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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL Campus Arturo Ruiz Mora Santo Domingo FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA CARRERA DE INGENIERIA EN ELECTROMECANICA ASIGNATURA: ELECTRONICA BASICA TEMA: CIRCUITO DE POLARIZACION DE UN TRANSISTOR BIPOLAR GRUPO: # 3 CATEDRATICO:

informe electronica (transistores)

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Page 1: informe electronica (transistores)

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIALCampus Arturo Ruiz Mora

Santo Domingo

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA

CARRERA DE INGENIERIA EN ELECTROMECANICA

ASIGNATURA:

ELECTRONICA BASICA

TEMA:

CIRCUITO DE POLARIZACION DE UN TRANSISTOR BIPOLAR

GRUPO: # 3 CATEDRATICO:

- ALVAREZ JORGE ING. CHRISTIAN MACIAS

- CAMPAÑA ALEXANDER

- SUAREZ FELIX

- SANTE JAVIER

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Tema:

Circuito de polarización de un transistor bipolar

Objetivos:

Comprobar en la práctica el cumplimiento de las ecuaciones que rigen la operación de un transistor bipolar de unión.Determinar prácticamente el Beta del BJT empleado.

Marco teórico:

Transistor bipolar o de juntura BJT

El transistor bipolar es un dispositivo de tres terminales -emisor, colector y base-, que, atendiendo a su fabricación, puede ser de dos tipos: NPN y PNP. En la figura 1 se encuentran los símbolos de circuito y nomenclatura de sus terminales. La forma de distinguir un transistor de tipo NPN de un PNP es observando la flecha del terminal de emisor. En un NPN esta flecha apunta hacia fuera del transistor; en un PNP la flecha apunta hacia dentro. Además, en funcionamiento normal, dicha flecha indica el sentido de la corriente que circula por el emisor del transistor.

Tensiones y corrientes en el transistor

En general se definen una serie de tensiones y corrientes en el transistor, como las que aparecen en las figuras 2 y 3. Esta definición es la que se usará a lo largo del presente cuadernillo y sigue una representación física de las mismas (pues en funcionamiento normal todas las corrientes y tensiones definidas son positivas). Existen otras formas de indicar dichas tensiones y corrientes, aunque no se tratarán aquí.

Configuración base común

En estos tipos de montajes en los que la entrada de señal a amplificar y la salida amplificada se toma con respecto a un punto común, en este caso el negativo, conectado con el emisor del transistor. Este circuito nos ayudará a comprender el funcionamiento de un transistor tipo NPN.

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Participemos de la base del conocimiento del circuito eléctrico interior del transistor NPN, y de sus polarizaciones. Se puede decir que un transistor NPN es básicamente un circuito hecho con dos diodos conectados en oposición y con una toma intermedia, de la forma que vemos en la figura.

Su polarización correcta de funcionamiento es la siguiente: V emisor-base = directa, es decir, el diodo formado por emisor y base debe estar polarizado directamente. V base-colector = inversa.

Regiones de funcionamiento

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.

En general, y a efectos de cálculo, se considera que se verifica lo siguiente:

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donde Vγ es la tensión de conducción de la unión base-emisor (en general 0,6 voltios).

Saturación

En la región de saturación se verifica que tanto la unión base-emisor como la base-colector 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 transistor se encuentra en saturación circula también corriente por sus tres terminales, pero ya no se cumple la relación: IC = β.IB

Curvas características, punto de trabajo y recta de carga.

En la figura se muestra la representación gráfica del punto de trabajo Q del transistor, especificado a través de tres parámetros: ICQ, IBQ y la VCEQ.

Este punto se encuentra localizado dentro de una recta denominada recta de carga: si Q se encuentra en el límite superior de la recta el transistor estará saturado, en el límite inferior en corte y en los puntos intermedios en la región lineal.

Esta recta se obtiene a través de la ecuación del circuito que relaciona la IC con la VCE que, representada en las curvas características del transistor de la figura b, corresponde a una recta.

Para dibujar esta recta de una manera sencilla en el plano (VCE, IC) del transistor se selecciona dos puntos: a) VCE=0, entonces IC=VCC/RC b) IC=0, entonces VCE=VCC

Estos puntos se pueden identificar en la figura b y representan los cortes de la recta de carga con los ejes de coordenadas.

Una de las primeras decisiones relacionadas con la polarización de un transistor es seleccionar la situación del punto Q. La selección más práctica es situarle en la mitad de la recta de carga estática para que la corriente de colector sea la mitad de su valor máximo, condición conocida como excursión máxima simétrica.

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Materiales y equipo necesario:

1 transistor 2N2222 o equivalente1 protoboardInstrumentos de medición1 manual de semiconductores ECG1 fuente de voltaje fija a 12 voltios de corriente continua

1 Rb= Resistencia de 470 KΩ a 12

watt.

1 Rc= Resistencia de 1,3 KΩ a 12

watt.

1 RC`= resistencia de 3,8 KΩ a 12

watt.

1 Re= Resistencia de 1 KΩ a 12

watt.

Procedimiento y desarrollo:

1. Mediante el uso del manual de semiconductores ECG buscar la disposición de terminales del transistor 2N2222 anotándolos en un cuadro de especificaciones técnicas.

2. Mediante el uso del Multimetro digital, utilizando la escala de prueba de diodos medir la resistencia entre las terminales del transistor 2N2222. Recordar que primero se debe detectar la base del transistor y partiendo de ella se mide la resistencia de base a colector y la resistencia de base a emisor, marcando un valor de baja resistencia.

3. Invertir las puntas del Multimetro digital y medir la resistencia entre las uniones del transistor marcando un valor de alta resistencia.

4. Elaborar una tabla que incluya la nomenclatura del transistor, la disposición de terminales y las características técnicas de funcionamiento.

5. Armar en protoboard el circuito de la figura 1 y obtener tanto teórica como prácticamente los parámetros principales del circuito: Ib, Ic, Vce, ß, etc.

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6. Obtener el valor aproximado de la ganancia DC (ß) del transistor empleado y compararla con el valor teórico especificado para dicho dispositivo. ¿En qué región de operación se encuentra el transistor?

7. Repetir los pasos 5 y 6 para una Rc= 3,8 KΩ. Puede emplear un potenciómetro.

Gráficas:

Fig. 1 - Practica #1 Fig. 2 - Practica #2

Tablas:

KSP2222A (ECG 123A)

Datos del manual ECG ECG Type BVCBO BVCEO BVEBO IC (mA) PD (W) F (MHz) hFE Vce(sat)ECG 123A 75 V 40 V 6 V 800 500 300 200 0.6 V

MEDIDAS DE RESISTENCIA DEL TRANSISTOR PRACTICA #1BASE - COLECTOR BASE – EMISOR

PUNTAS NORMALES 4.630 mΩ 4.630 mΩPUNTAS INVERTIDAS Valor maximo Valor maximo

MEDIDAS DE RESISTENCIA DEL TRANSISTOR PRACTICA #2BASE - COLECTOR BASE – EMISOR

PUNTAS NORMALES 4.630 mΩ 4.630 mΩPUNTAS INVERTIDAS Valor maximo Valor maximo

Valores reales de las resistencias

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Rb (KΩ) Re (KΩ) Rc (KΩ)Practica #1 468.6 944 Ω 1.186Practica #2 470.1 983 Ω 3.933

Valores de la practica #1VRb VRe VRc Vbe Vce Vbc Vb Ve Vc Ib Ic

Calculados 7.89V 3.37V 4.03V 0.7V 4.61V -3.91V 4.06V 3.36V 7.97V 16.8µA 3.36mA

Medidos 8.07V 3.20V 3.8V 0.648 5.03V -4.26V 3.02V 3.18V 8.24V 17.22µA 3.2mA

Valores de la practica #2VRb VRe VRc Vbe Vce Vbc Vb Ve Vc Ib Ic

Calculados 7.89V 3.37V 13.01V 0.7V -4.46V 5.16V 4.06V 3.37V -1.1V 16.8µA 3.36mA

Medidos 8.96V 2.44V 9.45V0.648

V0.153V 0.35V 3.02V 2.45V 2.59V 19.05µA 2.4mA

Calculos:

Practica # 1 – Con datos nominales

Datos Calcular:Rb= 470 KΩ Ib=?Re= 1 KΩ Ic=?Rc= 1.2 KΩ Vce=?Vcc= 12 V Vbc=?β= 200 Vc=?

Ve=? Vb=?

Malla Base – Emisor

Vcc−VRb−Vbe−VRe=0Vcc−( Ib ) (Rb )−Vbe−( Ie ) (ℜ )=0Vcc−( Ib ) (Rb )−Vbe−Ib (β+1 ) ℜ=0Ib (Rb+ℜ (β+1 ) )=Vcc−Vbe

Ib= Vcc−VbeRb+ℜ(β+1)

Ib= 12V−0,7V470KΩ+1KΩ(200+1)

Ib=16.8µ A

Ic=β . IbIc=200 (16,8μA )Ic=3.36mA

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Malla Colector – Emisor

Practica # 1 – Con datos obtenidos

Datos:Rb= 468.6 KΩ Vce= 5,03 VRc= 1.186 KΩ Vbe= -4.26 VRe= 0.994 KΩ Vbe= 0.648 VVRb= 8.07 V Vb= 3.02 VVRc= 3.8 V Ve= 3.188 VVRe= 3.2 V Vc= 8.24 VVcc= 12.03 V

Ic=VRcRc

Ib=VRbRb

β=IcIb

Ic= 3,8V1,186KΩ

Ib=8,07V

468,6KΩ β=

3,2mA17,22µA

Ic=3,2mA Ib=17,22µA β=185,81

Practica #2 – Con datos nominales

Vce=Vc−VeVc=Vce+VeVc=4.61V +3.36VVc=7.96V

Vbc=Vb−VcVbc=4.06V−7.97VVbc=−3.91V

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Datos Calcular:Rb= 470 KΩ Ib=?Re= 1 KΩ Ic=?Rc= 3.9 KΩ Vce=?Vcc= 12 V Vbc=?β= 200 Vc=?

Ve=? Vb=?

Malla Base – Emisor

Malla Colector – Emisor

Practica # 2 – Con datos obtenidos

Datos:

Rb= 470.1 KΩ Vce= 0.153 VRc= 3.933 KΩ Vbe= 0,35 VRe= 0.983 KΩ Vbe= 0.648 VVRb= 8.96 V Vb= 3.02 V

Vcc−VRb−Vbe−VRe=0Vcc−( Ib ) (Rb )−Vbe−( Ie ) (ℜ )=0Vcc−( Ib ) (Rb )−Vbe−Ib (β+1 ) ℜ=0Ib (Rb+ℜ (β+1 ) )=Vcc−Vbe

Ib= Vcc−VbeRb+ℜ(β+1)

Ib= 12V−0,7V470KΩ+1KΩ(200+1)

Ib=16.8µ A

Ic=β . IbIc=200 (16,8μA )Ic=3.36mA

Vcc−VRe−VRc−Vce=0 Vcc−( Ie ) (ℜ )−(Ic ) (Rc )−Vce=0Vce=Vcc−( Ic ) (ℜ )−(Ic ) (Rc )Vce=Vcc−Ic ( ℜ+Rc )Vce=12V−3,36mA (1KΩ+3.9KΩ )Vce=−4.46V

Ve=VRe= (Ie )(ℜ)Ve=(3.36mA)(1KΩ)Ve=3.36V

Vbe=Vb−VeVb=Vbe+VeVb=0.7V +3.36V

Vce=Vc−VeVc=Vce+VeVc=−4.46V +3.36VVc=−1.1V

Vbc=Vb−VcVbc=4.06V−(−1.1V )Vbc=5.16V

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VRc= 9.45 V Ve= 2.45 VVRe= 2.44 V Vc= 2.59 VVcc= 12.03 V

Ic=VRcRc

Ib=VRbRb

β=IcIb

Ic= 9.45V3.933KΩ

Ib=8,96V

470.1KΩ β=

2.4mA19.05µ A

Ic=2.4mA Ib=19.05µA β=125.91

Cuestionario:

1. ¿Qué diferencia encuentra entre el ß obtenido en el primer circuito y el del segundo? ¿Compare ambas, son iguales? Explique.Los betas obtenidos no son iguales debido a que en el primer circuito el transistor si cumple con la función de amplificar corriente, por lo tanto la formula Ic=β.Ib si se cumple debido a que el voltaje colector-emisor es mayor a 1 voltio y si se asemeja a la ganancia nominal que es 200. En cambio en el segundo circuito el transistor no cumple con la función de amplificar corriente debido a que el voltaje colector-emisor es menor a 1 voltio y no se asemeja a la ganancia nominal del catalogo de semiconductores ECG.

2. Justifique matemáticamente el valor de Ic en el segundo circuito. ¿Depende del valor de Ib? ¿De dónde se obtiene dicho valor? Explique.El valor de Ic no depende del valor de Ib debido a que en este caso Ic e Ib son parte de Ie y la constante de ganancia beta (β) no es válida cuando el transistor está trabajando en la región de saturación. Con lo que la sumatoria de Ib e Ic nos da el valor de Ie. Como lo podemos visualizar en la siguiente fórmula:

Ie=Ib+ Ic3. Dibuje la recta de carga del circuito a)

Ic=10.11mA

Vcc=12 V VCE (V)

IC (mA)

Q (5.03 V, 3.2 mA)

Región de saturaciónVce= 0

Región de corteIc= 0

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4. Genere sus propias conclusiones. Que este transistor puede trabajar en la región lineal o activa hasta un mínimo de Ic = 10.11 mA y un mínimo de Vce = 12 V. Si baja de estos valores el transistor cambia de región, este puede cambiar a la región de corte o de saturación.

Conclusiones:

Concluimos que al elevar el valor de la resistencia del colector podemos hacer que el transistor cambie a la zona de saturación y que funcione como un interruptor cerrado y no como amplificador.También comprobamos que el voltaje colector-emisor es menor que 1 Voltio cuando el transistor esta trabajado en la zona de saturación.Concluimos que en el segundo circuito la formula Ic=β.Ib no se cumple por que la corriente de colector medida solo es la diferencia de la corriente del emisor menos la corriente de base.

Recomendaciones:

Recomendamos utilizar todas las reglas de redondeo para los cálculos de los circuitos del transistor para evitar que los valores no varíen mucho en relación con los datos obtenidos a través de la práctica.También recomendamos verificar que los elementos a utilizar en el circuito tengan un rango nominal de variación, el reglamentario.

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Bibliografía:

http://www.unicrom.com/Tut_caracteristicas_transistor_bipolar.asp

http://webs.uvigo.es/mdgomez/DEI/Guias/tema5.pdf

http://www.unicrom.com/Tut_emisor_com.asp

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar

http://www.unicrom.com/Tut_recta_carga_estatica_transistor_bipolar.asp