INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA

Práctica. 2.0.0.

DIODOS Y TRANSISTORES. Características del Transistor BJT. Cliente: Ingeniería Electrónica. Autor: Ing. Miguel.Angel Mendoza Mendoza. 26 de Agosto del 2015 Practica: 1.0.0


INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA

RESUMEN DE LA PRÁCTICA. Objetivo El BJT fue inventado en 1948 por William Shockley en Bell Labs, y se convirtió en el primer transistor producido en masa. Tener una buena comprensión de la física del BJT es clave para entender su funcionamiento y aplicaciones. En este laboratorio, vamos a explorar cuatro regiones de operación del BJT y determinar su característica valores: ganancia en DC (β) y tensión VA. El transistor a utilizar es el 2N4401 o 2N2222, un dispositivo NPN de propósito general. Se sugiere fuertemente que usted lea y entienda la sección dedicada a la física BJT y el material de clase antes de comenzar este experimento.

Metas. • El estudiante de ingeniería confrontara la caracterización de un dispositivo semiconductor transistor BJT de manera practica a fin de comparar sus resultados con los datos proporcionados por los fabricantes. • Se determinaran las regiones de operación del transistor. • Se medirá la salida de señal del transistor en su región lineal. • Se medirá la salida de señal del transistor en su región de saturación. • Se obtendrán las características de entrada del circuito de emisor común general.

Esquema de trabajo de la práctica Antes de realizar cualquier actividad, tener presente la lista de tareas sugeridas que a continuación se lista. 1. Revisión de la información proporcionada por el fabricante. 2. Preparación de las herramientas de registro para los datos obtenidos (hojas de calculo). 3. Acondicionamiento de los instrumentos y herramientas necesarias para emprender la caracterización. 4. Caracterización de los valores necesarios bajo cambios en la o las variables a controlar, considerando las condiciones de caracterización y el estado de los semiconductores. 5. Caracterización de los semiconductores como parte del proceso de interés o del circuito de aplicación necesario.

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LISTA DE HERRAMIENTAS Y MATERIALES. Herramientas. Elemento

Cantidad

Descripción

Multimetro.

1 Elemento con termopar propio incluido para comparaciones, capacidad de medición en micro volts preferentemente.

Osciloscopio

1 Elemento de visualización de señales eléctricas.

Generador de señal

1 Elemento generador de señal controlable.

Calefactor

1 Cualquier tipo de elemento calefactor controlable o estable en su temperatura.

Protoboard

1 Elemento de prototipado.

Cables y elementos de conexión.

Los necesarios Todos los elementos que el estudiante considere de utilidad para el armado de los circuitos solicitados por la práctica.

El osciloscopio deberá ser tratado con el debido cuidado, al solicitarlo en caseta obtenga dos puntas de señal y sus respectivos cables de alimentación. De ser posible se recomienda al estudiante llevar a la práctica su propio multimetro para hacer uso de dos de estas herramientas simultáneamente, y así, acelerar los procedimientos solicitados.

Materiales. Elemento

Cantidad

Descripción

Transistor NPN 2N3904 o 2N2222

2 Transistor NPN de pequeña señal de propósito general

Transistor NPN 2N3906 o 2N2907

2 Transistor NPN de pequeña señal de propósito general

Resistencias

Las necesarias

Los valores de resistencias utilizados en los circuitos del presente manual.

Capacitores

Los necesarios

Los valores de capacitores utilizados en los circuitos del presente manual.

Para ubicar las resistencias y capacitores específicos consultar los circuitos de las figuras de éste documento.

Antes de comenzar la practica deberán presentarse todos los materiales listados en la sección Materiales de la practica, de ser solicitados los cálculos previos al laboratorio y las hojas de datos proporcionas por el fabricante sin falta, de lo contrario no será permitido al estudiante el uso del laboratorio.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA. • REGIONES DE OPERACIÓN DEL TRANSISTOR. Los transistores BJT se utilizan para amplificar señales, utilizando una pequeña corriente de base para controlar una corriente grande entre el colector y el emisor. Esta amplificación es tan importante que uno de los parámetros más observados en los transistores es la ganancia de corriente DC, β, que es la relación de la corriente de colector a base: IC = β · IB. La terminología para los transistores incluye una gran cantidad de subíndices. En general, los subíndices se refiere a: • C → Collector • E → Emisor • B → Base Por lo tanto, VCE es la tensión colector - emisor; VBE es la tensión base-emisor; y IB es la corriente de base. Una relación que tener en cuenta es que la IC es siempre menor que el IE. De hecho, IE = IC + IB. En este experimento, se medirán las características de entrada y salida de un transistor. los características de entrada son curvas de IB frente VBE en valores constantes de VCE. Estas curvas características se verá como las características del diodo, particularmente si el colector está en cortocircuito a la terminal emisor y la unión union emisor - base es polarizada. Dado que el trazador de curvas no es capaz de extraer la corriente de base a partir de la corriente de emisor, las características de entrada de base común serán medidas de tal manera que IE se represente como una función de VBE. Dado que las características serán medido en condiciones de corriente continua, se especificarán las corrientes y voltajes de corriente continua. Las características de salida, a menudo llamados las características del colector, son curvas de IC frente VCE a valores constantes de IB y tener 3 regiones básicas de funcionamiento del transistor. Estas regiones son el punto de corte, la participación activa, y las regiones saturadas. Si un transistor BJT es para ser utilizado

como un amplificador, por lo general será operado en la región activa, donde la relación entre la corriente de entrada, IB, y la corriente de salida, IC, es casi lineal; es decir, IC = β · IB, donde β es la ganancia. Si el transistor es para ser utilizado en circuitos digitales, que será operado en el saturado y corte, y sólo habrá en la región activa cuando se cambia de un estado a otro. En este experimento: Usted va a medir y trazar las curvas características de entrada y salida para el transistor utilizado en el modo de emisor común y etiquetar las tres regiones de operación. Usted determinará la ganancia de corriente continua, hFE hFE = IC / IB = bF



con VCE a un voltaje constante (1,1)

hFE también se llama bF y es la ganancia de corriente continua. A menudo simplemente escrito como β, los valores nominales y se cotizan en las especificaciones del transistor. β es por lo general en el intervalo de 10 a 500 (con mayor frecuencia cerca de 100) y no es constante, siendo afectada por la temperatura. Usted medirá los cuatro parámetros híbridos (HIJ): La ganancia de corriente a pequeña señal, hfe

hfe = ΔIC / ΔIB ≡ βo



con VCE a un voltaje constante (1,2)

• La resistencia de entrada, hie hie = ΔVBE / ΔIB



con VCE a un voltaje constante (1,3)

• La conductancia de salida, hoe

hoe = ΔIC / ΔVCE



con IB a una corriente constante (1,4)

• La relación de tensión de realimentación. hre

hre = ΔVBE / ΔVCE



con IB a una corriente constante (1,5)

PROCEDIMIENTO. Región lineal. A. Utilice el trazador de curvas para obtener la curva características de salida del transistor NPN. Utilizando Vmax = 10 voltios, Imax = 2mA y Pmax = 0.4W. B. Ajustar las curvas utilizando el generador de funciones o una fuente de corriente continua hasta que se alcance un valor deseado.

C. A partir de las curvas de la pantalla del trazador y los valores solicitados en la Tabla 1, registrar los datos del experimento de IBx, ICx y VBEx en VCE1 y VCE2.

N

IB

0

0.5 uA

1

5 UA

2

10 UA

3

50 uA

4

75 uA

5

100 uA

6

150 uA

7

200 uA

VBE

IC1

IC2

@ VCE =

@ VCE =

2.5 V

2.5 V

Inc. IC

Inc. IB

Inc VBE

HFE @5 V

hfe

Tabla 1.a Medición de las características de salida. D. Entonces calcular los valores correspondientes, se puede calcular ΔIC, ΔIB, ΔVC, hFE, hfe y hoe utilizando la Tabla 1.a. Utilice el control del cursor para ayudar con sus medidas. Nota: Usted tendrá que aumentar Imax y Pmax a medida que aumenta IB a más de 10μA (Imax = 20 mA y Pmáx = 0,4 W) y 100μA (Imax = 200mA y Pmax = 4.0W). E. Invierta los cables emisor y colector. Establezca Vmax = 10 voltios, Imax = 20mA, y Pmáx = 0,4 W. Ajuste hasta que se muestren cinco características. Mida hFE con el transistor funciona en el modo inverso o de inverso activo. Nótese la disminución de os valores de hFE.

Región de saturación. Con Vmax = 2V, Pmáx = 0,4 W y Imax = 20mA, obtener las características de salida del transistor en Modo Activo. El valor de VCE (SAT) es la tensión mínima colector para lo cual es posible definir hFE como estando en la región lineal de funcionamiento; lo que implica hFE será relativamente constante para aumentar la VCE. El valor mínimo de VCE (SAT) no es claramente definido, pero es inferior a 0,5 V. A menudo, este valor es elegido para ser 0,2 V en muchos textos.

Características de entrada Es posible utilizar el trazador de curvas para obtener las características de entrada del BJT operando en la configuración de base común (CB). Se va a medir la característica de entrada CB y la valor de Hib. El valor de hie se puede encontrar desde: hie = hib × (1 + β).



(5.7)

Para que esta medida va a aplicar un barrido de voltajes a las terminales base - emisor y la tensión de colector a través de tensiones positivas.

LISTA DE COMPROBACIÓN DE TAREAS. Utilice para comprobar que se haya concluido con la totalidad de las tareas asignadas para la práctica en cuestión. • Determinar las regiones de operación del transistor. • Medir la salida de señal del transistor en su región lineal. • Medir la salida de señal del transistor en su región de saturación. • Comprobar las características de entrada del circuito de emisor común general

REPORTE DE PRÁCTICA. El reporte de la practica debe incluir las secciones comunes de todo reporte de laboratorio y por lo menos los siguientes aspectos. A. Tablas y gráfica comparativas de comportamiento observado de cada semiconductor caracterizado contra los datos proporcionados por su fabricante. Las tablas deberán indicar metódicamente las condiciones de prueba y el procedimiento seguido para obtener los datos. B. Circuitos y cálculos teóricos correspondientes para cada caso. Junto a una explicación detallada del funcionamiento del circuito. C. Cálculos estadísticos del porcentaje de error y discrepancia observado. D. Análisis de los cuantitativo de los resultados y todos los puntos de interés de la práctica. E. Conclusiones individuales de cada miembro participante del equipo que la desarrollo.

F.

Bibliografía de los contenidos consultados y las fuentes citadas.

G. Marco teórico enfocado a la justificación de los fenómenos observados.