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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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