INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESIME – Zacatenco
Ingeniería Eléctrica
Laboratorio de Electrónica I
PRÁCTICA 7
CARACTERÍSTICAS DEL TRANSISTOR BIPOLAR
OBJETIVOS
• Familiarizarse con el transistor bipolar e identificar sus tres terminales. • Estudiar las tres zonas de trabajo del transistor, corte, activa y saturación.
• Recordar que el transistor bipolar funciona como una fuente de corriente controlada por corriente. Por debajo de la corriente mínima de base, el transistor no conduce. En la zona activa el transistor amplifica la corriente de base por un factor llamado βcd.
MATERIAL
• 5 Fusibles tipo americano 1A 250V • 1 Resistencia de 57kΩ
• 1 Resistencia de 330Ω • 1 Resistencia de 2.2kΩ • 1 Resistencia de 220Ω • 1 Diodo emisor de luz (LED)
• 1 Transistor 2N2222 • 1 protoboard de 64 líneas. • Cable telefónico para conexiones. • 4 puntas caimán-banana
• 3 Multímetros digitales.
1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA
TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓN
El transistor bipolar de unión llamado así por sus siglas en inglés (Bipolar Junction Transistor) es un elemento esencial en el desarrollo de la electrónica ya que cuenta con tres terminales donde una controla el flujo de las otras dos.
Consiste en un solo cristal de material semiconductor basado en capas alternadas de material tipo N y P.
Existen básicamente dos tipos, al unir un material tipo P a dos tipo N o al unir dos materiales tipo P a un material tipo N. La estructura de cada tipo de transistor así como su símbolo eléctrico se muestran en la figura 1.
Las tres terminales con las que cuenta el transistor BJT son: Emisor (E), Colector (C) y Base (B). El emisor se encuentra fuertemente dopado, la base ligeramente y el colector muy poco dopado.
El nivel de dopado disminuye la conductividad (aumenta la resistencia) al limitar el número de portadores libres.
Capa del emisor: Suministra los portadores de carga mayoritarios para la conducción y constituye la corriente del emisor.
Capa del colector: Capta la mayor parte de los portadores de carga mayoritarios procedentes del emisor constituyendo la corriente del colector.
Capa de la base: Asegura la interacción entre el emisor y el colector.
Figura 1 Estructura de los dos tipos de transistores BJT y símbolo eléctrico. (a) BJP tipo PNP; (b) BJT tipo NPN.
Como se vio en el diodo semiconductor, el flujo de portadores mayoritarios va siempre del material P al material N, es por ello que la flecha en el símbolo
desarrollaron antes para la configuración de base común. Es decir, IE = IC + IB, e IC = αIE.
del BJT indica la dirección del flujo de electrones de la base al emisor o viceversa.
Configuración de emisor común
La configuración de transistor que se encuentra más a menudo es la de emisor común cuyo circuito se muestra en la figura 2.
(a) (b) Figura 2 Notación y símbolos utilizados con la configuración de emisor común; a) transistor npn; b)
transistor pnp.
Se denomina configuración de emisor común debido a que el emisor es común o hace referencia a las terminales tanto de entrada como de salida (en este caso, es común tanto a la terminal de base como a la de colector). Una vez más, se necesitan dos conjuntos de características para describir por completo el comportamiento de la configuración de emisor común; uno para el circuito de entrada o base-emisor y otro para el circuito de salida o colector-emisor. Ambos se muestran en la figura 3. Las corrientes del emisor, colector y base se muestran en su dirección convencional para la corriente. Si bien cambió la configuración del transistor, aún se puede aplicar las relaciones de corriente que se
Para la configuración de emisor común, las características de salida son una gráfica de la corriente de salida IC en función del voltaje de salida
VCE para un rango de valores de corriente de entrada
IB. Las características de entrada son una gráfica de la corriente de entrada IB en función del voltaje de entrada VBE para un rango de valores de voltaje de salida VCE.
Obsérvese que en las características de la figura 3, la magnitud de IB se indica en microamperes, comparado con los miliamperes de IC. Considere también que las curvas de IB no son tan horizontales como las que se obtuvieron para IE en la configuración de base común, lo cual indica que el voltaje del colector al emisor tendrá influencia sobre la magnitud de la corriente del colector.
La región activa para la configuración del emisor común es la parte del cuadrante superior derecho que tiene mayor linealidad, es decir, la región en la que las curvas para IB son casi rectas e igualmente espaciadas. En la figura 3a, esta región existe a la derecha de la línea punteada en VCE(sat) y por arriba de la curva para IB igual a cero. La región a la izquierda de VCE(sat) se denomina región de saturación.
En la región activa de un amplificador de emisor común, la unión base colector se polariza inversamente, mientras que la unión emisor-base se polariza directamente.
Recuerde que estas son las mismas condiciones que existieron en la región activa de la configuración de base común. La región activa de la configuración de base común se puede emplear para la amplificación de voltaje, corriente o potencia.
La región de corte para la configuración de emisor común no está tan bien definida como para la configuración de base común. Obsérvese en las características del colector de la figura 3.15 que IC no es igual a cero cuando IB es cero. Para la configuración de base común, cuando la corriente de entrada IE fue igual a cero, la corriente del colector fue igual sólo a la corriente de saturación inversa IE = 0 y el eje de los voltajes fue uno para todos los propósitos prácticos.
(a) (b) Figura 3 Características de un transistor de silicio en la configuración de emisor común: a) características del
2. PROCEDIMIENTO
2.1 Identificación de las terminales del LED. En primer lugar, hay que identificar el lado p (ánodo) y n (cátodo) del diodo emisor de luz (LED). Para realizar esta identificación se mide con el multímetro la resistencia del dispositivo. Cuando se esté midiendo el dispositivo en directa (cable rojo en el ánodo y negro en el cátodo) el LED encenderá y la lectura de la resistencia estará en torno a 1.5kΩ. Si se intercambian las terminales del LED, éste no emite luz.
2.2 Identificación de las terminales del transistor. Para identificar las terminales del transistor primero se observa la base del transistor y se localiza la pestaña que sobresale del mismo. La identificación de las terminales (emisor, base y colector) se muestra en el esquema de la figura 4.
Figura 4
2.3 Zonas de funcionamiento del transistor bipolar. a) Implemente el circuito de la figura 5 colocando
un diodo emisor de luz que encenderá en función de la corriente que pase por el colector del transistor.
Figura 5
b) Utilizando la fuente variable de CD fije la fuente VCC a 7V siguiendo el diagrama mostrado en la
figura 6. Dado que en el laboratorio sólo se encuentran fuentes variables de CD que entregan un valor mínimo de voltaje igual a 1.3V, es necesario implementar un circuito divisor de voltaje adicional como se muestra en la figura 6.
c) Varíe el voltaje de entrada y anote las condiciones de IB, IC y VCE para cuando el
transistor se encuentra en corte.
d) Anote las condiciones de IB, IC y VCE para
cuando el transistor entra en la región activa. e) Anote las condiciones de IB, IC y VCE para
cuando el transistor sale de la región activa y entra en saturación.
f) Varíe la fuente de entrada entre 0 y 5V cada 0.3V al principio (hasta 1.5V) y cada medio voltio después.
g) Para cada valor tome las medidas de las caídas de potencial en las resistencias RB (ver figura 6)
y RC hasta completar la tabla 1 monitoreando
además las fuentes de entrada. A partir de las lecturas tomadas, calcule las corrientes de base y colector, así como el voltaje VCE para cada
punto.
En la figura 6 sólo se muestra el multímetro 3 colocado en las terminales de la resistencia RB.
Para tomar las lecturas del voltaje de RC y el
voltaje VCE debe colocar el multímetro 3 en los
puntos donde se desee tomar lectura.
h) Trace una gráfica poniendo en las abcisas (“x”) la corriente de base y en las ordenadas (“y”) la corriente del colector.
i) A partir de los datos obtenidos calcule el valor de la ganancia de corriente continua del transistor (β) cuando trabaja en la región activa de la zona de conducción.
j) Fije ahora la tensión Vent a 5V como lo indica la
figura 7. Varíe la fuente VCC entre 1.3V y 10V.
Mida para cada voltaje VCC, el voltaje que cae
en RB para obtener la corriente de base y el
voltaje, el voltaje que cae en RC y VCE y anótelo
en la tabla 2.
k) Dibuje la característica IC vs. VCE para dicha
corriente de base.
3. CUESTIONARIO
1. De las tres corrientes en un transistor, ¿cuál es la más alta?
2. Defina brevemente βcd y αcd.
3. Si la corriente del colector es 10mA y la corriente en la base es igual a 5µA, ¿cuál es la corriente del emisor?
4. ¿Cuáles son las dos variables que se grafican en la curva característica de salida del colector en configuración de emisor común?
5. ¿Qué condiciones de polarización deben existir para que un transistor opere en la región activa?
Figura 6
ANEXO HOJA DE RESULTADOS ent
V
B RV
I
BV
RCI
CV
CEβ
cd 0.3V 0.6V 0.9V 1.2V 1.5V 2V 2.5V 3V 3.5V 4V 4.5V 5V Tabla 1 CCV
B RV
I
B C RV
I
CV
CE 1.3V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 9V 10V Tabla 2Además de las tablas se debe incluir en el reporte todo lo demás que se solicita en la práctica (gráficas con límites, valores, y unidades, así como las respuestas a las preguntas en el desarrollo de la misma) y en el formato ya conocido.
