TERCER LABORATORIO DE ELECTRONICA
- 1. Electrónica I –Laboratorio #3 1 Estudio de las características de un transistor Resumen: Por medio de la siguiente práctica podremos analizar los funcionamientos y las distintas características II. PRACTICA 4 INCISOS A,B,C,D. de los transistores, así como la clasificación entre ellos y sus más marcadas diferencias. A. Reconocimiento del transistor BJT. Index Terms— Palabras Claves. Transistor, NPN, PNP, corte, saturación, activa, MOSFET, BJT. En primer instante utilizamos el transistor 2N3904 su descripción física se comentara a continuación. Es un dispositivo semiconductor I. INTRODUCCION. físicamente es negro y posee tres terminales, según uso general se encuentra catalogado para En esta práctica analizaremos toda la teoría de amplificar pequeñas señales. Este es un transistor los transistores, como los BJT y los MOSFET. NPN, se constato de manera práctica en el Aquí se lograra ver la diferencia de ambos laboratorio con ayuda del multimetro. transistores debido a que los BJT son Colocamos el multimetro en la función de transistores de unión bipolar y los MOSFET son diodos, luego colocamos el negativo en la base y transistores de efecto de campo. colector, nos dimos cuenta que marcaba una tensión de alrededor de 0.6. Así mismo ocurrió Primero se realizara el estudio de las cuando el negativo lo colocamos en el emisor y características de cada uno de los transistores el positivo en la base. Por ultimo colocamos el utilizados en las practicas, Por ejemplo, sus negativo en la base y el positivo primero en el terminales, si son NPN o PNP, etc. También se colector y luego en el emisor y no marco nada. tratara muy específicamente en los BJT sus tres Según lo anterior podemos darnos cuenta según modos de operación, corte, activo y saturación. la teoría de diodos que de base a colector o a En donde el corte las uniones Emisor-base, emisor se encuentra en polarización directa. Y al Colector-base se encuentran polarizadas contrario están en inversa. inversamente. En modo activo se usa principalmente como amplificador de señales. El reconocimiento de las tres terminales son En modo de saturación ambas uniones se características dadas por el fabricante así que encuentran polarizadas inversamente y las tenemos que remitirnos a la hoja del fabricante corrientes de colector y emisor son máximas. obtenida del sitio Web: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/fairch En la última práctica se realizara el análisis de ild/2N3904.pdf. En esta colocan al transistor los transistores de efecto de campo MOSFET. boca arriba, es decir la forma circular arriba y lo Aquí se entablaran las diferencias que existen miran con las terminales de frentes colocadas a entre estos y los BJT. Al igual que los anteriores la izquierda de la siguiente manera también se le reconocerá sus terminales: Fuente, drenaje, compuerta y sustrato o cuerpo. Por último se analizaran las distintas regiones de operación de los MOSFET que son la región de corte, la de tríodo y la de saturación.
- 2. Electrónica I –Laboratorio #3 2 Figura 1. Transistor 2N3904 Los datos mas importantes de la hoja del Las hoja del fabricante nos proporciona su fabricante son los voltajes entre cada una de las máxima corriente que son 200 mA, 40 V en la terminales así como la máxima corriente que tensión colector- emisor, de colector –base 60 V soporta. y de emisor-base 6 V. Tabla 2. Características del 2N3906 Tabla 1. Características del 2N3904 B. Polarización con una fuente. Para el transistor 2N3906 podemos describir sus características físicas como similares a las del En la primera práctica de polarización con una 2N3904. La única diferencia es que es un sola fuente se trabajo con el transistor 2N3904, transistor PNP, lo constatamos con el método aquí. Primero se procedió a realizar el siguiente utilizado en el anterior transistor, probando de montaje con la ayuda de nuestras herramientas qué manera marcaba la prueba de diodo básicas. polarización directa. En este encontramos que marca una tensión cercana a los 0.6 V cuando el negativo del multimetro se coloca en la base y el positivo primero en el colector y después en el emisor. El saber cuales eran las terminales se obtuvo por medio de hoja del fabricante con la siguiente imagen que es un instructiva para localizar las terminales, aunque por lo general siempre se localiza la base del transistor en el medio, es decir, la que se encuentra justo entra las otras terminales. Figura 3. Transistor 2N3904 Después de haber realizado el montaje se dispone de la toma de valores con ayuda del multimetro para esto se tiene en cuenta todas las recomendaciones pertinentes. Se hallaron los siguientes valores. Vth V. R1 V. Re V. B-E V. C.-B. V. C.-E (V) (V) V. Rc (V) (V) (mV) (V) (V) Figura 2. Transistor 2N3906 0,5 11,98 0,003 0,0195 515 11,47 11,97
- 3. Electrónica I –Laboratorio #3 3 1,002 10,99 0,5345 0,3498 644,3 10,45 11,1 7,2E-05 0,012305 0,012826 0,959385 170,8316 1,506 10,49 1,259 0,8527 663,1 9,234 9,904 8,85E-05 0,014115 0,01463 0,964823 159,4915 2,014 9,984 2 1,425 673,1 7,975 8,66 9,66E-05 0,01606 0,016381 0,980375 166,2526 2,535 9,461 2,759 1,946 680,4 6,696 7,386 0,000208 0,01763 0,017722 0,994796 84,59693 3,012 8,87 3,502 2,427 687,4 5,445 6,14 3,513 8,647 4,203 2,921 693,7 4,261 4,964 Tabla 4. Continuación Polarización una fuente 2N3904 4,003 7,972 4,922 3,463 701,2 3,038 3,756 De las anteriores dos tablas podemos identificar 4,5 7,47 5,646 3,95 707,7 1,83 2,543 las regiones de corte, activa y saturación del 5,033 6,932 6,424 4,423 715,8 0,5154 1,232 transistor. De la región de corte vemos que 5,501 6,469 7,052 4,785 735,8 0,3650 0,1509 pertenece a los primeros rangos del voltaje Thevenin cuando este es cercano a 0 ya que no Tabla 3. Polarización una fuente 2N3904 esta circulando corriente por el transistor y produce que Vcb no supere los 0.4 para estar en región activa. Entre 0.5V y 1V vemos que la Como la próxima tabla requería el calculo de las diferencia de tensión entre el colector y la base corrientes se calculo cada una de ellas, excepto van superando los 0.4 V. Por los últimos valores la de base, dividiendo la tensión obtenida en los vemos que el transistor entra en región de resistores de colector y emisor entre sus saturación ya que la tensión del colector con respectivos valores de resistencia, I=V/R. respecto a la base es menor que 0.5 V debido a Después de obtener las corrientes de cada una de un aumento de la corriente de base y colector. las terminales del transistor se prosiguió a hallar Esto produce el forzamiento de un β y que la α y β que son los la ganancia de corriente de tensión entre colector y emisor se mantenga base y emisor común respectivamente. Estos cercana a 0.2 V. valores se hallaron con la formula α=Ic/Ie; y β= Ic/Ib. Recordemos que el α debe ser cercano a 1 A continuación se expondrán los valores cuando se encuentre en activa ya que la obtenidos para el transistor 2N3906 que es un idealización de un transistor es que la corriente transistor PNP. La descripción del este montaje del colector sea igual al de emisor, por eso es es prácticamente igual al de 2N3904, lo único que esta ganancia oscila entra valores de 0.98 a que varia en el montaje es el manejo de la fuente 0.998. Por otro lado se en los resultados de β se de DC con tensiones negativas debido a que el obtiene rangos cercanos al 150, aunque esto transistor es PNP y para que pueda estar en varia según la temperatura y la fabricación del región activa la tensión maneja da entre colector transistor. En la resolución de ejercicios se y base debe ser menor a 0.4 V. estima un β igual a 100. Estas dos ganancias se encuentran relacionadas con la siguiente formula α= β/ (β+1). Ib (A) Ic (A) Ie (A) α β 0 7,5E-06 7,22E-05 0,103846 - 8,57E-06 0,001336 0,001296 1,031411 155,9764 1,86E-05 0,003148 0,003158 0,996628 169,5851 2,91E-05 0,005 0,005278 0,947368 171,5737 3,61E-05 0,006898 0,007207 0,957002 191,0665 5,13E-05 0,008755 0,008989 0,97398 170,6628 6,23E-05 0,010508 0,010819 0,971251 168,5921
- 4. Electrónica I –Laboratorio #3 4 Figura 4. Montaje 2N3906. menor a la de utilizada en la polarización anterior. Vth V. R1 V. Rc V. Re V. B-E V. C.-B. V. C.-E (V) (V) (V) (V) (mV) (V) (V) -0,51 -11,56 -0,001 -6E-05 -507 -11,56 -12,06 -1,05 -11 -0,773 -0,388 -561,8 -10,43 -11,1 - 1,512 -10,53 -1,234 -0,831 -679,6 -9,33 -9,99 - 2,005 -10,04 -1,95 -1,311 -690,4 -8,111 -8,811 - 2,514 -9,544 -2,702 -1,815 -698,5 -6,846 -7,553 -3,05 -9,007 -3,48 -2,342 -706,4 -5,529 -6,245 - 3,514 -8,537 -4,154 -2,797 -713,4 -4,392 -5,114 - - 4,016 -8,03 -4,883 -3,393 720,17 -3,152 -3,88 - 4,509 -7,534 -5,598 -3,779 -728,1 -1,941 -2,675 Figura 5. Dos fuentes 2N3904. - 5,513 -7,022 -6,332 -4,277 -737,1 -0,7011 -1,438 Primero se trabajo para la realización del anterior - 5,553 -6,525 -7,035 -4,761 -752,5 0,5074 -244,7 montaje. En este montaje se utilizo en 2N3904, la fuente ubicada en el resistor de colector Vcc Tabla 5. Polarización una fuente 2N3906 estaba fija con una tensión de 12V , y Vee se variaba de -15V a 0V con una escala de -1 V. VEE V. B-E V. C-B V. C-E (V) V. Rb (V) V.Rc (V) Re (V) (mV) (V) (V) Ib (A) Ic (A) Ie (A) α β -15 -3,604 16,11 10,48 800 -6E-01 0,196 0 1,78E-03 0 - - -13,96 -3 15,41 10,14 792 -0,581 0,205 5E-06 1,37E-03 1,39E-03 0,9856 2,74E+02 -12,93 -2,424 14,69 9,742 784,9 -0,551 0,22 1E-05 2,90E-03 2,98E-03 0,9732 2,56E+02 -11,85 -1,843 13,9 9,275 774,9 -0,383 0,387 2E-05 4,76E-03 4,80E-03 0,9935 2,44E+02 -10,94 -1,404 13,12 8,796 763,5 0,624 1,3 3E-05 6,54E-03 0,0066 0,9953 2,35E+02 -9,93 -1,173 11,86 8,006 750,7 1,56 2,305 4E-05 8,49E-03 8,52E-03 0,9955 2,15E+02 -8,933 -1,01 10,56 7,178 736,9 2,584 3,325 5E-05 1,00E-02 1,01E-02 0,9953 2,00E+02 -8,007 -0,877 9,374 6,396 728,6 3,614 4,362 6E-05 0,0122 0,0126 0,9714 1,92E+02 -7,026 -0,7423 8,12 5,56 719,6 4,749 5,493 8E-05 0,014 0,014 0,9999 1,75E+02 -6,026 -0,6165 6,833 4,694 712,4 5,896 6,618 0,0001 0,0158 0,0158 0,9993 1,58E+02 -4,983 -0,491 5,504 3,784 704,5 7,1 7,83 0,0001 0,0176 0,0176 0,9974 1,45E+02 -3,95 -0,373 4,177 2,936 699,9 8,29 9,011 Tabla 6. Continuación Polarización una fuente 2N3906 -2,945 -0,2597 2,893 1,992 693,4 9,46 10,15 -2,027 -0,157 1,72 1,183 686,2 10,51 11,22 -1,049 -0,0471 0,4965 0,344 662,7 11,62 12,3 C. Polarización con dos fuentes. 0 0 12 0 0 12,08 12,08 Este caso el circuito se alimenta con dos voltajes Tabla 7. Polarización dos fuentes 2N3904 DC uno en el resistor de colector y otro en el resistor de emisor, para el caso de esta polariza Luego se hallaron las corrientes de las terminales la resistencia Thevenin de la base debe ser dividiendo la tensión de las resistencias de las terminales entres sus respectivas resistencias. Y
- 5. Electrónica I –Laboratorio #3 5 por ultimo se hallaron α y β con las formulas ya 8,012 -0,9005 -9,28 -6,29 -0,7895 -3,594 -4,335 dadas. 8,987 -1,07 -10,45 -7,092 -0,795 -2,62 -3,431 10,019 -1,305 -11,572 -7,881 -0,7995 -1,711 -2,528 Ib Ic Ie α β 11,012 -1,543 -12,672 -8,632 0,8045 -0,8624 -1,66 -0,0005 0,0403 0,0388 1,03762 74,87305771 12,01 -1,82 -13,761 -9,362 -0,8094 -0,657 -0,8751 -0,0004 0,0385 0,0376 1,02581 86,03916667 13,015 -2,48 -14,712 -10,012 -0,8132 0,5441 -0,2692 -0,0004 0,0367 0,0361 1,01784 101,5088696 13,981 -2,693 -14,97 -10,424 -0,8149 0,5874 -0,2273 -0,0003 0,0348 0,0344 1,01159 126,3293543 15,017 -3,32 -15,91 -10,87 -0,8182 0,6019 -0,2163 -0,0002 0,0328 0,0326 1,00682 156,5242165 -0,0002 0,0297 0,0297 0,99994 169,3563512 Tabla 9. Polarización dos fuentes 2N3904 -0,0002 0,0264 0,0266 0,99303 175,1287129 -0,0001 0,0234 0,0237 0,98928 179,0359179 Ib Ic Ie α β -0,0001 0,0203 0,0206 0,98579 183,2278055 0 0 0 - - -9E-05 0,0171 0,0174 0,98259 185,6492295 4E-05 0,001 0,0011 0,98566 29,08472803 -7E-05 0,0138 0,014 0,98182 187,7637475 2E-05 0,0043 0,0043 0,9921 270,2227488 -6E-05 0,0104 0,0109 0,96031 187,5730563 3E-05 0,0076 0,0076 0,99439 252,6723277 -4E-05 0,0072 0,0074 0,98031 186,5912591 4E-05 0,0107 0,011 0,97989 239,2777593 -2E-05 0,0043 0,0044 0,9814 183,5031847 6E-05 0,014 0,0141 0,99401 217,6285329 -7E-06 0,0012 0,0013 0,97424 176,5684713 8E-05 0,0171 0,0172 0,99572 201,7951648 0 0,03 0 - - 0,0001 0,0202 0,0203 0,99228 186,684156 0,0001 0,0232 0,0233 0,99587 172,6152138 Tabla 8. Continuación Polarización dos fuentes 2N3904 0,0002 0,0261 0,0263 0,99461 163,5864486 0,0002 0,0289 0,0292 0,99113 148,5295019 0,0002 0,0317 0,032 0,99092 137,5605962 Se identifican de igual manera que en la 0,0003 0,0344 0,0347 0,99217 126,6465659 polarización de una sola fuente las regiones que se encuentra el transistor. En análisis y 0,0004 0,0368 0,0371 0,99187 99,36532258 resultados ampliaremos las diferencias entra 0,0004 0,0374 0,0386 0,96937 93,11084293 estos dos tipos de polarización. 0,0005 0,0398 0,0403 0,98797 80,2688253 A continuación se indicaran los valores del Tabla 10. Continuación Polarización dos fuentes análisis de polarización con dos fuentes con el 2N3906 2N3906. VEE V. B-E V. C-B V. C-E D. Análisis en AC (V) V. Rb (V) V.Rc (V) Re (V) (mV) (V) (V) 0 0 0 0 0 -12 -12 En este punto analizamos el siguiente montaje 1,05 -0,239 -0,415 -0,2842 -0,6943 -11,5 -12,245 que incluye la alimentación con una tensión AC. 2,07 -0,1055 -1,702 -1,158 -0,7325 -10,345 -11,096 3,04 -0,2002 -3,02 -2,05 -0,7496 -9,175 -9,925 3,93 -0,3008 -4,297 -2,96 -0,7609 -7,978 -8,735 5,032 -0,4302 -5,59 -3,796 -0,7697 -6,8 -7,59 5,963 -0,5688 -6,852 -4,645 -0,7769 -5,7 -6,478 7,021 -0,7243 -8,072 -5,491 -0,7787 -0,4636 -5,417
- 6. Electrónica I –Laboratorio #3 6 pero a su será mas eficiente debido a que podemos tener una ganancia mas amplia. Otra diferencia radica en una mayor Rth en la polarización de dos fuentes para una mayor estabilidad, las otras resistencias se dejan a criterio para que el transistor trabaje en la región que el diseñador desee. Podemos decir que el resistor de colector debe ser grande para que el transistor trabaje en región activa y no halla algún tipo de problema en la tensión entre el receptor y la base. Por otro lado el resistor Figura 6. Regulador de tensión ubicado en el emisor, o la retroalimentación negativa cuando se trabaja el emisor a tierra, es Se procedió a montar el circuito de la figura, decir, emisor común, debe ser pequeña utilizando un transistor 2N3904, un potenciómetro comparado con los resistencias de colector y de 1kΩ ajustado a 400Ω para Rc, una resistencia base. de 270Ω para Re y un potenciómetro de 10kΩ ajustado a 6.7kΩ para Rb. Para la señal de entrada Para el análisis AC se debe tener en cuenta que se ajusto el generador de señales, una onda la función senoidal con una tensión pico -pico de sinusoidal con alguna frecuencia cualquiera en el 2V aplicada en la rama de la base debe ser orden de los kHz, un voltaje pico-pico de 2V y una amplificada por el circuito. Para esto se alimenta señal DC de 4V. La salida mostrada debe tomarse el circuito con una tensión en DC por la rama del en el colector. Es necesario introducir una señal colector para que se obtenga una ganancia y DC, para poder tener una corriente de base, debido lograr una señal con más nivel de tensión. Para a que en una onda seno el nivel DC es 0, así se esto también se tiene que aumentar el nivel de polariza el transistor. offset del generador de señales para obtener el resultado requerido. IV. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES V. REFERENCIAS Este laboratorio nos permitió constatar toda la teoría base para circuitos que incluyen . transistores. Como de manera de inicio vimos el SEDRA, Adel; SMITH, Kenneth. reconocimiento de este dispositivo, nuestra Circuitos Microelectrónicos. 5ª Ed. McGraw familiarización con este para esto debimos HIll. Mexico 2006. identificar previamente sus terminales saber si Julio A. Maldonado, Nadime I. era PNP o NPN, y además consultar la hoja del Rodríguez. Colaboración de Ing. Mauricio fabricante. Como un paso más avanzado Pardo. Manual de guías de Laboratorio. trabajamos en lo que respecta a las diversas Electrónica I.. Universidad del Norte. maneras de polarizar un transistor para esta Malvino, Albert. Zbar, Paul. Miller, práctica utilizamos dos, la primera que era la Michael A. Practicas de electrónica. 7ª Edición. polarización con una fuente y la otra con dos fuentes. Para incursionar mas sobre cuales son . sus diferencia podemos nombrar el bajo costo y la facilidad de polarizar con una fuente asi como debemos tener en cuenta para esta polarización que la tensión en la base debe ser mucho mayor que la tensión manejada entra base y emisor, mientras la de dos fuente requiera mas inversión