INFORME DE LABORATORIO 3 CARACTERISTICAS DE LOS TRANSISTORES BJT
GEOVANNY RONALDO VARGAS RINCON DANIEL ARTURO AVELLA CANTOR GABRIEL CHACON VARGAS
ING. MARIA LUISA PINTO
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD SECCIONAL DUITAMA ESCUELA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA METROLOGÍA ELÉCTRICA DUITAMA – BOYACÁ 2011
Tabla de contenido 1
2
3
MEDICION DE β ...................................................................................................................... 3
1.1
RESUMEN ........................... ................................................... ......................... ................................................... ......................................... ................ 3
1.2
SOLUCION DE TALLER .................................................... .......................... ................................................... ................................................. ........................ 4
1.3
DESCRIPCION DE LA PRACTICA .................................................... .......................... ................................................... .................................... ........... 6
1.4
CIRCUITOS UTILIZADOS ................................................. ........................ ................................................... .................................................. ........................ 6
1.5
TABLAS DE DATOS .................................................... .......................... ................................................... .................................................... ........................... .. 6
1.6
GRAFICAS DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS OBTENIDAS............................ OBTENIDAS............................................... ................... 7
1.7
ANALISIS DE RESULTADOS ................................................. ....................... ................................................... ............................................. .................... 7
1.8
OBSERVACIONES................................. ........................... ................................................. ......................... ........................ 8
1.9
CONCLUCIONES ........................... .................................................. ......................... ................................................... ................................. ....... 8
1.10
SIMULACIONES ................................................ ....................... .................................................... ........................... .................................... ......................... ........... 9
CARACTERISTICAS DEL AMPLIFICADOR EC POLARIZADO POR DIVISOR DE TENSION ................ 9 2.1
RESUMEN ........................... ................................................... ......................... ................................................... ......................................... ................ 9
2.2
DESCRIPCION DE LA PRACTICA .................................................... .......................... ................................................... .................................. ......... 10
2.3
CIRCUITOS UTILIZADOS ................................................. ........................ ................................................... ................................................ ...................... 10
2.4
TABLAS DE DATOS .................................................... .......................... ................................................... .................................................... ........................... 10
2.5
GRAFICAS DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS OBTENIDAS................... OBTENIDAS............................................. .......................... 12
2.6
ANALISIS DE RESULTADOS ................................................. ....................... ................................................... ........................................... .................. 13
2.7
OBSERVACIONES................................. ........................... ............................................... ......................... ...................... 13
2.8
CONCLUCIONES ........................... .................................................. ......................... ................................................... ............................... ..... 13
2.9
SIMULACIONES ................................................ ....................... .................................................... ........................... .................................. ......................... ......... 14
EFECTO DE UN AMPLIFICADOR EC SIN CONDENSADOR DE PASO .......................................... ........................ .................. 14 3.1
RESUMEN ........................... ................................................... ......................... ................................................... ....................................... .............. 14
3.2
SOLUCION DE TALLER .................................................... .......................... ................................................... ............................................... ...................... 14
3.3
DESCRIPCION DE LA PRACTICA .................................................... .......................... ................................................... .................................. ......... 15
3.4
CIRCUITOS UTILIZADOS ................................................. ........................ ................................................... ................................................ ...................... 15
3.5
TABLAS DE DATOS .................................................... .......................... ................................................... .................................................... ........................... 15
3.6
GRAFICAS DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS OBTENIDAS................... OBTENIDAS............................................. .......................... 16
3.7
ANALISIS DE RESULTADOS ................................................. ....................... ................................................... ........................................... .................. 16
3.8
OBSERVACIONES................................. ........................... ............................................... ......................... ...................... 16
3.9
CONCLUCIONES ........................... .................................................. ......................... ................................................... ............................... ..... 16 2
4
CONTROL DE MOTOR DC CON PUENTE H ................................................... ......................... .................................................... .......................... 17
CARACTERISTICAS DE LOS TRANSITORES BJT: CONMUTACION Y AMPLIFICACION
1
1.1
MEDICION DE
β
RESUMEN
El transistor de union bipolar, o BJT por sus siglas en ingles, se fabrica basicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio Silicio o Arseniuro de galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP. En forma equivalente equivalente los transistores bjt se pueden entender entender como un Fuente de corriente (salida) controlada por corriente (entrada). Ganancia de corriente. Terminales: Base, Emisor y Colector.
3
1.2
SOLUCION DE TALLER
a) ¿cual es la caracteristica que hace que el montaje EC sea mas utilizado que el BC? En la polarizacion EC La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. El emisor se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuracion se tiene ganancia tanto de tension como de corriente y alta impedancia de entrada. En la BC La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuracion se tiene ganancia solo de tension, La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno. uno. Por tanto para efectos de aplificacion la mas usada es la conexion Ec, ya que se requieren tensiones o corrientes de entrada bajos sobre la base para obtenerlos a la salida tantas veces mas grandes como lo defina la ganancia. Otro aspecto importante es el efecto amplificador de tesion CA que posee la polarizacion EC.
b) ¿En que consiste la accion ampli ficadora de el transistor? Un transistor funciona como una valvula que requiere un pequeño esfuerzo al abrirla para producir una gran cantidad de flujo atravez de ella, dicho de otra manea una pequeña corriente de base produce una gran corriente de colector, la corriente tiene una diferencia de potencial asociada tanto entrada como en la salida. c) ¿Cual es la region activa de el transistor? La region activa de el transistor se define a travez de la curva de Ic con respecto a Vec, y distingue tres regiones, la zona de corte donde la curva tiene un ascenso, la zona de ruptura al final donde la tension Vce es mayor a 40v y la zona de funcionamiento que es la parte horizontal de la curva donde los cambios de tension en el colector colector no influyen en la corriente de el colector, situada entre 1V – 40V. d) ¿cual es lafinalidad de la recta de carga? Representa el efecto de carga de Ic y Vce y contiene todos los puntos de trabajo del circuito. e) ¿que datos son necesarios para trazar la recta de carga?
4
Dado el comportamiento lineal podemos obtener la curva con solo dos puntos, uno se halla cuando fijamos un corto entre colector y emisor de manera que Vce = 0 e Ic sera entonces Ic=Vcc/Rc es decir la corrriente maxima o de saturacion, el otro punto se obtiene haciendo Ic=0, lo que significa que eliminamos el transistor quedando Vcc = Vce, el cual se conoce comom tension de corte. f)
¿como se determina el punto de trabajo de el transistor?
El punto de trabajo es un punto que denuestra la sensibilidad de el Vec a los cambios en la ganacia y se ubica en la zona activa y pertenece a la recta de carga, de manera que se define a partir de valores de Ic y Vec.
g) ¿Es o no indispensable el condensador de acople? Dada la naturaleza de la impedancia capacitiva el comportamiento de el condensador depende de la frecuencia, a frecuencias bajas la impedancia es lo suficientemente alta o infinita como para evitar el paso de la corriente de manera que se comporta como un interruptor abierto, a frecuencias altas la impedancia es muy baja de manera que hay libre paso a la corriente equivalente a un interruptor cerrado, de manera que el condesador es indispensable en un circuito para el que se quiera un comportamiento distinto en funcion de la frecuencia.
h) ¿que es un cuadripolo? Un cuadripolo es una red de dos puertos tambien conocida como una caja negra, generalmente se le asocia una impedancia y una corriente de entrada y salida respectivamente con el fin de averiguar su funcionamiento interno, lo que generalmente resulta en un circuito amplificador con una ganacia definida. i)
Que son los parametros hibridos y para que sirven?
Los parametro hibridos nos ayuda a determinar el comportamiento de una red de dos puertos, generalmente se usan para la elaboracion de un circuito equivalente equivalente con fuentes dependientes dependientes y ganacia definida. j)
¿para que sirve la funcion de ganancia en db del genrador de señales?¿como s e implementa?
La funcion de ganancia representa los efectos que tiene la frecuencia en la ganacia de el circuito, generalmente tiene valores muy grandes tanto que el comportamiento no es facilmente notorio en una grafica a escala, por tal razon se acude a la escala logaritmica definida con 20*log*(F(f)), en la cual el comportamiento de la funcion se hace notorio facilitando su analisis.
5
1.3
DESCRIPCION DE LA PRACTICA
El objetivo de la practica es la medicion de la ganacia de corriente, para lo cual se monta un circuito con Emisor comun esto es conectar el emisor a el nodo de tierra comun tanto de la base como del colector, se mide la corriende de entrada que debe ser de el orden de los microamperios lo cual se consigue con una tension pequeña en serie con una resistencia alta; a su vez se supervisa la corriente de colector que sera funcion de la corriente de base cuya constante depende del fabricante, dado que Ib* β=Ic, el promedio de corrientes de colector medidas sobre el promedio de corrientes de base dara un valor de ganacia muy aproximado al valor real de el dispositivo. 1.4
CIRCUITOS UTILIZADOS
Se uso el circuito mostrado a continuacion, con un transistor 2N2222
+2.34
RV1
mA
R2 100
IB +11.1
2.5K
µA
R1 20k
Q1 2N2222
BAT1
VC RV2 100
9V
+5.84 Volts
BAT2 1.5V
1.5
TABLAS DE DATOS
Ib 4,78E-06 1,11E-05 1,80E-05
ic
B
Vc
1,03E-03
215,48
7,09
2,31E-03
208,11
4,73
3,56E-03
197,78
2,42 6
2,51E-05 3,25E-05 4,00E-05 4,98E-05 6,47E-05
1.6
4,67E-03
186,06
0,35
4,71E-03
144,92
0,28
4,72E-03
118,00
0,26
4,73E-03
94,98
0,25
4,74E-03
73,26
0,24
GRAFICAS DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS OBTENIDAS
6,00E-03 250,00
CURVA CARACTERISTICA Ic, Vce
VARIACION DE LA GANACIA CON Ib
5,00E-03
200,00 4,00E-03 150,00 a i c n a n a G 100,00
c 3,00E-03 I
2,00E-03
1,00E-03
50,00
0,00E+00
0,00 0
250,00
2
4
6
Vce
1 , 0 0 E
0 , 0 0 E
8
2 , 0 0 E
3 , 0 0 E
Ib
4 , 0 0 E
5 , 0 0 E
6 , 0 0 E
7 , 0 0 E
250,00
Variacion de la ganacia con Ic
Variacion de la ganacia con Vce
200,00
200,00
150,00 a i c n a n a G 100,00
150,00 a i c n a n a G 100,00
50,00
50,00
0,00
0,00 0 , 0 0 E
1 , 0 0 E
2 , 0 0 E
3 , 0 0 E
Ic
4 , 0 0 E
5 , 0 0 E
6 , 0 0 E
0
1
2
3
4
Vce
5
6
7
8
1.7 ANALISIS DE RESULTADOS
En la determinacion de el valor de β se calcula la relación de la corriente de colector respecto a la corriente de base, siempre que el valor de Vce sea lo bastante alto como para que la unión colector-base esté polarizada en inversa, esto es haciendo uso de los valores de Ic e Ib que hayan perpetrado poca variacion en Vce, como se ve en las graficas la ganacia tiende a ser constante con los valores mas altos de de Vce y los mas bajos de Ic. 7
Los datos son entonces
Ib
ic
β
Vce
4,78E-06
1,03E-03
215,48
7,09
1,10E-05
2,31E-03
210,00
6
1,11E-05
2,31E-03
208,11
4,73
1,80E-05
3,56E-03
197,78
2,42
Ib promedio
Ic promedio
β
Vce promedio
1,12E-05
2,30E-03
205,21
5,06
De manera que el valor de ganancia obtenido experimentalmente es de 205
1.8
OBSERVACIONES
Se recomienda que la resistencia de base tenga un valor mas alto 15K aprox, para que las variaciones de el el potenciometro produzcan produzcan variaciones de corriente menos menos bruscas, y obtener mayor cantidad de datos. La toma de datos para determinar la ganacia se debe hacer cuando el transistor este trabajando en la zona activa, esto es cuando las variaciones de tencion Vce no producen cambios en Ic. 1.9
CONCLUCIONES
Las curvas características de salida muestran que la corriente de colector es independientede la tensión colector-emisor v CE , mientras vCE sea mayor de unos 0,2 V. La corriente de colector aumenta rapidamente cuando la tension Vce se acerca a un valor pequeño.
8
La ganancia tiene variacions significativas cuando el transistor entra en la zona de saturacion, por tal razon el funcionamiento optimo debe ser en la que tenga menos variaciones que es en la zona de trabajo donde la corriente de colector e constante si se varia Vce.
1.10 SIMULACIONES
+2.82
RV1
mA
R2 100
IB +13.5
2K
µA
R1
Q1
15k
2N2222
BAT1
VC RV2 5k
9V
+5.90 +0.68
Volts
Volts
BAT2 1.5V
2
CARACTERISTICAS DEL AMPLIFICADOR EC POLARIZADO POR DIVISOR DE TENSION
2.1
RESUMEN
Las resistencias
R1
y
R2
forman un divisor de tensión que tiene como
objetivo proporcionar una tensión casi constante en la base del transistor (independiente de la b del transistor). Esto se consigue eligiendo unos valores de
R1
y
R2
tales que las corrientes que pasen
por ellos sean grandes comparadas con la corriente de base esperada. Una tensión de base constante lleva a unos valores casi constantes de
CE . IC y V CE
Como la base no
está conectada directamente a la alimentación o a masa en este circuito de cuatro resistencias, es posible acoplar a la base una señal de alterna a través de un condensador de acoplo.
9
En dc los condensadores de acoplo tienen alta impedancia a causa de una baja freuencia con lo cual se comportan como un puente abierto, en AC bloquean los voltajes DC y se comportan como un puente cerrado.
2.2
DESCRIPCION DE LA PRACTICA
El objetivo es analizar el comportamiento de el transistor en una red PDT, sus caracteristicas de amplificacion tanto en AC como en DC, y el fecto de condensadores de acoplo. Primero se hace un analisis en DC para determinar sus caracteristicas de ganacia, luego en el analisis AC se aplica una señal AC pequeña y se monitorea la salida sobre una resistencia conectada entre colector y tierra. 2.3
CIRCUITOS UTILIZADOS
Se uso el circuito mostrado a continuacion, con un transistor 2N2222
OSCILOSCOPI0 A B
R2
C
18k
D
R3 1k
C2
Q1
25u
BAT1 9V
C1
RV2
2N2222
RV1 2500
25u
GENERADOR DE SEÑALES +
R1
R4
8,2k
560
C3
5k
100u
AM
2.4
FM
TABLAS DE DATOS
Datos resultado del analisis en DC
Vcc
Vb
Ve
Vce
Ic, Ie
Ib
Vbe
9
2,816
2,11
3,11
3,77E-3
18,9E-6
0,7
Q=(3,77mA;3,11V)
10
Valores medidos
Vcc
Vb
Ve
Vce
Ic, Ie
Ib
Vbe
9
2,72
2,03
3,37
3,6E-3
18E-6
0,69
Q=(3,77mA;3,37)
Valores de la onda de entrada
onda de salida
Vpp=400mv
Vpp=6v
F=1000Hz
f=1000Hz
Vbc=4v Vin=200mv Vg
Vin
0, 4 0, 4
0,134183 94 0,134183 94
0, 4
0,134183 94
0, 4 0, 4
0,134183 94 0,134183 94
Vout=3.25V Vou t 4,2 5,2 5,5 5,75 6
Ib
Rc
Rl
Gv
0,000101 17 0,000101 17
100 0 100 0
100 0 200 0
31,30031 7 38,75277 34
0,000101 17
100 0
300 0
40,98851 03
0,000101 17 0,000101 17
100 0 100 0
400 0 500 0
42,85162 44 44,71473 85
Gi 75,4 100,5333 33 113,1 120,64 125,6666 67
Gp
Ic
rc
0,0084
500
0,0078
666,6666 67
4635,800 52
0,007333 33
750
5169,619 97 5619,152 14
0,007187 5
800
0,0072
833,3333 33
2360,043 9 3895,945 48
re 6,631299 73 6,631299 73 6,631299 73 6,631299 73 6,631299 73
11
2.5
GRAFICAS DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS OBTENIDAS
Curva de entrata 150
SEÑAL DE ENTRADA
100
50
0 V
0
1 00
20 0
30 0
4 00
5 00
6 00
-50
-100
T
-150
Curva de salida 40
SEÑAL DE SALIDA
30 20 10 0 -10 0 -20
10 0
20 0
30 0
40 0
50 0
60 0
V
-30 -40 -50 -60
T
12
2.6 ANALISIS DE RESULTADOS
R2 18k
R3 BAT1
1k
Los resultados obtenidos mediante los calculos matematicos no difieren
9V
mucho de las magnitudes medidas. Q1 2N22
Para frecuencias altas los condensadores acoplan elementos al circuito amplificador original
R1
R4
8,2k
560
Una señal AC de entrada sobre la base de un transistor con PDT es amplificada y recogida sobre una resistencia conectada al colector y tierra, en la señal de salida se aprecia un desface de 180° y eliminacion de
fluctuaciones. La señal de tension a travez de el colector y el emi sor permane constante, es decir inalterada.
2.7
OBSERVACIONES
Para que exista el efecto de amplificacion el transistor debe estar correctamente polarizado, esto es si su punto de trabajo se ubica cerca de el centro de la recta de carga y por ende estar dentro de la zona activa de funcionamiento.
2.8
CONCLUCIONES
Un transistor BJT se puede usar como amplificador de señales AC muy pequeñas, alimentandolo con una Tension DC. Los parametros de el circuito amplificador tienden a recortar la onda,por tanto es posible usar el transistor como un generador de onda cuadrada. La amplificacion tiene en cuenta aspectos como la impedancia de entrada y la ganancia en Dc de el circuito, la forma de la onda de salida puede ser modificada con solo variar alguna de las resistencias.
13
2.9
SIMULACIONES
V o t s l
A
+ 8 8 8 .
B C D +88.8 mA
R2
R3
18k
1k
C2
Q1
25u
BAT1 C1
9V
+88.8
+
RV1 2500
µA
25u
AM
RV2
2N2222
C3
FM
R1
5k
100u
+88.8 AC Volts
8.2k +88.8
+88.8
Volts
AC Volts
R4 560
3
EFECTO DE UN AMPLIFICADOR EC SIN CONDENSADOR DE PASO
3.1
RESUMEN
Al suprimir un condensador de acoplo, la parte de el circuito involucrada funciona como si estuviese en Dc, en este caso al deshabilitar el condensador C2, la tension de emisor ya no sera de cero. 3.2
SOLUCION DE TALLER
A) Diga otra forma de encontrar experimentalmente el valor de β. Se puede determinar β a partir de la determinacion de la relacion de corriente de base y corriente de colector es decir α, en la que + 1
=
.
14
B) Con respecto a la comparacion de los puntos de trabajo ¿son similares?, justifique su respuesta y cite posibles fuentes de error que harian que se presente una variacion significativa. Los puntos de trabajo obtenidos son similares, soloexiste una peuqeña diferencia en Vce, esto se debe principalmente al valor inexacto de las resistencias, las cuales por su tolerancia producen una caida de tension mayor o menor que la ideal, aunque la variacion no es significativa 0,26 V. C) ¿ que efecto tiene la presencia del condensador de paso y el valor de su capacitancia sobre el voltaje de salida?
El valor de la capacitancia define el comportamiento a determinada frecuencia con una capacitancia alta, se obtendra una impedancia baja con un valor de frecuencia no tan alto, es decir la capacitancia define que tan sensible es el acoplador a cambios en la frecuencia.
3.3
DESCRIPCION DE LA PRACTICA
El objetivo de la practicaes analizar el comportamiento de el circuito y los efectos cobre la señal de salida, luego de eliminar un condensador de acoplo. 3.4
CIRCUITOS UTILIZADOS
3.5
TABLAS DE DATOS
Ic mA Ib uA 2,44 2,45 2,48 2,51 2,6
6,32 6,76 7,3 7,6 8 15
3.6
GRAFICAS DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS OBTENIDAS
2,65
Ic=F(Ib)
2,6 2,55 c I
2,5 2,45 2,4 0
0,002
0 ,0 0 4
Ib
0,006
0,008
0,01
3.7 ANALISIS DE RESULTADOS
Al eliminar el capacitor la tencion de emisor ya no sea cero, lo cual altera la tencion Vce, eliminando el efecto de amplificacion en AC. 3.8
OBSERVACIONES
La nueva onda de salida posee las mismas caracteristicas que la señal de entradam en cuanto a frecuencia y amplitud, solo difieren en su fase que es de 180°. Si se varial Rl, no habran cambios en la señal de salida. 3.9
CONCLUCIONES
Para efectos de amplificacion se debe garantizar que existira una tencion Ve para Dc tal que sea cercana a cero o nula para Ac. Con esta configuracion se obtiene un circuito inversor de señal.
16
4
CONTROL DE MOTOR DC CON PUENTE H
V o l s t
+ 8 8 8 .
Q5 R4
R5
27
27
Q6 TIP32
D2 1N4003 +88.8
D1 1N4003 TIP32
Q4 Q2
Q3
2N2222
2N2222
Q1 TIP31
R7
R6
10k
10k
8
7
6
O F F
D3 1N4003 TIP31
BAT5 6V
5
DSW1 DIPSW_4
O N
1
D4 1N4003
2
3
4
R2 1k
2K 2k
+88.8 Volts
17
18