Prctica #4: Polarizacin de TransistoresBipolares

Galvis B. Juan1

Prctica #4: Polarizacin de Transistores Bipolares, Electrnica I, Ing. K. Puerto1

Resumen Los transistores son los dispositivos semiconductores que hacen posible la microelectrnica, su descubrimiento da el comienzo a la era de los dispositivos electrnicos compactos y portables, En el presente informe se describe de manera detallada el desarrollo del laboratorio nmero cuatro de la materia Electrnica I, se realiza la actividad con el fin de comprender el funcionamiento bsico del transistor NPN y poder identificar cada una de sus terminales, como tambin implementar circuitos con estabilidad del punto Q, en el centro de la recta de carga del transistor.

Abstract Transistors are semiconductor devices that enable microelectronics, their discovery gives the start to the era of compact and portable electronic devices This report describes in detail the development of the laboratory number four in the Electronics field I, activity performed in order to understand the basic operation of the NPN transistor and to identify each of its terminals, as implement circuits with Q point stability, in the center of the load line of transistor.

I. INTRODUCCIN

Basando el desarrollo de la prctica nmero cuatro en el conocimiento de la teora de circuitos microelectrnicos se implementan circuitos en configuracin de polarizacin fija y de polarizacin por divisor de voltaje, se identifican las implicaciones que tiene la variacin de la ganancia de corriente del transistor () , datos resultantes de las mediciones y las simulaciones se presentan ordenados en tablas, se comparan con los valores obtenidos por medio del anlisis terico de los circuitos, tambin se presentan algunos procesos realizados al efectuar operaciones de diseo y para calcular valores requeridos para el desarrollode la prctica.

II. OBJETIVOS1. Evaluar e interpretar caractersticas fundamentales de transistores BJT.

2. Analizar un transistor bipolar, respecto de la medicin de sus terminales.

3. Verificar la polarizacin y Zonas de trabajo del transistorBJT.

1 1160459, e-mail: jergb@hotmail.com

4. Medir el punto Q de operacin del transistor.

5. Observar el comportamiento del transistor en las zonas de corte y saturacin.6. Polarizar un transistor BJT NPN para ubicar su punto de operacin en la regin activa, utilizando los circuitos de polarizacin fija y divisor de voltaje.

7. Comprobar experimentalmente el nivel de estabilidad del punto de operacin Q de un transistor BJT NPN debido a los cambios de temperatura y los parmetros internos del dispositivo.6. Identificar bajo qu condiciones es importante utilizar cada uno de los diferentes rectificadores.

III. MARCO TERICO

El Transistor de unin bipolar (BJT Bipolar Junction Transistor), es uno de los principales dispositivos semiconductores empleados en la amplificacin y conmutacin.

Cada una de las uniones de un BJT puede estar polarizada en directa o en inversa. La combinacin de estas dos polarizaciones para cada una de las uniones conduce a cuatro regiones o modos de funcionamiento en continua.

La regin activa, es la zona de funcionamiento ms comn del BJT. Casi todos los amplificadores de seal lineales, como los amplificadores operacionales, tienen sus BJTs polarizados en esta regin, ya que es en la que se obtiene mayor ganancia de seal y menor distorsin.Un conmutador cerrado tiene poco o ningn voltaje entre sus bornes an cuando fluya una corriente elevada. Este comportamiento corresponde al funcionamiento del BJT en la regin de saturacin. En un circuito lgico, se denomina a esto nivel lgico cero o bajo.El BJT trabajando en el modo de corte equivale a un circuito abierto. En los circuitos digitales esto representa el nivel lgico uno o alto.La regin activa-inversa se utiliza sobre todo en circuitos de lgica digital, como la lgica TTL (transistor-transistor-logic), en la que la ganancia de seal no es un objetivo. En este caso,el emisor y el colector han intercambiado sus papeles y

podramos pensar que el funcionamiento es idntico. Sin embargo, las caractersticas elctricas del dispositivo se ven modificadas puesto que el dopaje del colector es mucho ms pequeo que el del emisor. [1]En la Fig. 1, se muestra la configuracin que segn el Datasheet del Q2N2222, debe tenerse en cuenta para la conexin de sus terminales.

Fig. 1. Configuracin de base, emisor y colector del Q2N2222.

IV. MONTAJE EXPERIMENTALLa ejecucin de la prctica requiere utilizar los componentes listados a continuacin:

Resistencias de 100, 1k, 6.8k, 8.2k, 36k, 56k.2n3904, 2n3906, Tip 41, Tip 42.3 Transistores 2n2222.2 Potencimetro de 100K para montaje en protoboards.

El orden que se tiene en cuenta es el siguiente:

1. Medir el transistor con el tester en escala de diodo.

2. Utilizando el Multmetro determinar el de cada uno de loselementos.

3. Mediante el manual tcnico consultar la asignacin de terminales y comprobar con lo obtenido en forma prctica e indicar las caractersticas ms importantes de cada uno.

4. Implementar el circuito de la Fig. 2. Realizar una tabla en la que se indiquen los valores de voltaje en la Base, el Colector, el Emisor y las resistencias.

Fig. 2. Diagrama para comprobacin de las zonas de trabajo del BJT.

5. A partir de los valores de la Tabla I, determinar el estado o zona en que est trabajando el transistor.

6. Para todos los casos en que el transistor trabaja en la zona activa, determinar el valor de la relacin .

7. Implementar el circuito de la Fig. 3.

Fig. 3. Circuito de polarizacin fija.

8. Medir los voltajes Si Q no se encuentra en el punto medio de la recta de carga variar la resistencia .9. Determinar el del transistor a partir de la corriente decolector y la corriente de base.

10. Cambiar el transistor por otro de la misma referencia, medir nuevamente los voltajes en el circuito y determinar el .

11. Describir el cambio en los parmetros internos del transistor debido al aumento en la temperatura.

la base y el emisor, tambin que la polaridad de la base indica el tipo de transistor.El de estos componentes tambin puede determinarse calculando la relacin entre la corriente de colector y lacorriente de base, esto es:

La Tabla I, presenta los datos obtenidos de diferentes mediciones realizadas sobre el circuito de la Fig. 2, para el cual se observa la unin PN de base-emisor polarizada directamente, y la unin PN de base-colector polarizada inversamente.

12. Implemente el circuito de la Fig. 4 y repita los puntos 8, 9 y 10.

Fig. 4. Circuito de polarizacin por divisin de voltaje.

13. Indicar las ventajas y desventajas que se tienen al implementar las configuraciones de la Fig. 3 y la Fig. 4.

14. Describir el comportamiento de cada configuracin debido a la variacin en la temperatura.

15. Realizar un cuadro de datos y compare los resultados prcticos con los tericos y los obtenidos en la simulacin.

V. RESULTADOSLos valores de los transistores medidos son:Para el transistor PNP 2N3906 es de 106.Para el transistor NPN, ST2N3904 es de 182.Para los transistores NPN, 2N2222 es de 261 y 285.

Segn las mediciones realizadas con el multmetro sobre las terminales del transistor se puede constatar que la medicin que presenta un voltaje mayor corresponde a la realizada entre

TABLA IVOLTAJES Y ZONAS DE TRABAJO DEL BJTZona

004.9840.005Corte

0.8480.4154.1090.546Activa

3.2531.3051.680.685Activa

4.8122.360.1650.718Saturacin

4.8583.3520.1170.724Saturacin

4.8764.3490.990.726Saturacin

4.8875.3490.890.726Saturacin

4.8946.3510.820.728Saturacin

4.897.3530.0760.73Saturacin

94.9028.3540.0710.731Saturacin

104.9069.3650.0680.733Saturacin

Se definen las zonas de funcionamiento del transistor teniendo en cuenta que el voltaje de activacin del transistor es de 0.7 V, y el voltaje de saturacin es 0.2 V, la apreciacin adems est condicionada a los errores en la medicin, dado que parmetros necesarios para el anlisis del circuito se miden condicionados por una incertidumbre grande, entre estos el valor de .

A continuacin se calcula , teniendo en cuenta las relacin entre y para los voltajes de base 1 V y 2 V.

Para

Para

Para el circuito de polarizacin fija presentado en la Fig. 3, trabajando con se obtienen a partir de mediciones los siguientes valores:

En el momento de realizar las mediciones se aprecia que aumenta la temperatura sobre y que no se encuentra

en el punto medio de la recta de carga, el valor de deseado es 6 V, por esto se realiza un diseo para determinar un valor de que permita la estabilidad del punto Q sobre el punto medio de la recta de carga utilizando el valorde medido para el transistor.

Se aplican leyes voltaje de Kirchhoff, se tiene:

Cuando ; Se tieneSe halla el valor de :

Al obtener el valor de se monta el circuito de la Fig. 5 utilizando un potencimetro de 100k, y se realizan las mediciones correspondientes, los valores obtenidos se presentan a continuacin:

Luego puede calcularse de:

calculado es 30 unidades menor que el medido.

Fig. 5. Circuito de polarizacin fija con .

Si se cambia el transistor en el circuito de la Fig. 3 por uno cuyo medido es de 261, de las mediciones efectuadas se obtienen los siguientes resultados:

Al calcular , se tiene:

Para el circuito de la Fig. 4, de polarizacin por divisor de voltaje, trabajando con un .

Se presenta de nuevo la situacin de que , luego deben usarse dos resistencias que permitan estabilidad en elpunto Q, para esto se trabaja con la condicin de estabilidad:

Cuando

Ahora se puede hallar :

Recurriendo a la expresin que relaciona las resistencias con( )

Se reemplaza en :

Utilizando la funcin SHIFT+SOLVE de la calculadoraCASIO fx-570ES PLUS se determina el valor de :

Teniendo los valores de y se implementa el circuito de la Fig. 6 y se realizan las mediciones correspondientes.

Cambiando el transistor por uno de =261, se obtiene lossiguientes valores:

La configuracin de polarizacin por divisor de voltaje permite mayor estabilidad ante las variaciones de los valores de , en comparacin a la de polarizacin fija, en la que constantemente estn variando los valores de los voltajes y no presenta estabilidad frente a la variacin de .

Fig. 6. Circuito de polarizacin por divisin de voltaje modificado.

El circuito ms estable respecto a las variaciones en la temperatura es el de polarizacin por divisin de voltaje.

En la Tabla II se presenta una comparacin de los valores obtenidos tericamente, en las simulaciones y en la prctica para el circuito de polarizacin fija, en la Tabla III, se presenta la comparacin para el circuito de polarizacin por divisin de voltaje.

Los valores correspondientes a la simulacin se determinan realizando mediciones diferenciales de voltaje, en PSpice se ubica el valor por medio de Toggle Cursor.

TABLA II COMPARACIN DE DATOS

Voltaje\MtodoTerico(V)Simulacin(V)Practico(V)Voltaje\MtodoTerico(V)Simulacin(V)Practico(V)6.045581.41121.7632TABLA III COMPARACIN DE DATOS

VI. CONCLUSIONESLa configuracin de polarizacin por divisor de voltaje ofrece una buena estabilidad del punto Q, respecto a la variacin de .

Cuando se realizan mediciones del de un transistor se debe trabajar el valor cuya incertidumbre sea menor y si es posible comprobarlo analticamente, pues de este valor depende todo el anlisis realizado al transistor.

La correlacin de los valores obtenidos en las mediciones, los anlisis y las simulaciones indica que se puede trabajar con los transistores amplificadores que incluyan transistores Q2N2222 y que los valores obtenidos en la prctica sern confiables, respecto a los definidos en los paramentos de diseo.

REFERENCIAS [1] http://bit.ly/1wgkHIHIng. K. Puerto, PracticaNo_4.