TRANSISTORES BJT DIFERENTES CONFIGURACIONES 2N2222 Y 2N3904 CALCULO DE PUNTO Q
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En esta práctica, los estudiantes implementaron diferentes configuraciones de circuitos con transistores usando los transistores 2N2222 y 2N3904. En la primera parte, usaron una configuración de polarización fija con cada transistor y realizaron cálculos y mediciones. En la segunda parte, usaron una configuración de polarización por emisor y movieron el punto de operación. En la tercera parte, usaron una configuración de polarización por divisor de tensión con ambos transistores y realizaron mediciones.
TRANSISTORES BJT DIFERENTES CONFIGURACIONES 2N2222 Y 2N3904 CALCULO DE PUNTO Q
- 1. SEP DGEST INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SNEST MATAMOROS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Diodos y transistores Practica 4,5 y 6: “configuraciones de transistores” Alumno(s): Núm. de control: Mario Arturo Cruz Colunga 11260077 Miguel Angel Fierros Peña 11260081 Hermenegildo Martínez de la Cruz 11260095 Jorge Alejandro Reyes Torres 11260108 Rubén Saldivar Rodríguez 11260117 Profesor:Ing. Carlos Octavio De la Cerda H. MATAMOROS, TAM. 15 de noviembre de 2013
- 2. Fierros peña Miguel Angel Email:miguelnov09@hotmail.com Cruz Colunga Mario Arturo Email:mario_crcolunga@hotmail.com Reyes Torres Jorge Alejandro Email:Jorge_199315@live.com.mx Martínez De La Cruz Hermenegildo Email:golden_electronics80@hotmail.com Saldivar RodríguezRubén Email:saldivar-53@hotmail.com Resumen Introducción En esta práctica fueron implementadosdiferentes configuraciones de polarizaciones de circuitos con transistores en este caso fueron el 2N2222 Y el 2N3903 para el primer circuito fue utilizado la configuración de polarización fija con esta configuración se realizaron una serie de cálculos y mediciones con el Primer transistor (2N2222) ,después se utilizó el 2do(2N390) transistor con la misma configuración y se realizaron casi los mismos cálculos, eso en la primera parte de la práctica .Ya par la segunda parte de la práctica se utilizó el circuito polarizado por emisor pero ahora en lugar de utilizar el 2N2222 se utilizó 2N3904 primero, en esta se menciona rediseñar el circuito para mover el punto de operación y también realizarlo con el otro modelo de transistor (2N2222).Ya para la tercera parte de la práctica se usó el circuito polarizado por divisor de tensión se utilizó ambos transistores haciendo los cálculos y mediciones con uno y cambiándolo para realizar las mediciones correspondientes La polarización por medio de divisor de voltaje proporciona buena estabilidad del punto Q con un voltaje de fuente de polaridad única. Es el circuito de polarización más común. La polarización del emisor en general proporciona una buena estabilidad de punto Q pero requiere voltajes de alimentación tanto positivos como negativos. La estabilidad de la configuración de circuito de polarización de la base es deficiente porque su punto Q varía ampliamente con Bcd. Palabras Clave Configuración, operación, estabilidad, Objetivos: · Observar la estabilidad de las diferentes configuraciones con dos diferentes modelos de transistores. Características Generales Material y Equipo: · Multímetro digital · 2 resistores de 2.2 kΩ a ½ W · 1 resistor de 27kΩ a ½ W · 1 resistor de510 Ωa ½ W · 2 transistores (2N3904 y 2N2222) · 1resistor de470kΩ · 1resistor de4.7kΩ · 1resistor de47Ω ·1resistor de1kΩ ·1resistor de1.5kΩ · 1Fuente de alimentación deregulada 1
- 3. Desarrollo Practica 4 Desarrollo Practica 5. I. Circuito de polarización fija 2. Circuito polarizado en emisor. Arme el circuito que aparece en la figura 1 Arme el siguiente circuito Figura2.Y cumpla con los requerimientos de práctica. Antes de iniciar la práctica determine las ganancias (β) de cada transistor. 1. Coloque el transistor 2N2222 en el circuito y obtenga la corriente de base IB midiendo el voltaje que cae en la resistencia de base (470KΩ) y dividiéndola entre el valor medido de la resistencia de base. Mida el voltaje entre las terminales de colector y emisor del transistor y utilice la formula IC = (VCC– VCE)/RC para determinar la corriente real del colector. 1. 2. 3. 2. 3. En base a estas dos corrientes determine la ganancia en corriente directa (βdc) de cada transistor. Βdc T1 (2N2222): ______________ Βdc T2 (2N3904): ______________ Utilice el transistor 2N2222 y dibuje la recta de carga del circuito. 4. 5. 4. Determine el punto de operación Q. 5. Rediseñe el circuito de la figura 1 de tal forma que el punto Q de operación quede colocado en el centro de la recta de carga. Dibuje el diagrama del circuito diseñado. 6. 7. Indique la potencia que se encuentra disipando el transistor y la potencia que está proporcionando la fuente de tensión VCC. 7. 6. Mida los siguientes valores: VB, VC, VE, IC, IB, VCE, VCB. Indique donde se encuentra el punto de operación. Rediseñe el circuito para mover el punto de operación a los siguientesvalores: VCE = 8V y IC = 3mA aproximadamente. ¿Qué cambios tuvo querealizar en el circuito? Mida los siguientes valores en el circuito rediseñado: VB, VC, VE, IC, IB, VCE, VCB. Ahora utilice el transistor 2N2222 y realice las mismas mediciones. ¿Elcircuito es estable o no? Explique sus conclusiones. Incluya el diagrama esquemático del nuevo circuito. Indique cual es la potencia que está disipando cada elemento en el Circuito. Tome las siguientes mediciones y compare y explique las diferencias conlos valores calculados: VB, VC, IC, IB, VCE, VCB. Repita el procedimiento anterior con el transistor 2N3904. 8. 1
- 4. Desarrollo Practica 6. Ensamble el circuito de la figura 3. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Determine el voltaje VCE del circuito. Realice las mediciones necesarias ycompare los resultados obtenidos, explique sus diferencias. Determine la potencia que está disipando el transistor e indique si está operando en forma segura. (para esto tiene que encontrar la potenciamáxima a disipar por el transistor en cuestión en su hoja característica). Dibuje la recta de carga del circuito e indique cual es la corriente desaturación ICsaty el voltaje de corte. Aumente el valor de IC hasta el valor calculado como la corriente desaturación e indique que elementos del circuito se tuvieron que cambiarpara lograrlo. Mida los voltajes VBE:____, VCE:_____ y el voltaje en VCB:_____. ¿En qué región se encuentra operando el transistor? Disminuya el valor de IC hasta que el voltaje en VCE sea igual al voltaje decorte. Mida los voltajes VBE: ____, VCE: _____ y el voltaje en VCB: _____. ¿En qué región se encuentra operando el transistor? Arme nuevamente el circuito de la figura 3, y mida los valores de IC y VCEpara el punto Q de operación. Cambie el transistor por el 2N2222 y mida nuevamente los valores de IC yVCE para el nuevo punto Q de operación. ¿Existe mucha diferencia entreambas mediciones? Anote sus conclusiones. 2
- 5. Practica 4 Cálculos y mediciones para obtener la Beta del transistor 2n2222A (1) Valor real de R de 470 Ω 465kΩ VRB=14.3V Sustituyendo valores en Ec. (1) (2) Valor real de RC de 2.7k Ω 2.7k Ω Voltaje colector-emisor VCE=0.24v Voltaje de la fuente VCC =15v Sustituyendo valores en Ec. (2) β= (3) Sustituyendo datos en Ec. (3) β= =179.17 Cálculos y mediciones para obtener la Beta del transistor 2n3904 Caída de voltaje en RB VRB=14.19V Sustituyendo valores en Ec. (1) Valor real de RC de 2.7k Ω 2.7k Ω Voltaje colector-emisor VCE=1.33v Voltaje de la fuente VCC =14.96v Sustituyendo valores en Ec. (2) Sustituyendo datos en Ec. (3) β= =165.43 Cálculos para graficar recta de carga del transistor 2n2222A Grafica1 VCEcorte= 15.01v ICSat= (4) Sustituyendo valores en Ec. (4) ICSat= =5.59mA 3
- 6. (8) Rediseño del circuito para mover el punto de operación Sustituyendo datos en Ec. (8) Ubicación del centro de la recta de carga ICm=2.79mA VCEm=7.55v IB= RB= (5) Sustituyendo valores en Ec. (5) RB= (9) Sustituyendo valores en Ec. (9) Diagrama del circuito rediseñado Figura 4 Administrador (2013-11-15): f igura 4 Comparando los datos medidos y calculados de la tabla 1. Se observan algunas diferencias pero la mayoría son causadas por el uso de datos aproximados o ideales en los cálculos. VDD 15V R1 927.4kΩ R2 2.7kΩ Q1 2N2222A Tabla 1 Dato VB VC IC IB VCE VCB medido 0.64V 7.41V 2.89mA 15uA 7.41V -6.31V Calculado 0.7V 7.548V 2.76mA 15.42uA 7.548V -6.848V Potencia disipada por el transistor PT=VCEIC=(7.55)(2.79mA) = 21.06mW Potencia suministrada por la fuente PT =VF(IR+IC) =15.1c(15.57mA+2.79mA) PT =42.36mW Mediciones realizadas de VB, VC, IC, IB, VCE, yVCB. VB=0.64 VC=7.41 VCE=7.41 VCB=6.31 IC=2.89 IB=15µA Cálculos realizados de VB, VC, IC, IB, VCE, y VCB. (6) Sustituyendo datos en la Ec. (6) (7) Usando la Ec. (7) 4
- 7. Potencia disipada por el transistor PT=VCEIC=(7.48)(2.77mA) = 20.72mW Potencia suministrada por la fuente PT =VF(IR+IC) =(14.96)(16.74mA+2.77mA) PT =41.69mW Cálculos para graficar recta de carga del transistor 2n3904 figura. Grafica 2 VCEcorte= 14.96v Sustituyendo valores en Ec. (4) ICSat= =5.54mA Rediseño del circuito para mover el punto de operación Ubicación del centro de la recta de carga ICm=2.77mA VCEm=7.48v IB= Mediciones realizadas de VB, VC, IC, IB, VCE, y VCB. VB=0.68V VC=7.17V VCE=7.18V VCB=7.64V IC=2.9mA IB=17µA Cálculos realizados de VB, VC, IC, IB, VCE, y VCB. Sustituyendo datos en la Ec. (6) Usando la Ec. (7) Sustituyendo valores en Ec. (5) RB= Diagrama del circuito rediseñado Figura 5 Sustituyendo datos en Ec. (8) f igura 5 VDD 15V R1 852kΩ R2 2.7kΩ Sustituyendo valores en Ec. (9) Q1 2N2222A Comparando los datos medidos y calculados de la tabla 2. Se observan algunas diferencias pero la mayoría son causadas por el uso de datos aproximados o ideales en los cálculos ya que los valores reales y medidos en las resistencias son 5
- 8. un tanto diferentes. Tabla 2 Dato VB VC IC IB VCE VCB medido 0.68V 7.17V 2.9mA 17uA 7.18V -7.64V Calculado 0.7V 7.521V 2.77mA 16.74uA 7.521V -6.821V Practica 5 Valores medidos de VB, VC, VE, IC, IB, VCE, VCB. VCC=20.2v 6
- 9. VB=6.2v VC=10.5v VE=6.6v VCE=3.9v VCB=2.3v IC=4.32mA IB=25µA VB=4.8v VC=12.4v VE=5.1V VCE=7.4v VCB=4.6v IC=3.35mA IB=20µA Cálculos para indicar el punto Q de la Grafica3. (10) Mediciones realizadas en el circuito reemplazando el transistor por el 2N2222A VCC=20.2v VB=5.2v VC=11.8v VE=5.6V VCE=6.2v VCB=3.7v IC=3.74mA IB=19µA Dando valores a Ec. (10). Cálculos realizados para mover el punto de operación a y 3mA aproximadamente. RC= 2.2k RE=1.49k β =165.93 RB=505k VF=20.2v IC = IB = RB = –RE (1+β) = = – 1.49k(1+165.93) RB = 748k Se realizó el cambio de la resistencia de base para mover el punto de operación figura 6. Valores medidos en el circuito rediseñado VCC=20v 7
- 10. f igura 6 VDD 15V R1 748kΩ R2 2.7kΩ Q1 2N2222A R3 1.5kΩ El circuito no es estable se notaron variaciones en las mediciones al hacer el reemplazo. VF=20v 2 PRB = IB RB =( PRB = 287.06 2 2 ) (748k) 2 PRc = Ic Rc =(3.24mA) (2.2k) PRc=23.09mW 2 2 PRE = (IB + Ic) RE=(3.24mA+ 19.59 µA) (1.49k) PRE= 15.83mW PQ= VCEIC= 8v (3.24mA) PQ= 25.92mW 8
- 11. El transistor Opera de forma segura debido a que la hoja de datos indica un máximo de 625mW a o 25 C lo cual se encuentra demasiado lejos. Cálculos para determinar la recta de carga con los puntos de saturación y corteGrafica 7. Icsat= 5.625mA VCEcorte=Vcc=18V Cálculos para mover el punto de operación a saturación RB=0.1βRE =0.1(165.43)(1k)= 16.54K VBB=ICQ ( ) VRL = 5.625mA( ) 0.7v VBB =4.33V Practica 6 R1=RB = (16.54K)( = 21.72k Cálculos para determinar el VCE R2= RB ( ) = (16.54K) ( 68.8k IB = VBB= Se realizó el cambio de R1 yR2. Mediciones en region de saturación: VBE=0.7v VCE=0.15v Vcb=0.55v = 1.66664v RB = Cálculos para mover el punto de operación a corte R1=RB =16.54k IC=βIB=(165.43)(5.66µA)= 936.55 VCE= Vcc –Ic(RC+RE)= 18-(936.55 VCE=15V )(3.2k) Mediciones VCE= 14.7v R1 = 46.5k R2 = 4.87k Los dos valores fueron casi exactos, las diferencias pudieron ser provocadas por valores de resistencias. Cálculos de potencia que disipa el transistor PTRAN =VCEIC =(936.55 )(15V)= 14.05mW R2 =RB Mediciones en región de corte VBE=0v VCE=17.9v Vcb=17.6v Mediciones del circuito original figura 3 2N3904 Vf=18V VCE=14.7V IC=1.04mA 2N22 22 Vf=17 .9V VCE=1 4.6V IC=1.0 8mA En las dos medic iones casi son exact ament 9
- 12. e iguales los dos valores, este circuitoes muy estable. 10
- 13. Conclusiones Se Pudo comprobar como dependía los circuitos de la ganancia de corriente, el primero de en los fue el circuito de polarización fija que es la configuración más dependiente de los cambios de beta, después realizamos de la configuración de emisor el cual llevaba una resistencia en emisor, que gracias a ello el circuito no dependía de la corriente de base sino de la corriente de emisor, y deesta manera el circuito ya no dependía de beta, también se hizo un problema de diseño con la configuración de divisor de tensión en el cual se modificaba las resistencias y de esta manera alcanzar el punto más estable del circuito. 11