CARACTERISTICAS DEL TRANSISTOR BJT - UDB

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Electrónica I. Guía 5 1 / 13 Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Electrónica I. Lugar de ejecución: Fundamentos Generales o Automatización (Ed.3). CARACTERISTICAS DEL TRANSISTOR BJT Verificar el funcionamiento de un transistor de unión bipolar en corriente directa. Graficar las curvas características de entrada y de ganancia de corriente (β) de un transistor bipolar. Graficar la familia de curvas características de salida a partir de valores medidos. Identificar en la familia de curvas características de salida las zonas de funcionamiento del transistor bipolar (activa, saturación y corte). Familiarizarse con el simulador electrónico Qucs. 1 Unidad PU-2000 con PU-2200. 1 Placa DEGEM EB-111. 1 Osciloscopio digital PicoScope 2204A. 1 Computadora con el software PicoScope 6 1 Cable USB tipo A/B 1 Par de puntas para osciloscopio. 1 Par de puntas para multímetro. 1 Cable conector de 2 mm 1 Transistor BJT: 2N3439 Transistor de unión bipolar La invención del transistor fue el inicio de una revolución que aún continua. Todos los sistemas y dispositivos electrónicos complejos actuales son el resultado de los primeros desarrollos de transistores semiconductores. Uno de estos tipos básicos de transistores es el transistor de unión bipolar (BJT, bipolar junction transistor). Introducción teórica Materiales y equipo Objetivos específicos Objetivos generales

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Electrónica I. Guía 5 1 / 13

Facultad: Ingeniería.

Escuela: Electrónica.

Asignatura: Electrónica I.

Lugar de ejecución: Fundamentos Generales o

Automatización (Ed.3).

CARACTERISTICAS DEL TRANSISTOR BJT

Verificar el funcionamiento de un transistor de unión bipolar en corriente directa.

Graficar las curvas características de entrada y de ganancia de corriente (β) de un transistor bipolar.

Graficar la familia de curvas características de salida a partir de valores medidos.

Identificar en la familia de curvas características de salida las zonas de funcionamiento del transistor

bipolar (activa, saturación y corte).

Familiarizarse con el simulador electrónico Qucs.

1 Unidad PU-2000 con PU-2200.

1 Placa DEGEM EB-111.

1 Osciloscopio digital PicoScope 2204A.

1 Computadora con el software PicoScope 6

1 Cable USB tipo A/B

1 Par de puntas para osciloscopio.

1 Par de puntas para multímetro.

1 Cable conector de 2 mm

1 Transistor BJT: 2N3439

Transistor de unión bipolar

La invención del transistor fue el inicio de una revolución que aún continua. Todos los sistemas y dispositivos

electrónicos complejos actuales son el resultado de los primeros desarrollos de transistores semiconductores. Uno

de estos tipos básicos de transistores es el transistor de unión bipolar (BJT, bipolar junction transistor).

Introducción teórica

Materiales y equipo

Objetivos específicos

Objetivos generales

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Electrónica I. Guía 5 2 / 13

El BJT, se construye con tres regiones semiconductoras separadas por dos uniones pn, como lo muestra la

estructura plana epitaxial1 de la Figura 1. Las tres regiones se llaman emisor, base y colector. En la Figura 2 se

muestran representaciones físicas de los dos tipos de BJT. Un tipo se compone de dos regiones n separadas por

una región p (npn) y el otro tipo consta de dos regiones p separadas por una región n (pnp). El término bipolar se

refiere al uso tanto de huecos como de electrones como portadores de corriente en la estructura de transistor.

Figura 1. Estructura plana epitaxial básica

(a) npn (b) pnp

Figura 2. Tipos de BJT, estructura y símbolo

El transistor bipolar es un dispositivo amplificador de corrientes, pudiendo hacerse una comparación con una

llave de agua en la cual, por medio de la llave se regula el flujo, así también, regulando la corriente en la juntura

base-emisor, puede limitarse la corriente que existe entre los terminales de colector y emisor. Es muy importante

considerar las condiciones de corte y saturación de un transistor, ya que puede distorsionar las señales que

amplifica obteniéndose resultados no deseados en amplificadores de señal.

PARÁMETRO ELÉCTRICO RELEVANTE CONDICIÓN DEL BJT

Corriente de colector = 0 A. Corte.

Voltaje entre colector y emisor = 0 V. Saturación.

Ninguna de las anteriores. Conducción – región activa.

Tabla 1. Características principales de las zonas de operación del BJT.

La ganancia de corriente, o "beta" (β), del transistor conectado en configuración de emisor común, puede ser

calculada a partir de los valores medidos de las corrientes de base y de colector:

1Se refiere a la deposición de una sobrecapa cristalina en un sustrato cristalino, donde hay registro entre la sobrecapa y el

sustrato.

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Ganancia de corriente = β =IC

IB Ecuación 1

En transistores ideales, β es un valor constante, por ejemplo 125. En transistores reales, el valor de β

cambia al cambiar la corriente de base. En la característica de salida del transistor puede apreciarse la relación

entre la corriente de base, la corriente de colector y la tensión colector-emisor. Esta relación es mostrada mediante

una familia de curvas características.

La Figura 3, ilustra la operación básica de un BJT como dispositivo de conmutación. En la parte a), el transistor

está en la región de corte porque la unión base-emisor no está polarizada en directa. En esta condición, existe,

idealmente, una abertura entre el colector y el emisor, como lo indica el equivalente de interruptor. En la parte b),

el transistor está en la región de saturación porque la unión base-emisor y la unión base-colector están polarizadas

en directa y la corriente en la base llega a ser suficientemente grande para provocar que la corriente en el colector

alcance su valor de saturación. En esta condición, existe, idealmente, un corto entre el colector y el emisor, como

lo indica el equivalente de interruptor. En realidad, normalmente ocurre una pequeña caída de voltaje a través del

transistor de unos cuantos décimos de volt, la cual es el voltaje de saturación, VCE (sat).

(a) Corte – Interruptor abierto. (b) Saturación – Interruptor cerrado. (c) Aplicación de operación (a) y (b)

Figura 3. Acción de conmutación de un transistor.

Figura 4. Tipos de encapsulados de transistores.

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Simulador electrónico Qucs.

Qucs (Quite Universal Circuit Simulator) es un programa gratuito, multiplataforma y de código abierto,

capaz de configurar un circuito con una interfaz gráfica de usuario (GUI), la cual es muy avanzada y

permite la creación de esquemas y la presentación de resultados de la simulación en diversos tipos de

diagramas. Análisis DC, AC, de parámetro-S, de ruido y transitorio son posibles de realizar, además

están disponibles ecuaciones matemáticas y el uso de una jerarquía sub-circuito (con sub-circuitos

parametrizados). Qucs también puede importar modelos SPICE existentes para su uso en sus

simulaciones.

Figura 5. Logo del simulador electrónico Qucs.

PARTE I: Prueba de transistores bipolares con el multímetro (escala de diodos). 1. Con el encapsulado viendo los terminales de frente enumérelos a su conveniencia, obteniendo así los

terminales 1, 2 y 3.

2. Haciendo uso del tester, llene la Tabla 2. Conecte el terminal del tester en el terminal del transistor que se

indica, anotando la lectura del mismo en la última columna.

Terminal 1 Terminal 2 Terminal 3 Valor medido

+ -

+ -

+ -

- +

- +

- +

Tabla 2. Medición de comprobación de estado de un BJT.

3. Qué tipo de transistor se ha medido pnp o npn: ________.

4. Según las mediciones efectuadas, determine la función de los terminales. (Base, colector, emisor)

Terminal 1 Terminal 2 Terminal 3

Tabla 3. Determinación de los terminales de un BJT.

PARTE II. Características de Entrada del Transistor Bipolar. 5. Introduzca la tarjeta EB-111 por las guías del PU-2000 hasta el conector.

6. Busque el circuito de la Figura 6, que contiene a Q1. Está ubicado en la esquina superior derecha de la tarjeta,

coloque el amperímetro y la punta de osciloscopio en los puntos que se indican (recuerde ajustar el acople en

DC).

Procedimiento

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Electrónica I. Guía 5 5 / 13 7. Anote el código del transistor de la tarjeta EB111, que está ubicado en el circuito de la Figura 6:___________.

Figura 6. Medición de la corriente de base (IB) y voltaje base a emisor (VBE).

8. Ajuste RV1 para obtener los valores de corriente de base que se indican en la Tabla 4, para cada valor de

corriente de base mida también la tensión de base a emisor (Canal A) y anótelos en la misma Tabla.

IB(uA)-Nominal 5-10 16-25 30-50 120-200

IB(uA)-Real

VBE(V)

Tabla 4. Corriente de base (IB) y voltaje base a emisor (VBE). PARTE III. Ganancia de corriente.

9. Ajuste el valor de PS-1 a 0.0 V.

10. Arme el circuito que se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Medición de ganancia de corriente.

11. Ajuste a RV1 para obtener una corriente de base de 10µA.

12. Ajuste el valor de PS-1 a 10.0 V (Canal B).

13. Mida el valor del voltaje entre el colector y el emisor VCE (Canal A). Anótelo en la Tabla 5.

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Electrónica I. Guía 5 6 / 13

14. Varíe la corriente de base con el potenciómetro RV1 como se indica en la Tabla 5, anote los valores de VCE

(canal A), también anote los valores de PS-1 (canal B) y calcule con la Ecuación 2 la corriente IC; luego divida

el valor de la corriente de colector entre la corriente de base para completar la Tabla 5.

NOTA: R5=470Ω

𝐼𝐶 =𝑉𝑅5

𝑅5=

𝑉𝑝𝑠−1 − 𝑉𝐶𝐸

470Ω Ecuación 2.

Ib (uA) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

VCE (V)

VPS-1 (V)

Ic (mA)

𝛃 =𝐈𝐂

𝐈𝐁

Tabla 5. Medición de ganancia de corriente con Vce variable.

15. Por último calcule el del transistor.

16. Ajuste VCE a 1.0 V (canal A).

NOTA: Debe monitorear continuamente este valor para asegurarse que se mantiene constante en lo que falta

del procedimiento.

17. Arme el circuito que se muestra en la Figura 8. Dado que solo cuenta con un amperímetro, en el

procedimiento primero ajuste Ic y luego traslade el amperímetro a lado de la fuente de 5V.

Figura 8. Medición de la ganancia de corriente con Vce constante.

18. Ajuste RV1 hasta que Ic sea 1.0 mA

19. Con cuidado de colocar la escala de voltaje en el multímetro mida el valor del voltaje en R4 (22 kΩ).

Anótelo en Tabla 6.

20. Con cuidado de colocar la escala de corriente en el multímetro mida el valor de la IB. Anótelo en Tabla 6.

21. Por último calcule el del transistor.

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Ic (mA) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

VR4 (V)

Ib (A)

𝛃 =𝐈𝐂

𝐈𝐁

Tabla 6. Medición de ganancia de corriente.

22. Repita los pasos 18 al 21 para los diferentes valores de Ic, tenga cuidado de cambiar las escalas del

multímetro cuando mida corriente o voltaje.

23. Usando los datos obtenidos anteriormente complete la Tabla 6.

24. Apague la fuente del PU2000 y retire la tarjeta EB111.

PARTE IV. Simule en Qucs las características de Salida del Transistor Bipolar.

25. Encienda la computadora, al cargar sistema operativo presione la combinación de teclas: Ctrl + Alt + t.

26. En la ventana del terminal escriba la palabra qucs y presione Enter. Se desplegará la ventana del simulador.

27. Para crear un nuevo proyecto de un clic en la pestaña vertical Proyectos y luego en el botón Nuevo,

colóquele un nombre y presione Crear. (Ver Figura 9).

Figura 9. Crear proyecto nuevo.

28. Para agregar los elementos del circuito de clic en la pestaña vertical Componentes y luego en categorías

seleccione componentes sueltos (lumped components) tal como se muestra en la Figura 10.

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Electrónica I. Guía 5 8 / 13

Figura 10. Insertar componentes del circuito.

29. De un clic en el componente Tierra para seleccionarlo y luego arrástrelo a la ventana del esquemático (en

algunas versiones no debe arrastrarlo sino solo dar clic sobre este para seleccionarlo y luego dar clic en la

posición de la ventana del esquemático donde quiere colocarlo. Para liberar el componente es necesario

presionar la tecla ESC).

30. En la categoría Fuentes (sources) seleccione Fuente de tensión DC y colóquela en el esquemático y luego

coloque una Fuente de intensidad DC.

31. Ahora de clic en la pestaña vertical Libraries, luego en la opción Manage Libraries2, se abrirá la ventana de

herramientas de librería, en Selección de Componente elija Transistors y de estos de clic en 2N2222A (ver

Figura 11), luego arrástrelo hacia la ventana o de clic en el botón copiar al portapapeles y luego de clic

derecho en la ventana del esquemático y en el menú que aparece de clic en Pegar y cierre la ventana de

herramientas de librería.

Figura 11. Insertar transistor 2N2222A.

2Es necesario insertar el componente desde el administrador debido a que algunas versiones de Qucs (entre las cuales se

encuentra la instalada en el laboratorio) ocurre un error en la simulación para ciertos componentes, los cuales no se

inicializan correctamente si se arrastran directamente desde la librería.

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32. Para rotar los componentes utilice el botón Rotar que tiene la siguiente forma y para unir los

componentes de clic en el botón Cable . El circuito debe quedar como el mostrado en la Figura 12.

Figura 12. Circuito a simular sin configurar.

33. De clic en el botón Insertar ecuación con la siguiente forma y coloque la Ecuación junto al circuito.

34. De clic derecho en la Ecuación que colocó y en el menú que aparece seleccione Editar Propiedades.

Figura 13. Editar propiedades del componente.

35. Coloque las propiedades que se muestran en la Figura 14 y presione el botón Aceptar.

Figura 14. Asignación de ecuación.

36. Edite las propiedades de la Fuente de intensidad DC y de la Fuente de tensión DC como se muestra en la

Figura 15 (a) y (b) respectivamente.

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Electrónica I. Guía 5 10 / 13

Figura 15. Editar propiedades a) Fuente de intensidad DC y b) Fuente de tensión DC

37. De la pestaña vertical Componentes seleccione en la categoría de Simulaciones (simulations) un

componente llamado Simulación dc y agréguelo al esquemático.

38. De la misma pestaña y categoría agregue al esquemático 2 componentes de Parámetro de barrido.

39. Edite las propiedades de estos dos componentes como se muestra en la Figura 16.

Figura 16. Configuración de los elementos Parámetro de barrido.

40. Proceda a guardar el esquemático dando clic en el menú Archivo y luego en Guardar como.

41. Simule el circuito presionando el botón Simular que tiene la siguiente forma o presione la tecla F2, se

abrirá otra pestaña con la extensión .dlp, regrese a la pestaña del esquemático y agregue junto al circuito un

componente Cartesiano que se encuentra en Componentes >> Diagramas.

42. En la ventana que se abre de doble clic izquierdo sobre Ic para que aparezca en las opciones que se quieren

graficar (Ver Figura 17) y luego de clic en el botón Aceptar.

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Electrónica I. Guía 5 11 / 13

Figura 17. Editar las propiedades del diagrama.

43. Aparecerán en el gráfico las curvas características del transistor, seleccione la herramienta Poner marcas en

el gráfico y de clic sobre algunas de las curvas para ver la información de estas.

Figura 18. Gráficas obtenidas en la simulación.

44. Guarde la simulación y apague la computadora.

45. Deje en orden y limpio su puesto de trabajo.

1. Usando los datos de la Tabla 4, grafique la relación IB vrs. VBE. Realice el grafico para un valor inicial de IB de

0 A.

Análisis de Resultados

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Electrónica I. Guía 5 12 / 13

2. Usando los datos de la Tabla 5, grafique la relación IC vrs. IB. Realice el grafico para un valor inicial de IB de 0

A.

3. Usando los datos de la Tabla 6, grafique la relación vrs. IC, cuando VCE = 1.0V. Realice el grafico para un

valor inicial de IC de 0 mA.

4. En la gráfica obtenida en el punto 43 de esta guía identifique las zonas de funcionamiento del transistor

bipolar.

5. Para cada una de las gráficas de la familia de curvas del punto anterior calcule el valor de en la zona lineal.

1) Diseñe e implemente un circuito que encienda una carga de 110 Vrms (foco con su respectiva roseta o motor)

por medio de la conmutación de un transistor (operación de corte y/o saturación) 3 y un relé electromecánico

(Ver Figura 3c) cuando tenga en su entrada un voltaje de 3.3Vdc. La implementación que realice además de

ser funcional debe ofrecer seguridad tanto para el circuito como para el usuario. Todos los elementos deben

de ser conseguidos por el grupo en el laboratorio solo tendrá acceso a la toma de corriente, tester y a fuente

de voltaje para obtener 3.3Vdc.

Floyd, T. “Dispositivos Electrónicos”, octava edición. PEARSON 2008.

Boylestad, R-Nashelsky, L. “Electrónica: Teoría de Circuitos y dispositivos electrónicos”, décima edición.

PRENTICE HALL 2009.

DEGEM SYSTEMS “Curso EB-111 Fundamentos de los semiconductores I”, Primera edición. I.T.S Inter

Training Systems Ltd 1993.

Savant, C. - Roden M. - Carpenter G. “Diseño electrónico: Circuitos y sistemas”, tercera edición. PRENTICE

HALL 2000.

Departamento de Electricidad y Electrónica de I.E.S María Moliner, España (s.f). “Transistores”. Consultado

en enero de 2019 en:

http://www.ele-mariamoliner.dyndns.org/~jsalgado/analogica/7transistores.pdf

3 Revisar tema 4.15, página 206 de Electrónica teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, 10m Edición.

Bibliografía

Investigación Complementaria

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Electrónica I. Guía 5 13 / 13

EVALUACIÓN

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCIMIENTO

20

Conocimiento

deficiente de los

fundamentos teóricos

aplicados en la práctica

Conocimiento y

explicación incompleta de

los fundamentos teóricos

aplicados en la práctica

Conocimiento completo y

explicación clara de los

fundamentos teóricos

aplicados en la práctica

APLICACIÓN

DEL

CONOCIMIENTO

30

Completó menos de la

mitad de los pasos de la

guía

Completó más de la mitad

de los pasos de la guía,

pero no finalizó

Completó todos los pasos de

la guía

30

No completó la

investigación

complementaria

Necesitó la ayuda del

docente de laboratorio

para completar la

investigación

complementaria

Realizó correctamente la

investigación

complementaria

ACTITUD

10

Es un observador

pasivo

Participa ocasionalmente

o constantemente pero sin

coordinarse con su

compañero

Participa propositiva e

integralmente en toda la

práctica

10

Es ordenado, pero no

hace uso adecuado de

los recursos

Hace uso adecuado de los

recursos pero es

desordenado

Hace un manejo responsable

de los recursos conforme a

las pautas de seguridad e

higiene

TOTAL 100

Hoja de cotejo:

Docente:

Máquina No:

GL:

a

5 1

Guía 5: Características del Transistor BJT

Alumno/a:

Alumno:

Mesa No:

Máquina No:

Docente:

Docente:

Fecha: GL: