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PREPARATORIO DE LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS, PRACTICA NO. 6, MARZO 2013 1
Polarización de transistores bipolares de juntura(TBJ)
Renato Díaz, Estudiante, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Resumen—Analizar e implementar los principales circuitos depolarización para Transistores bipolares de juntura
Index Terms—Amplificador, juntura, TBJ, NPN, PNP.
I. INTRODUCCIÓN
ESTE presente preparatorio se enfocará a laimplementación y análisis de polarización para los
TBJ, asi como las características del transitor tipo NPN(2N3904), y también las del transistor tipo PNP (2N3906).
Marzo 24, 2013
II. TRABAJO EN EL LABORATORIO
II-A. Implementar los circuitos del literal 3,4 y 6 del trabajopreparatorio
II-B. Tomar las medidas de voltajes y corrientes de pola-rización necesarias para realizar el cálculo de errores en elinforme.
III. TRABAJO PREPARATORIO
III-A. Consultar las caracteristicas y la asignacion de pinesde los transistores 2N3904 y 2N3906, además de un transistorNPN y un PNP adicional, escogidos por el estudiante.
Figura 1. Transistor tipo NPN (2N3904)
Figura 2. Especificaciones máximas absolutas
Figura 3. Transistor tipo PNP (2N3906)
Figura 4. Especificaciones máximas
Figura 5. Transistores tipo NPN y tipo PNP
III-B. Consultar un método práctico para determinar el tipoy los terminales de un transistor mediante la utilización de unmultímetro.
TRANSISTOR NPNExisten instrumentos de medición digitales para medir los
transistores, estos, obviamente son extremadamente caros,algunos multímetros digitales también traen una base para laprueba de transistores. En la secuencia del 1 al 4 dentrode la línea verde, se muestra la forma de probar untransistor NPN. figura 6). En primer lugar seleccionamosen el Multimetro la opción R X 10 ó R X 100, hecho estohacemos lo siguiente:Paso 1: Colocamos la punta positiva (roja) en la base deltransistor (No olvidar que estamos probando un NPN ),seguidamente colocamos la punta negra en el emisor, al haceresto la aguja debe de subir (deflexionar), ver esquema 1 dela figura 6.Paso 2: El paso siguiente es mantener la punta roja en la basey colocar la negra en el colector, también aquí la aguja debede subir (esquema 2, Fig.6).Paso 3: Ahora invertimos la posición de las puntas delMultimetro, colocamos la punta negra en la base y la roja enel emisor, la aguja no debe de moverse (esquema 3,Fig.6).Paso 4: Mantenemos la punta negra en la base y colocamosla roja en el colector, la aguja no debe de moverse (esquema4,Fig.6).
TRANSISTOR PNP
PREPARATORIO DE LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS, PRACTICA NO. 6, MARZO 2013 2
Para probar un transistor PNP:Paso 1: Colocamos la punta negativa en la base del transistory la punta roja en el emisor, la aguja debe de subir (esquema5,fig.6).Paso 2: Ahora, manteniendo la aguja negra en la base, colo-camos la roja en el colector, la aguja debe de subir (esquema6,fig.6).Paso 3: Al igual que con la prueba del transistor NPN (Paso3), colocamos la punta roja en la base y la punta negra en elemisor, la aguja no debe de subir (esquema 7,fig.6).Paso 4: Procedemos a colocar la punta negra en el colec-tor, manteniendo la roja en la base, la aguja no debe desubir.(esquema 8,fig.6)
Figura 6. Determinación del tipo de un transistor mediante unmultímetro
El comportamiento de ambos transistores ( NPN y PNP )son similares, con la diferencia que se invierten las puntasroja y negra en la base para las pruebas. En los transistoresde germanio la resistencia inversa de las junturas no es tanalta como en el caso de los de silicio, por esta razón, almomento de llevase a cabo la medición, la aguja podría sufriruna pequeña deflexión. Hechas las pruebas anteriores, se debede verificar que no haya cortocircuito entre el colector y elemisor, esto se debe de hacer colocando la punta roja en elcolector y la negra en el emisor, luego invertir las puntas;en ambos casos no debe de haber deflexión de la aguja delMultímetro.
DETERMINACIÓN DE LOS PINES DE UN TRANSIS-TOR:
Para determinar cuáles son los pines de un transistor, base,colector y emisor, utilizando un Multimetro procedemos:Paso 1: Se coloca la punta roja en un terminal cualquiera, ycolocamos la punta negra, primero en uno y luego en el otro,en alguno de los pines la aguja subirá (esquemas 1 y 2,Fig.7).Paso 2: Colocamos la punta roja en otro pin y volvemos aseguir lo hecho en el paso anterior (esquemas 3 y 4,fig.7), laaguja no debería de subir en ninguno de los casos.Paso 3: Volvemos a colocar la punta roja en el pin que sigue, alcolocar la punta en el primer pin, la aguja no debería de subir,y en cambio debería de hacerlo en el siguiente pin.(esquemas5 y 6,fig.7)Bien, aclaremos ahora, la base será aquella en que la agujahaya subido al colocar la otra punta en los otros 2 pinesalternativamente; puede ser que la punta roja estuviera enese momento fija y que con la negra midiéramos los otros
2 pines, si este fuera el caso el transistor es NPN. Si es locontrario, el transistor es un PNP. Ya sabemos cuál es labase, pero ignoramos cual es el colector y el emisor. Parasaberlo hacemos lo siguiente: Vamos a localizar el emisory colocamos la escala más del multímetro. Si el transistorfuera un NPN, colocamos la punta roja en el supuesto emisor(tomemos en cuenta que ya hemos localizado la base y nodebemos de tomarla en cuenta para esta prueba), Tenemosa punto el transistor para conducir en polarización fija si sele colocara un resistor entre la base y el colector. La pruebaconsiste en colocar nuestros dedos como polarizadores. Unode nuestros dedos debe de tocarla base y otro debe de tocarel pin en el cual está conectada la punta negra, si la agujadeflexiona, el emisor será el que tenga la punta roja.
Figura 7. Determinación de los pines de un transistor medianteun multímetro
III-C. Realizar el cálculo de voltajes y corrientes de polari-zación de los circuitos de las figuras 1,2 y 3.(β=100)
Figura 8. Primer circuito propuesto
IB =VCC − VBE
RB + (β + 1) ∗RE
IB =15− 0,7
100k + (101) ∗ 1k= 71,14[µA]
IC = β ∗ IB = 100 ∗ (71,14) = 7,114[mA]
IE = IB + IC = 71,14[µA] + 7,114[mA] = 7,185[mA]
VC = VCC − IC ∗RC = 15− (7,114mA ∗ 2,2k) = −0,65[V ]
VB = VCC − IB ∗RB = 15− (71,14uA ∗ 100k) = 7,88[V ]
VE = IE ∗RE = 7,185[mA] ∗ 1k = 7,185[V ]
VCC − 2,2k ∗ IC − VCE − 1k ∗ IE = 0
VCE = 15−2,2k∗(7,114mA)−1k∗(7,185mA) = −7,835[V ]
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Figura 9. Segundo circuito propuesto
Sabemosque : VBE = 0,7[V ], VCC = 15[V ], VBB = 10[V ]
IB =VBB − VBE
RB + (β + 1) ∗RE
IB =10− 0,7
100k + (101) ∗ 1,2k= 42,04[µA]
IC = β ∗ IB = 100 ∗ (42,04) = 4,204[mA]
IE = IB + IC = 42,04[µA] + 4,204[mA] = 4,24[mA]
VE = IE ∗RE = 4,24[mA] ∗ 1,2k = 5,088[V ]
VB = VBE + VE = 0,7[V ] + 5,088[V ] = 5,788[V ]
VCC − 1,5k ∗ IC − VCE − 1,2k ∗ IE = 0
VCE = 15− 1,5k ∗ (4,204mA)− 1,2k ∗ (4,24mA) = 3,06[V ]VC = VCE + VE = 3,06 + 5,088 = 8,14[V ]
Figura 10. Tercer circuito propuesto
VB =R3
R1 +R3∗ VCC =
2,2k
2,2k + 10k(15) = 2,7[V ]
VE = VB − VBE = 2,7− 0,7 = 2[V ]IE = VE/RE = 2/1k = 2[mA]
IC =β
β + 1IE =
100
101(2mA) = 1,98[mA]
IB =ICβ
=1,98mA
100= 19,8[µA]
VCE = 15− 3,3k(1,98mA)− 1k(2mA) = 6,466[V ]
VC = VCE + VE = 8,466[V ]
III-D. Realizar el análisis y cambios que se requieran parapolarizar los circuitos del literal 3 utilizando un transistorPNP 2N3906. De igual manera que el literal 3 realizar losrespectivos calculos de los voltajes y corrientes de polariza-ción.
0
Q1
Q2N3906
Q1
Q2N3906
V115VdcV115Vdc
R31kR31k
R2100kR2100k
R12.2k
R12.2k
Figura 11. Cuarto circuito propuesto(2N3906)
IB =VCC − VBE
RB + (β + 1) ∗RE
IB =−15− 0,7
100k + (101) ∗ 1k= −78,11[µA]
IC = β ∗ IB = 100 ∗ (−78,11) = −7,811[mA]
IE = IB + IC = −78,11[µA]− 7,811[mA] = −7,89[mA]
VC = VCC − IC ∗ RC = −15 − (−7,811mA ∗ 2,2k) =2,1842[V ]
VB = VCC − IB ∗ RB = −15 − (−78,11uA ∗ 100k) =−7,189[V ]
VE = IE ∗RE = −7,89[mA] ∗ 1k = −7,89[V ]
VCC − 2,2k ∗ IC − VCE − 1k ∗ IE = 0
VCE = −15 − 2,2k ∗ (−7,811mA) − 1k ∗ (−7,89mA) =10,0742[V ]
0
R31.2kR31.2k
R21.5kR21.5k
Q1
Q2N3906
Q1
Q2N3906
R1
100k
R1
100k
V215VdcV215Vdc
V110VdcV110Vdc
Figura 12. Quinto circuito propuesto(2N3906)
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Sabemos que : VBE = 0,7[V ], VCC = −15[V ], VBB =−10[V ]
IB =VBB − VBE
RB + (β + 1) ∗RE
IB =−10− 0,7
100k + (101) ∗ 1,2k= −48,37[µA]
IC = β ∗ IB = 100 ∗ (−48,37) = −4,83[mA]
IE = IB + IC = −48,37[µA]− 4,83[mA] = −4,88[mA]
VE = IE ∗RE = −4,88[mA] ∗ 1,2k = −5,85[V ]
VB = VBE + VE = 0,7[V ]− 5,85[V ] = −5,15[V ]
VCC − 1,5k ∗ IC − VCE − 1,2k ∗ IE = 0
VCE = −15 − 1,5k ∗ (−4,83mA) − 1,2k ∗ (−4,88mA) =−1,9[V ]VC = VCE + VE = −1,9− 5,85 = −7,75[V ]
0
R41kR41k
V115VdcV115Vdc
R32.2kR32.2k
R23.3kR23.3k
R110kR110k
Q1
Q2N3906
Q1
Q2N3906
Figura 13. Sexto circuito propuesto(2N3906)
VB =R3
R1 +R3∗ VCC =
2,2k
2,2k + 10k(−15) = −2,7[V ]
VE = VB − VBE = −2,7− 0,7 = −3,4[V ]IE = VE/RE = −3,4/1k = −3,4[mA]
IC =β
β + 1IE =
100
101(−3,4mA) = −3,36[mA]
IB =ICβ
=−3,36mA
100= −33,66[µA]
VCE = −15 − (3,3k(−3,36mA)) − (1k(−3,4mA)) =−0,512[V ]
VC = VCE + VE = (−0,512− 3,4)[V ] = −3,912[V ]
III-E. Realizar y presentar las simulaciones de cada uno delos circuitos tanto del literal 3 como del literal 4
LITERAL 3
15.00V
5.423V
4.840V
4.714V
0V
0
Q1
Q2N3904
Q1
Q2N390495.77uA
4.618mA
-4.714mA
V115Vdc
V115Vdc
4.714mA
R31kR31k
4.714mA
R2100kR2100k
95.77uA R12.2k
R12.2k
4.618mA
Figura 14.Simulacion del primer circuito propuesto
10.00V
6.797V
7.438V
15.00V
0V
6.088V
0
R31.2kR31.2k
5.073mA
R21.5kR21.5k
5.041mA
R1
100k
R1
100k32.03uA
Q1
Q2N3904
Q1
Q2N3904
32.03uA5.041mA
-5.073mA
V215Vdc
V215Vdc
5.041mA
V110Vdc
V110Vdc
32.03uA
Figura 15.Simulacion del segundo circuito propuesto
8.444V
2.000V
2.682V
0V
15.00V
0
Q1
Q2N3904
Q1
Q2N3904
12.91uA 1.987mA
-2.000mA
V115Vdc
V115Vdc
3.219mA
R41kR41k
2.000mA
R32.2kR32.2k
1.219mA
R23.3kR23.3k
1.987mA
R110kR110k
1.232mA
Figura 16.Simulacion del tercer circuito propuesto
LITERAL 4
-15.00V
-5.477V
-4.811V
-4.726V
0V
0
Q1
Q2N3906
Q1
Q2N3906
-95.23uA
-4.631mA
4.726mA
V115VdcV115Vdc
4.726mA
R31kR31k
4.726mA
R2100kR2100k
95.23uA
R12.2k
R12.2k 4.631mA
Figura 17.Simulacion del cuarto circuito propuesto(2N3906)
PREPARATORIO DE LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS, PRACTICA NO. 6, MARZO 2013 5
-6.993V
-7.241V
-15.00V
0V
-6.243V-10.00V
0
R31.2kR31.2k
5.202mA
R21.5kR21.5k
5.172mA
Q1
Q2N3906
Q1
Q2N3906
-30.07uA
-5.172mA
5.202mA
R1
100k
R1
100k 30.07uA
V215VdcV215Vdc
V110VdcV110Vdc
Figura 18.Simulacion del quinto circuito propuesto(2N3906)
-8.517V
-1.973V
-2.690V
0V
-15.00V
0
R41kR41k
1.973mA
V115VdcV115Vdc
R32.2kR32.2k
1.223mA
R23.3kR23.3k
1.965mAR110kR110k
1.231mA
Q1
Q2N3906
Q1
Q2N3906
-8.445uA -1.965mA
1.973mA
Figura 19.Simulacion del sexto circuito propuesto(2N3906)
III-F. Consultar e incluir como anexo la historia y evolucióndel transistor, así como sus aplicaciones.
ANEXOSHistoria e invención del transistorhttp://cyt-ar.com.ar/cyt-ar/index.php/Invenci%C3%B3n_del_transistorAlgunas aplicaciones de los transistoreshttp://www.viasatelital.com/proyectos_electronicos/aplicaciones_transistor.htm
IV. CONCLUSIONES
Se concluye que sin importar el tipo de configuración enel que se utilice un transistor, las relaciones básicas entrelas corrientes son siempre las mismas y el voltaje base-emisor es el valor de umbral si el transistor se encuentraen estado de encendido.Para la mayoría de las configuraciones, el análisis de DCinicia con la determinación con la corriente de la base.Se determinó el tipo y los terminales de un transistormediante la utilización de un multímetro.Se analizó las caracteristicas de los transistores 2N3904y 2N3906,
V. BIBLIOGRAFIA
REFERENCIAS
[1] R. Boylestad and L. Nashelsky, Electrónica:Teoria de circuitos y dispo-sitivos electrrónicos 10ma ed. Prentice Hall, 2009.
[2] Thomas L. Floyd, Dispositivos Electrónicos, Octava Edición, PearsonEducación; México 2008.
[3] http://roble.pntic.mec.es/jlop0164/transistortipos.html
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