Reyes Aquino (1)

7/27/2019 Reyes Aquino (1)

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Practica No. 5

TRANSISTOR BIPOLAR

Objetivos:

1. Identificar las terminales del transistor bipolar.

2. Medir la corriente de fuga Icbo y su variacin con la temperatura

3. Obtener y medir el voltaje de ruptura de la unin base emisor y de la unin colector

base de un transistor bipolar de silicio de tecnologa plana.

4. Obtener las curvas caractersticas de entrada del transistor bipolar en

configuracin de emisor comn. Observar su variacin con el volteja de colector

emisor.

5. Obtener las curvas caractersticas de salidas del transistor bipolar n configuracin

de emisor comn. Observar y reportar su variacin con la temperatura. Identificar

las regiones de operacin corte, saturacin y activa directa.

Desarrollo experimental:

Conceptos bsicos:

Transistor bipolar

Distintos encapsulados de transistores.

El transistor es un dispositivo electrnico semiconductor que cumple funciones de

amplificados, oscilador, conmutador o rectificador. El trmino transistor es la contraccin

en ingles de transfer resistor (resistencia de transferencia).

Los transistores son componentes esenciales para nuestra civilizacin porque toda la

electrnica moderna los utiliza, ya sea en forma individual(discreta) como tambin

formando parte de circuitos integrados, analgicos o digitales, de todo tipo:

microprocesadores, controladores de motores elctricos, procesadores de seal,

reguladores de voltaje, etc.

Actualmente se los encuentra prcticamente en todos los enseres domsticos de uso

diario: radios, televisores, grabadores, reproductores de audio y video, hornos de

microondas, lavarropas automticas, automviles, equipo de refrigeracin, alarmas,

relojes de cuarzo, computadoras, calculadores, impresoras, lmparas fluorescentes,equipo de rayos X, tomgrafos, ecgrafos, etc.

Sustituto de la vlvula termoinica de tres electrodos o trodo, el transistor bipolar fue

inventado en loslaboratorios Bell de EEUU en diciembre de 1942 por John Bardeen,

Walter HouserBrattain y William Bradford Shockley, los cuales fueron galardonados con el

premio Noble de Fsica en 1956.

Sus inventores lo llamaron as por la propiedad que tiene el transistor de cambiar su


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resistencia al paso de la corriente elctrica que lo atraviesa entrando por uno de los 3

terminales (el emisor) y saliendo por otro (el colector) en funcin de la mayor o menor

corriente elctrica que, para excitarlo, se inyecte en el tercero (la base).

El transistor bipolar consta de un sustrato y tres partes contaminadas artificialmente que

forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe orecolecta y la tercera, que est intercalada entre las dos primeras, modula el paso de

dichos portadores(base). A diferencia de las vlvulas el transistor es un dispositivo

controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseo de

circuitos a los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los

resistores, capacitores e inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento solo

puede explicarse mediante mecnica cuntica, luego en realidad el transistor es un

dispositivo cuntico.

El transistor bipolar es el ms comn de los transistores y como los diodos, puede ser de

germanio o silicio.

Existen dos tipos de transistores: el NPN y el PNP y la direccin del flujo de la corriente en

cada caso, lo indica la flecha que se ve en el grfico de cada tipo de transistor.

El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector

(C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el

grfico de transistor.

Izquierdo transistor PNP

Derecho transistor NPN

El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una

cantidad de corriente por una de sus patillas (base) el entregara por otra (emisor) una

cantidad mayor a esta en una factor que se llama amplificacin.

Este factor se llama b(beta) y es un dato propio de cada transistor.

Entonces:

Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a b(factor de amplificacin) por Ib

(corriente que pasa por la patilla base).

Ic=B*Ib

Ie(corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, slo que la corriente

en un caso entra al transistor y en el otro casa sale de l o viceversa.

Segn la formula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito(Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se

cambia Vcc. Ver la figura.

En el segundo grfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a

ms corriente la curva es ms alta.

Material


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Osciloscopio de doble trazo

Generador de seales

Multmetro analgico y/o digital

Una pinza de punta

Una pinza de corte

6 cables caimn- caimn de 50cm6 cables caimn- banana de 50cm

6 cables banana banana de 50cm

4 cables coaxiales que tengan en un extremo terminacin BNC y en el otro caimanes

Tablilla de conexiones (protoboard)

Fuente de voltaje CD (variable)

Fuente de corriente CD (variable)

1 transistor de germanio NPN AC127

4 transistores de silicio BC547

4 resistores de 1K a watt

1 resistor de 100K a watt

1 encendedor

Experimentos:

Es requisito que para antes de realizar la practica el alumno presente por escrito y en

forma concisa y breve los siguientes puntos sobre el transistor bipolar:

Smbolo

Construccin interna

Diagrama tpico de uniones

Modelo matemtico

Comportamiento grfico de entrada y salidaParmetros principales y su definicin

Circuitos equivalentes

Parmetros h

Polarizacin tpica

El profesor deber revisar que el alumno cumpla con este punto antes de entrar a

laboratorio, as como que se presente con los circuitos correspondientes debidamente

armados, de NO satisfacer estas indicaciones el alumno NO tendr derecho a quedarse

en el laboratorio y se le considerara como falta al mismo.

Identificar las terminales del transistor bipolar

Existen diversas formas que nos permiten identificar las terminales de un transistor bipolar

y si este es NPN o PNP, sin embargo se recomienda que siempre se consulten las hojas

de especificaciones que proporciona el fabricante y que nos indican cmo estn ubicadas

las terminales de emisor colector y base.

En el laboratorio es conveniente comprobar que esta ubicacin es correcta y que el

dispositivo este en buen estado.


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En el caso que no se cuete con la informacin suficiente, mediante algunas mediciones

realizadas en el laboratorio, es posible identificar las terminales de los transistores

bipolares y el tipo de transistor NPN o PNP de que se trate.

2.1) Usar el multmetro en su funcin de hmetro y aplicar la prueba conocida como

prueba de amplificador e identificar las terminales del transistor.

Use un multmetro analgico en su funcin de hmetro. Mida el efecto rectificante entre

las uniones emisor - base y colector base (para el caso de un transistor NPN, cuando se

coloca el positivo de la fuente interna del hmetro en la base (P) y el negativo en

cualquiera de las otras dos terminales deber medirse baja resistencia, al invertir la

polaridad, la resistencia medida deber de ser alta (use la misma escala del multmetro

para la realizacin de estas pruebas). Entre las terminales de colector emisor se

observar alta resistencia sin importar como se coloque la polaridad de las terminales de

las uniones certificantes en el transistor bipolar y el tipo de transistor NPN o PNP. Para

distinguir la terminal del colector de la terminal de emisor ser necesario aplicar la prueba

del amplificador

Habiendo identificado la terminal de base de las otras dos terminales y el tipo de transistor

NPN o PNP la prueba del amplificador consiste en lo siguiente:

Para el caso del NPN, conectar el positivo del hmetro a la terminal que supuestamente

es el colector y el negativo al emisor, la lectura que debe de aparecer en el hmetro es de

alta resistencia, en seguida hacer contacto con el dedo entre colector y la base (esto es

equivalente a colocar entre estas terminales una resistencia de orden de M ohms) y

observar la disminucin de la resistencia medida entre colector emisor, cuando la

terminal que se elige como colector es la correcta esta disminucin en el valor de laresistencia es considerable, si la terminal elegida como colector no es tal, sino la de

emisor al efectuar dicha prueba la disminucin de la resistencia no ser tan importante.

Para estar seguro de cual es cual, deber realizarse ambos casos y comparar las

resistencias medidas.

2.2) otra forma que permite identificar las terminales de este dispositivo es mediante el

uso de un multmetro digital que nos permite medir la beta de transistor. Esto es que

elegimos en el multmetro digital la funcin de medicin de la beta colocamos las

terminales del transistor como creamos que estn correctas y medimos la beta, cuando el

dispositivo est correctamente colocando la beta medida, generalmente es grande (en la

mayora de los casos mayor a 50), cuando no est bien colocados la beta que se mide es

pequea (en la mayora de los casos menores a 20 y en algunos cosos indica circuito

abierto.

2.3) Despus de identificar las terminales de sus transistores bipolares.

Dibujemos en isomtrico en la figura 1 indicando donde est el colector, el emisor y la

base.


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Figura 1 dibujo isomtrico del transistor bipolar indicando la base, el emisor y el colector

en un NPN y en un PNP

Medir la corriente de fuga ICBO y su variacin con la temperatura

Al igual que en los diodos (uniones rectificante) se tuvo le presencia de corrientes de fuga

(generadas por los portadores minoritarios) en los transistores bipolares tambin se

presentan de tal forma si polarizamos inversamente en cualquier per de terminales del

transistor se podrn medir estas corrientes. Segn el par de terminales que elija, la

corriente tendr valores diferentes aunque del mismo orden de magnitud, es importante

recordar que estas corrientes son muy pequeas comparadas con las corrientes de

operacin del dispositivo y que adems para el caso del silicio son muchos menores que

para el germanio. En la expresin matemtica que se usa para la corriente de saturacin

inversa colector base con el emisor abierto en la figura 3 se propone un circuito para

medir esta corriente y observar como varia con la temperatura. Para esta medicin

usaremos el transistor de germanio AC127

Figura 3. Circuito propuesto para medir la corriente ICBO y su variacin con la

temperatura usando el transistor de germanio.

ICBO = ICO = 0.06 a temperatura ambiente

ICBO1 = ICO1 = 0.04 a temperatura mayor que la ambiente

Para aumentar la temperatura acerque un cerillo encendido por cinco

Observar y medir el voltaje de ruptura de la unin base emisor y de la unin colector

base de un transistor bipolar con tecnologa planar.

Actualmente la gran mayora de los transistores bipolares estn construidos con

tecnologa planar, en ellos las regiones del emisor, base y colector presentan diferentes

concentraciones de impurezas y tamaos debido a las caractersticas de construccin que

se tienen en las uniones emisor base y colector - base, el voltaje de ruptura que se

presenta en la unin emisor base es menor que el que se presenta en la unin colector

base, llegndose en la prctica a generalizar diciendo; que la unin emisor base de un

transistor bipolar de silicio se comporta como un diodo zener.

Arme el circuito de la figura 4 y obtenga la curva del diodo emisor base posteriormente

desconecte en emisor, conecte el colector y obtenga la curva del diodo colector base,


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use una seal senoidal con voltaje pico entre 10 y 12V a una frecuencia entre 60Hz y

1KHz.

Figura 4.a circuito propuesto para obtener la curva del diodo emisor base y colector base

de un transistor bipolar.Grafica emisor-base

Figura4.b Curva del diodo emisor-base

Reporte el voltaje al cual rompe la unin emisor base VEB= 1.6 .

Figura 4.c. Curva del diodo colector base.

Figura 4

Obtener las curvas caractersticas de entrada del transistor bipolar en configuracin

emisor comn. Observar su variacin con el voltaje de colector emisor.

Armar el circuito de la figura 5 (observar que este circuito es semejante al de la figura 4,

solo haga los cambios necesarios), el cual permite obtener el comportamiento de la unin

emisor base del transistor bipolar y observar su variacin con el voltaje de colector

emisor.

Figura 5.a Circuito propuesto para obtener el comportamiento del diodo emisor base en

un transistor bipolar y su variacin con el voltaje colector emisor.

Figura 5.b . Curvas caractersticas de entrada del transistor bipolar

Figura 5

Reporte en la tabla 1 los valores medidos de corriente en la base para los diferentes

voltajes de base emisor.

Is (A) medida sobre la curva del diodo

emisor-base IBE (V)medido sobre la curva del diodo

emisor-base cuando VCE=0 v IBE (V)medido sobre la curva del diodo

emisor-base cuando VCE=0.5 v IBE (V)medido sobre la curva del diodo

emisor-base cuando VCE=5.0 v

20 A 0.7 0.77 0.76

100 A 0.7 0.77 0.77

150 A 0.7 0.77 0.76

Tabla 1


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Obtener las curvas caractersticas de salida del transistor bipolar en configuracin de

emisor comn. Observar y reportar su variacin con la temperatura.

Armar el cuito de la figura 6 y obtener una a una las curvas caractersticas de salida del

transistor bipolar emisor comn, para diferentes corrientes en la base.

Reporte los valores medidos de corriente de colector para los valores de voltaje colector

emisor solicitado en la tabla 2, elija los valores adecuados para la corriente de base, tal

que la IB, haga que el transistor bipolar trabaje en la regin de corte, los valores de IB2 y

IB3 lo hagan trabajar en la regin activa directa (de amplificacin) y la corriente IB4 lo

lleve a la regin de saturacin.

CORRIENTE EN LA BASE (A) MEDIR LAS VALORES DE LA CORRIENTE DE

COLECTOR IC (mA) PARA CADA UNO DE LOS VALORES

VCE= 0 V VCE= 2 V VCE= 4 V VCE= 6 V VCE= 8 V VCE=10 V VCE= 12 V

IB1 CORTE= 0.01 0.03 0.03 0.04 0.06 0.10 0.13

IB2 ACTIVA 0.01 0.07 0.09 0.04 0.10 0.11 0.13

IB3 ACTIVA 0.01 0.10 0.09 0.09 0.11 0.13 0.11

IB4 ACTIVA 0.04 0.09 0.09 0.09 0.09 0.10 0.9

Tabla 1.

Fije la corriente de base en el valor de IB3 (regin Activa), acerque un cerillo encendido al

transistor bipolar por 5seg. Y observe que le pasa a la corriente de colector. Digas si

aumento o disminuye la corriente R= Aumenta.

Temperatura ambiente mayor a temperatura ambiente

Reporte en la grfica de abajo la curva caracterstica de salida del transistor bipolar para

la IB3 a temperatura ambiente y a mayor temperatura. Ilustre sobre la misma grafica el

cambio con diferentes colores de tinta.

Figura 7 Curva caracterstica de salida en configuracin de emisor comn para el

transistor bipolar a dos diferentes temperaturas y considerando la corriente en la base

constante.

CUESTIONARIO

Dibuje el diagrama de bandas de un transistor bipolar en el cual la unin emisor base

este polarizada directamente y la unin colector base presente polarizacin cero.

Unin Emisor Base.


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Unin Colector Base.

Determinar el valor de la alfa () para las lecturas que se realizaron en el circuito de la

figura 2

=(+1)/

=(65+1)/65

=1.0153

Escriba la expresin matemtica que se usa para determinar el aumento de la corriente

de fuga en una unin rectificante cuando aumenta la temperatura, hgalo tanto para el

caso del silicio como para el germanio

IS=ID/(e^(V_D/nVT)-1)

n=1 n=2

Silicio Germanio

Defina que otras corrientes de fuga pueden obtenerse entre las terminales de un transistor

bipolar e indique con que literales se conocen.

Una unin PN en inversa bloquea el paso de mayoritarios, pero no de minoritarios.

Proponga un circuito que permita obtener la corriente de fuga de la unin emisor base

con el colector corto circuitado.

De qu orden es el voltaje de ruptura colector emisor en el transistor de silicio BC547?

De segundo orden

A partir de la tabla 2 obtenga las curvas caractersticas de salida del transistor bipolar en

emisor comn.

Proponga el circuito equivalente de parmetros h para el transistor bipolar en emisor

comn y defina cada uno de los parmetros h

hix = hie - la impedancia de entrada del transistor (correspondiente a la resistencia del


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emisor re).

hrx = hre representa la dependencia de la curva ibvbe del transistor en el valor de vce.

Es usualmente un valor muy pequeo y es generalmente despreciado (se considera

cero).

hfx = hfe - la ganancia de corriente del transistor. Este parmetro es generalmente

referido como hfe o como la ganancia de corriente continua (dc) in en las hojas dedatos.

hox = hoe - la impedancia de salida del transistor. Este trmino es usualmente

especificado como una admitancia, debiendo ser invertido para convertirlo a impedancia.

A partir de 1s curvas caractersticas de la pregunta 7 obtenga los parmetros hfe, hoe,

para la grfica que obtuvo con la corriente de IB3 y un VCE = 4V respectivamente

Cuando la corriente en la base es cero, Cunto debe de valer la corriente de colector?

Es cero

Ic=IB

IB=0

IC =0

IC =0

Usando los datos de la tabla 1, obtenga las curvas caractersticas de entrada del

transistor bipolar en emisor comn.

Determine los parmetros hbridos hfe, hre, usando las grficas de la pregunta anterior

para una corriente de base de 40A

hie=Vbe/ib=7/40=175000hre=Vbe/Vce=7/5=1.4

Conclusiones

Ubicamos las terminales de los transitores, sus tipos y como varian sus curvas al

calentarlas o en temperatura ambiente, adems vimos sus variaciones, fue una prctica

sencilla y entretenida

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