Laboratorio de Dispositivos Electrnicos

Laboratorio de Dispositivos Electrnicos

Tema: Polarizacin de transistores bipolares de juntura (TBJ)

Objetivo: Analizar e implementar los principales circuitos de polarizacin para Transistores bipolares de juntura.

1. Consultar las caractersticas y la asignacin de pines de los transistores 2N3904 y 2N3906.

TRANSISTOR 2N3904

TRANSISTOR 2N3904

2. Consultar un mtodo prctico para determinar el tipo y los terminales de un transistor mediante la utilizacin de un multmetro.

Un hmetro puede utilizarse para verificar el estado de un transistor, siempre que se tenga en cuenta que para un transistor en la regin activa, (base-emisor) tiene polarizacin directa y la unin base-colector es polarizacin inversa, que por lo general la unin con polarizacin directa debe registrar una resistencia baja, en comparacin con la unin de polarizacin inversa, que muestra una resistencia mucho mayor.Con un hmetro, si se conecta la punta de prueba positiva a la base y la punta de prueba negativa al emisor para un transistor NPN, el hmetro registra una lectura desde unos 100 ohmios hasta unos tantos kilo-ohmios (por lo que si la resistencia obtenida es elevada, el transistor es de tipo PNP); y al conectar la punta positiva al colector y la punta negativa a la base, el hmetro marcar un valor superior a los 100 kohmios. Para un transistor PNP las terminales del hmetro se invierten para cada unin. Si al comprobar las terminales de un transistor, la resistencia es grande o pequea en ambas direcciones o sea invirtiendo los contactos para cada unin de un transistor NPN o PNP, el transistor puede estar daado. Para un transistor NPN

Para este tipo de transistores la polarizacin directa que ocurre en la unin Base Emisor hace que la resistencia sea pequea, mientras que para la polarizacin inversa de la unin Base Colector hace que la resistencia sea enorme.

Para un transistor PNPSi en ambas uniones de un transistor dan por resultado las lecturas esperadas, el tipo de transistor tambin puede determinar con solo ver la polaridad de las puntas de prueba cuando e aplican a la unin base-emisor. Si la punta de prueba positiva (+) se conecta a la base y la negativa (-) al emisor, una lectura de baja resistencia indicara un transistor NPN, a su vez, una lectura de alta resistencia indicara un transistor PNP.Aunque tambin puede utilizarse un hmetro para determinar las terminales (base, colector, emisor) de un transistor, se supone que esta determinacin de los contactos en el encapsulado.TEST TRANSISTOR 1. Posicione el interruptor RANGE en la posicin HFE. 2. Determine si el transistor es del tipo NPN o PNP y localice los punteros de medicin de emisor, base y colector. Inserte los punteros de medicin en los orificios correspondientes en la conexin HFE del panel frontal del multmetro. 3. El multmetro reflejar en la pantalla el valor aproximado de HFE en condiciones de base 10A y VCD 2.8V

3. Realizar el anlisis e indicar el tipo de polarizacin de los circuitos de las siguientes figuras: (Asumir )

Figura 1

Valores de Voltaje y Corriente DC en el circuito.Valores de Corrientes DC

Valores de Voltaje DC

Figura 2Polarizacin con Dos Fuentes DC

Valores de Voltaje y Corriente DC en el circuito.Valores de Corrientes DC

Valores de Voltaje DC

Figura 3

Calculo de Valores de Voltaje y Corrientes DC por el Mtodo ExactoValores de Corrientes DC

Valores de Voltaje DC

4.- Realizar y presentar las simulaciones de cada uno de los circuitosa. Simulacin circuito 1

b. Simulacin circuito 2

5. Disear un interruptor electrnico usando un transistor, incluir sealizacin mediante el uso de un diodo LED. Explicar su funcionamiento incluyendo las diferentes zonas de trabajo que intervienen.

Transistor en saturacinPara obtener Ic se sigue el siguiente procedimiento:De las caractersticas del diodo LED se tiene Ic=10mASe escoge el B (beta) menor (200) para asegurar de que el transistor se sature.La corriente de base es: Ib = Ic/B = 10 mA/200 = 0.05 mA.Esta es la corriente de base necesaria para que el transistor se sature y encienda el LED.Para calcular Rb se hace una malla en el circuito de la base: 12 V = Rb x Ib VbeRb = (120.6)/Ib = 11.4 V/0.05 mA = 228k. Transistor en cortePara que el bombillo se apague, basta que la corriente (Ic) que pase a travs de l sea cero. Para lograrlo se hace que la corriente de base Ib sea cero (Ic = BxIb), poniendo el voltaje que alimenta el circuito de la base en cero (0 Voltios).

Historia del transistor

El desarrollo de la electrnica y de sus mltiples aplicaciones fue posible gracias a la invencin del transistor, ya que este super ampliamente las dificultades que presentaban sus antecesores, las vlvulas. En efecto, las vlvulas, inventadas a principios del siglo XX, haban sido aplicadas exitosamente en telefona como amplificadores y posteriormente popularizadas en radios y televisores. Sin embargo, presentaban inconvenientes que tornaban impracticables algunas de las aplicaciones que luego revolucionaran nuestra sociedad del conocimiento. Uno de sus mayores inconvenientes era que consuman mucha energa para funcionar.Esto provena del hecho de que en las vlvulas se calienta elctricamente un filamento (ctodo) para que emita electrones que luego son colectados en un electrodo (nodo), establecindose as una corriente elctrica. Luego, por medio de un pequeo voltaje (frenador) aplicado entre una grilla y el ctodo se logra el efecto amplificador, controlando el valor de la corriente, de mayor intensidad, entre ctodo y nodo. El filamento no slo consuma mucha energa, sino que tambin sola quemarse, o las vibraciones lograban romperlo, por lo que las vlvulas terminaban resultando poco confiables. Adems, como era necesario evitar la oxidacin del filamento incandescente, la vlvula estaba conformada por una carcasa de vidrio, que contena un gas inerte o vaco, haciendo que el conjunto resultara muy voluminoso.Los transistores, desarrollados en 1947 por los fsicosW. Shockley,J. BardeenyW. Brattain, resolvieron todos estos inconvenientes y abrieron el camino que, junto con otras invenciones como la de los circuitos integrados potenciaran el desarrollo de las computadoras. Y todo a bajos voltajes, sin necesidad de disipar energa (como era el caso del filamento), en dimensiones reducidas y sin partes mviles o incandescentes que pudieran romperse.

Comparacin entre las vlvulas y antiguos transistores individuales de germanio.

Esquema del triodo (vlvula) donde se detallan sus distintos componentes.

Los transistores se basan en las propiedades de conduccin elctrica de materiales semiconductores, como el silicio o el germanio. Particularmente el transporte elctrico en estos dispositivos se da a travs de junturas, conformadas por el contacto de materiales semiconductores donde los portadores de carga son de distintos tipos: huecos (tipo P) o electrones (tipo N). Las propiedades de conduccin elctrica de las junturas se ven modificadas dependiendo del signo y de la magnitud del voltaje aplicado, donde, en definitiva, se reproduce el efecto amplificador que se obtena con las vlvulas: operando sobre una juntura mediante un pequeo voltaje se logra modificar las propiedades de conduccin de otra juntura prxima que maneja un voltaje ms importante.

Fotografa del primer transistor realizado por fsicos W. Shockley, J. Bardeen y W. Brattain en diciembre de 1947. Tomada de www.bellsystemmemorial.com/belllabs_transistor.htmlLos diez aos posteriores a la invencin del primer transistor vieron enormes adelantos en este campo:

se inventaron distintos tipos de transistores (de punto, de juntura, de campo), basados en distintas propiedades bsicas; se emplearon distintos materiales, inicialmente el germanio (1948) y posteriormente el silicio (1954), que domina la industria semiconductora de la actualidad; se logr construir una gran cantidad de transistores, otros elementos y los circuitos para acoplarlos directamente sobre una oblea de silicio, a lo que se le dio el nombre de circuito integrado (1958).

En estos primeros circuitos integrados, los transistores tenan dimensiones tpicas de alrededor de 1 cm. En 1971 el microprocesador de Intel 4004 tena unos 2000 transistores, mientras que hoy en da, un Pentium IV tiene unos 10 millones de transistores, con dimensiones tpicas de alrededor de 0.00001 cm. Desde 1970, cada ao y medio aproximadamente, las dimensiones de los transistores se fueron reduciendo a la mitad (ley de Moore). Si se los hace an ms pequeos dejarn de funcionar como esperamos, ya que empezarn a manifestarse las leyes de la mecnica cuntica.Para seguir progresando, deber entonces concebirse una nueva generacin de microprocesadores basados en las propiedades que la materia manifiesta en las escalas nanomtricas.

Todos estos desarrollos respondieron en cada caso al intento de resolver un problema concreto atacado tanto del punto de vista terico como experimental. Muchos de los fsicos que participaron en esta aventura del transistor y en sus desarrollos posteriores dieron lugar al nacimiento de nuevas invenciones (y de empresas como Texas Instruments, Intel y AMD) que hoy da dominan la escena en la que se desarrollan las TIC.http://ees.wikispaces.com/Historia+del+transistorHistoria del transistorVarios historiadores de latecnologaconsideran altransistorcomo "el mayor invento delsiglo XX".Es eldispositivo electrnicobsico que dio lugar a loscircuitos integradosy dems elementos de la alta escala de integracin.As como laRevolucin industrialdelsiglo XIXse basa en lamquina de vapordeJames Watt, puede decirse que la era de las comunicaciones se ha basado en el transistor.El transistor es un dispositivo de tresterminalesque surge en losLaboratorios Bellde la AT&T. Se buscaba unconmutadordeestado slidopara ser utilizado entelefonay para reemplazar tanto a losrelscomo a los sistemas de barras. Luego se contempla la posibilidad de obtener el reemplazo de lavlvula (o tubo) de vaco.Quentin Kaiser escribi: "Si no hubiese sido por lasmicroondaso elradardeUHF, probablemente nunca hubiramos tenido la necesidad de detectores de cristal. Si no hubiramos obtenido detectores de cristal, probablemente no habramos tenido el transistor, salvo que hubiera sido desarrollado de algn modo completamente diferente". (Citado en Revolucin en miniatura de E. Braun y S. Macdonald).Antecedentes fsicos[editareditar fuente]Se saba que el contacto entre un alambre metlico y lagalena(sulfuro de plomoII) permita el paso decorrienteen una sola direccin, tal como lo revelaron los trabajos deCarl Ferdinand Braun. El radar, por otra parte, al emplear frecuencias elevadas, deba utilizar un detector eficaz, con muy poca capacidad elctrica, por lo que no era conveniente el uso de losdiodos de vaco. El diodo de estado slido era esencial para esa finalidad. En la dcada de los cuarenta estaba completo el estudio terico de los contactos semiconductor-metal.Uno de los inventores del transistor,Walter Brattain, escribi: "Ninguno en la profesin estaba seguro de la analoga entre unrectificadordexido de cobrey un tubo diodo de vaco y muchos tenan la idea de cmo conseguir poner una rejilla, un tercerelectrodo, para hacer unamplificador".Para modificar la conductividad de algunossemiconductores, se tuvo en cuenta losniveles de energacuantificados de lostomos, que dan lugar a lasbandas de energacuando existen tomos distribuidos regularmente. El estudio del movimiento de loselectronesen estas bandas, vislumbr la posibilidad de cambiar laconductividad elctricade algunos semiconductores agregando impurezas controladas adecuadamente, surgiendo as los materiales de tipo N y de tipo P.1Origen de la denominacin[editareditar fuente]Undiodosurge al unir un material N con uno P, el transistor surge de una unin de tipo NPN, o bien PNP. La denominacin "transistor" fue sugerida por J.R. Pierce, quin dijo: "y entonces, en aquella poca, el transistor fue imaginado para ser el dual del tubo de vaco, as si un tubo de vaco tena transconductancia, ste debe tener transresistencia, y as llegu a sugerir transistor".2Patentes de invencin[editareditar fuente]Para obtener las patentes de invencin, luego de efectuarse las primeras pruebas, se lo mantuvo en secreto durante casi siete meses, hasta que se pudo detallar su funcionamiento en forma adecuada. Esta patente le fue concedida aJohn Bardeeny aWalter Brattainpor eltransistor de punta de contacto. La patente del transistor de juntura (o unin), aparecido en1951, le fue concedida aWilliam Shockley. Sobre este ltimo transistor, E. Braun y S. Macdonald escriben: "Es asombroso que Shockley hubiera formulado la teora precisa deltransistor de unin bipolaral menos dos aos antes de que el dispositivo fuese producido".Comportamiento elemental[editareditar fuente]Podemos hacernos una idea del comportamiento del transistor utilizando uncircuitoque utiliza unafuente de tensincontinua, un indicador de corriente (miliampermetro) y dosresistenciascon sus respectivosinterruptores. Estas resistencias se conectarn entre el colector y la base, mientras que la fuente se conectar entre colector y emisor.Con ambos interruptores abiertos, no habr corriente de base y el indicador de corriente, ubicado a la salida de la fuente, marcar una corriente nula. Si cerramos uno de los interruptores, habr corriente de base y tambin de colector. Si cerramos ambos interruptores, habr mayor paso de corriente. De ah que podamos decir que el transistor se comporta como si fuese una resistencia cuyo valor es controlado por la corriente de base.Definicin de amplificacin[editareditar fuente]Una definicin elemental de amplificacin fue dada porWilliam Shockley: "Si usted toma un fardo de heno y lo ata a la cola de una mula y a continuacin le prende fuego, y compara luego la energa disipada a partir de entonces por la mula con la energa disipada antes por usted en frotar el fsforo, entender plenamente el concepto de amplificacin".3Bibliografa[editareditar fuente]Revolucin en miniatura La historia del impacto de la electrnica del semiconductor Autores: E. Braun y S. Macdonald Fundesco y Editorial Tecnos SA 1986Electrones, ondas y mensajes Autor: John R. Pierce EUDEBA 1968Seales La ciencia de las Telecomunicaciones Autores: John R. Pierce y A. Michael Noll Editorial Revert SA 1995Los Silicon Boys Autor: David A. Kaplan EMECE Editores 1999Electrnica cuntica Lo fundamental sobre transistores y rayos lser Autor: John R. Pierce EUDEBA 1966http://es.wikipedia.org/wiki/Historia_del_transistor13