

es decir, fijar la frontera entre la región de corte y lineal, esta región puede ser ilustrada su ubicación en la figura 2.

las uniones de emisor y colector están polarizadas en inversa; la VBE y la VBC tienen tensiones inferiores a 100mV. Estas corrientes son extremadamente bajas y pueden ser despreciadas; a efectos prácticos se puede considerar al transistor como si no existiese. Sin embargo, en muchos circuitos resulta interesante establecer cuando se dan las condiciones de conducción de un transistor,

2. ANÁLISIS DE RESULTADOS Ser realizaron varios esquemas de circuitos con dos clases de transistores, el 2n3904 y el tip31C los cuales se les hallaron sus valores de ganancias medidas con un multímetro, que a su vez se tomaron datos de valores de voltajes en el circuito como corrientes según como se aprecian en las tablas de datos, cuyos valores de voltaje de entrada se fueron escalando de 0,1 V hasta llegar a 1V y de un voltio en adelantes se escalaron valores de 0.5 a 0.5 hasta que el transistor estuviera en zona de corta a zona de saturación.



Datos practicos para circuitos con transistor 2N3904

β= 342 RB=R1=10KΩ RC=220Ω R2=15KΩ Circuito 1: El BJT como interruptor con 2N3904 con su respectivo montaje.

Figure 3 esquema 1 circuito, para el 2n3904 -tip31 Vin(V) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0

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VCE(V) VBE(V) 10 0,15 10 0,27 10 0,35 10 0,41 10 0,51 10 0,60 9,7 0,67 9,11 0,72 8,30 0,74 7,45 0,76 4,90 0,87 4,09 1,22

IC(mA) 0 0 0 0 0 0 2,86 4,41 7,35 10,90 20,45 29,32 3

IB(µA) 0 0 0 0 0 0 2 11 20 28 44 88

VRB(V) 0 0 0 0 0 0 0,02 0,11 0,20 0,28 0,44 0,88

VRC(V) 0 0 0 0 0 0 0,62 0,97 1,62 2,40 4,50 6,45

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2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

2,20 1,86 1,42 1,23 0,90 0,78

1,15 1,20 1,13 1,24 1,23 1,24

34,22 35,68 37,86 38,91 39,72 40,77

128 170 232 273 323 375

1,28 1,70 2,32 2,73 3,23 3,75

7,53 7,85 8,33 8,56 8,74 8,97

Tabla 1. Datos experimentales circuito 1

Zona de Corte

Zona Activa

Zona de Saturación

Vce vs Ic 45 40 35

Ic(mA)

30 25 20 15 10 5 0 0

2

4

6

8

Vce(V) Grafica 1. Corriente Colecto VS Voltaje Colector-Emisor

Circuito 2: El BJT como interruptor con un diodo en la base con 2N3904

Figure 4 esquema 2 circuito, para el 2n3904 -tip31

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2

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Vin(V) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

VCE(V ) 10 10 10 10 10 10 10 10 9,95 9,87 7,10 3,05 2,25 1,51 1,18 1,06 0,68 0,50

VBE(V ) 0,2 0,24 0,27 0,33 0,39 0,43 0,49 0,54 0,60 0,61 0,69 0.74 0,77 0,73 0,75 0,78 0,78 0,77

IC(mA)

IB(µA)

0 0 0 0 0 0 0 0 0,32 0,63 9,54 27,78 34,045 37,32 38,86 39,00 41,31 41,77

0 0 0 0 0 0 0 0 0,9 1,6 27,1 79,0 108 167 217 241 311 350

VRB(V ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0,009 0,016 0,271 0,79 1,08 1,67 2,17 2,41 3,11 3,50

VRC(V ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0,072 0,140 2,1 6,10 7,49 8,21 8,55 8,58 9,09 9,19

VD(V) 0 0 0 0 0 0,14 0,19 0,26 0,30 0,31 0,42 0,45 0,46 0,48 0,49 0,50 0,51 0,51

Tabla 2. Datos experimentales del circuito 2

Zona de Corte

Zona Activa

Grafica 2. Corriente Colecto VS Voltaje Colector-Emisor

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Zona de Saturación

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Circuito 3: El BJT como interruptor con resistencia de sujeción con 2N3904

Figure 5 esquema 3 circuito, para el 2n3904 -tip31 Vin(V) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0 8,0 10

VCE(V ) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 9,8 5,3 2,0 1,61 1,22 0,51 0,41 0,38 0,31

VBE(V ) -1,92 -1,83 -1,73 -1,63 -1,53 -1,44 -1,33 -1,23 -1,14 -1,03 -0,53 -0,22 0,45 0,68 0,94 1,04 1,10 1,07 1,10 1,11 1,12 1,12

IC(mA)

IB(µA)

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8,68 34,09 34,13 36,68 38,90 40,36 40,91 41,00 40,09

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 28,67 127,67 131,33 197,33 278,00 409,33 524,67 552,33 626,33

VR1(V ) 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,18 2,77 2,80 3,18 3,68 4,48 5,62 6,51 8,53

VR2(V ) 2,97 2,97 2,97 2,97 2,97 2,97 2,97 2,97 2,97 2,97 2,97 2,97 2,97 2,84 2,24 2,23 1,81 1,35 0,58 0,56 1,48 3,40

VRC(V ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1,91 7,50 7,51 8,07 8,56 8,88 9,00 9,02 8,82

Tabla 3. Datos experimentales Circuito 3

Zona de Corte

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Zona Activa

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Zona de Saturación

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Grafica 3. Corriente Colecto VS Voltaje Colector-Emisor

Datos para circuitos con TIP31 β= 95

RB=R1=10KΩ

RC=220Ω

R2=15KΩ

Circuito 4: El BJT como interruptor con TIP31, se toma el mismo montaje de la figura 1, con las respectivas conexiones del tip31c.

Vin 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

VCE(V) 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 9,93 9,78 9,65 9,45 9,33 8,42 7,43 6,28 5,75 3,88 2,64 2,26 0,62

VBE(V) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,53 0,56 0,57 0,58 0,58 0,61 0,63 0,68 0,72 0,73 0,75 0,89 0,89

IC(mA) 0 0 0 0 0 0,18 0,63 0,77 0,77 1,36 4,54 9,95 15,13 20,45 25,27 28,18 31,50 39,41

IB(µA) 0 0 0 0 0 3,3 10 12 15 20 42 90 134 165 221 254 265 356

VRB(V) 0 0 0 0 0 0,033 0,1 0,12 0,15 0,20 0,42 0,90 1,34 1,65 2,21 2,54 2,65 3,56

VRC(V) 0 0 0 0 0 0,04 0,14 0,17 0,17 0,3 1,0 2,19 3,33 4,50 5,56 6,20 6,93 8,67

Tabla 4. Datos experimentales Circuito 4

Zona de Corte

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Zona Activa

5

Zona de Saturación

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Grafica 4. Corriente Colecto VS Voltaje Colector-Emisor

Circuito 5: El BJT como interruptor con diodo en la base con TIP31 se toma el mismo montaje de la figura 2, con las respectivas conexiones del tip31c.

Vin(V) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 8,0 10

VCE(V) 10 10 10 10 10 10 10 10 9,95 9,80 9,04 7,80 6,64 5,52 4,60 3,64 2,27 1,42 0,77 0,55 0,22

VBE(V) 0,13 0,18 0,23 0,30 0,33 0,41 0,45 0,48 0,53 0,56 0,60 0,62 0,64 0,65 0,66 0,67 0,69 0,72 0,72 1,04 1,15

IC(mA) 0 0 0 0 0 0 0 0 0,23 0,77 4,13 8,5 12,95 17,36 22,00 27,00 30,95 36,27 40,04 40,09 40,63

IB(µA) 0 0 0 0 0 0 0 0 3 8 41 82 122 170 200 245 278 329 419 582 784

VRB 0 0 0 0 0 0 0 0 0,03 0,08 0,41 0,82 1,22 1,70 2,00 2,45 2,78 3,29 4,19 5,81 7,84

VRC 0 0 0 0 0 0 0 0 0,05 0,17 0,91 1,87 2,85 3,82 4,84 5,94 6,81 7,98 8,81 8,82 8,94

VD 0 0 0 0 0,10 0,18 0,24 0,28 0,34 0,38 0,43 0,46 0,48 0,49 0,50 0,51 0,52 0,52 0,53 0,54 0,56

Tabla 5. Datos experimentales circuito 5

Zona de Corte

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Zona Activa 6

Zona de Saturación

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Grafica 5. Corriente Colecto VS Voltaje Colector-Emisor

Circuito 6: El BJT como interruptor con resistencia de sujeción en la base con TIP31. se toma el mismo montaje de la figura 3, con las respectivas conexiones del tip31c. Vin(V) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0 8,0 10 11 12

VCE(V) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 9,70 8,94 7,07 5,05 3,05 0,63 0,48 0,29

VBE(V) -1,94 -1,88 -1,82 -1,75 -1,69 -1,63 -1,57 -1,52 -1,45 -1,38 -1,08 -0,80 -0,51 -0,18 0,09 0,39 0,58 0,64 0,73 0,78 0,83 0,84 0,85 1,01

IC(mA) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1,27 4,59 12,50 21,32 29,54 40,13 41,22 41,90

IB(µA) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11,00 44,00 114,67 188,67 268,00 427,00 549,00 647,67

VR1(V) 2,03 2,07 2,11 2,16 2,20 2,23 2,27 2,31 2,36 2,41 2,60 2,79 2,99 3,20 3,40 3,60 3,87 4,26 5,08 5,90 6,76 8,37 9,65 10,75

VR2(V) 3,08 3,13 3,20 3,26 3,32 3,38 3,44 3,49 3,56 3,63 3,93 4,21 4,51 4,83 5,13 5,43 5,64 5,73 5,90 6,02 6,12 6,15 6,24 6,41

VRC(V) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,28 1,01 2,75 4,69 6,50 8,83 9,07 9,22

Tabla 6. Datos experimentales Circuito 6.

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Zona Activa 7

Zona de Saturación

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Grafica 6. Corriente Colecto VS Voltaje Colector-Emisor

Análisis de datos teóricos.

Circuito 1. Análisis Teórico vs practico. Valor Practico Teórico

Vin(V) 1 1

VCE(V) 7,45 7.7428

VBE(V) 0,76 0.7

IC(mA) 10,90 10.26

IB(µA) 28 30

VRB(V) 0,28 0.3

VRC(V) 2,40 2.25

%Error=3.93% Este error puede deberse a la diferencia del valor Vbe que se toma por defecto para el cálculo teórico, también por la precisión del instrumento. Circuito 2. Análisis Teórico vs practico. Valor Practico Teórico

Vin(V) 1.5 1.5

VCE(V) 7,10 9.13

VBE(V) 0,69 0.7

IC(mA) 9,54 6.92

IB(µA) 27,1 15

VRB(V) 0,271 0.1

VRC(V) 2,1 1.8624

VD(V) 0.42 0.7

%Error=22.23% Este error puede deberse a la diferencia del valor Vbe que se toma por defecto para el cálculo teórico, también se puede observar una diferencia entre el valor del voltaje que tomamos por defecto para el diodo en el teórico con respecto al medido esto también puede influir bastante, también por la precisión del instrumento. Circuito 3. Análisis Teórico vs practico.

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Valor Practico Teórico

Vin(V) 3,0 3.0

VCE(V) 9,8 7.36

VBE(V) 0,68 0.7

IC(mA) 8,68 12.45

IB(µA) 28,67 36.40

VRB1(V) 2,18 3.2

VRB2(V) 2,84 4.2

%Error=33.15% Los valores teóricos fluctúan bastante respecto a los valores prácticos podemos suponer que esto es provocado por la diferencia de los valores de las resistencias.

Circuito 4. Análisis Teórico vs practico. Valor Practico Teórico

Vin(V) 1,0 1,0

VCE(V) 9,33 9.36

VBE(V) 0,58 0.7

IC(mA) 1,36 2.85

IB(µA) 20 30

VRB(V) 0,20 0.3

VRC(V) 0,3 0.6336

%Error=1.32% Según lo registrados por nuestra experiencia este transistor TIP 31 se comporta de una manera mucho más estable que el 2N3904, las diferencias entre los dos valores podrían deberse a la diferencia entre el valor de Vbe teorico y practico.

Circuito 5. Análisis Teórico vs practico Valor Practico Teórico

Vin(V) 1,5 1.5

VCE(V) 9,04 9.58

VBE(V) 0,60 0.7

IC(mA) 4,13 2.3

IB(µA) 41 20

VRB(V) 0,41 0.2

VRC(V) 0,91 0.51

VD(V) 0,43 0.7

%Error=8.05% Se puede observar una diferencia entre el valor del voltaje que tomamos por defecto para el diodo en el teórico con respecto al medido esto también puede influir bastante en el error entre los dos valores, también este error puede deberse a la diferencia del valor Vbe que se toma por defecto para el cálculo teórico, también. Circuito 6. Análisis Teórico vs practico. Valor Practico Teórico

Vin(V) 3,0 3.0

VCE(V) 10 9.3312

VBE(V) -0,18 0.7

IC(mA) 0 3.04

IB(µA) 0 32

VRB1(V) 3,20 3.2

VRB2(V) 4,83 4.8

%Error=16.32% Podemos ver una gran diferencia entre lo teórico y lo práctico, lo más notable de la diferencia la encontramos en Vbe el cual en la práctica nos indicó un voltaje negativo lo cual no era lo esperado en el comportamiento esto puede deberse a que el valor Vb aún no superaba al Vbe y por esto se generó una fuente negativa ya que en el Vb puede haberse encontrado predominado por la fuente negativa.

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ISSN: 1692-7257 - Volumen X – Número XX - 20XX Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada

terminales estamos pasando 110V para encender la bombilla. 3. CONCLUSIONES La implementación de transistores como interruptor permiten gran versatilidad en aplicaciones en las cuales se necesita trabajar con valores de voltajes y corrientes muy bajas, como las que entregan las compuertas lógicas, cuyo voltaje son muy bajos para accionar algún sistema de control de potencia, por eso la vital importancia de esos dispositivos que se deja configurar de tal modo que funcionen de modo optimo en un sistema de control on-of para activar cargar de gran potencia. Se pudo evidenciar que para el transistor deje la zona de corte el voltaje de base debe alcanzar y superar el voltaje de base emisor de tal manera que polarice el diodo interno y este a su vez afecte al transistor lo que genera una corriente en la salida haciendo que cambie de estado el diodo, este fenómeno es muy importante de conocer para hacer las respectivas medidas cautelares para ev...