Informe Final 6.Docx

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

UNMSM Facultad de Ing. Electrónica, Eléctrica y de Telecomunicaciones Apellidos y Nombres

Matrícula

Guevara Palomino, Carlos Alexander

15190255

Saldivar Hospina Jimmy Luis

16190098

Cabrera Marquez Jordy

16190064

 Aybar Velásquez Johnny Romario

16190062

Fonseca Dueñas Luigi

16190257

Curso

Tema

Dispositivos Electrónicos

El transistor bipolar PNP 2N3906. Características básicas

Informe

Fechas

FINAL

Realización

Entrega

Número

15/06/17

22/06/17

Nota

6

Grupo

Profesor

G6 Jueves 2 pm- 4 pm

Ing. Luis Pareto Quispe

Facultad de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y de Telecomunicaciones

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EXPERIENCIA Nº 6 El transistor bipolar PNP 2N3906 Características básicas I)

TEMA: EL TRANSISTOR BIPOLAR PNP 2N3906. CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS BASICAS.

II)

OBJETIVOS: 1. Verifi car car las las condiciones condiciones de un un trans trans is tor tor bipola bipolar P NP . 2. C omproba omprobarr las las caracte caracterí ríss ticas de funcionamient funcionamiento o un trans trans is tor tor bipola bipolar P NP .

III)

MARCO TEÓRICO: Transistor

Distintos encapsulados de transistores. El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.  rectificador.  El término "transistor" es la contracción en inglés en inglés de transfer resistor  ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadores, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavarropas automáticos, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorecentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc. Sustituto de la válvula la válvula termoiónica de tres electrodos o triodo, o triodo, el  el transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios los Laboratorios Bell de EEUU de EEUU en diciembre de 1947 de  1947 por  John   John Bardeen, Walter Houser Brattain y William  W illiam Bradford Shockley, quienes Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio el Premio Nobel de Física de Física en 1956. en 1956. El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento Facultad de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y de Telecomunicaciones

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activo, a diferencia de los resistores, capacitores e inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante  mecánica cuántica. De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la que se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para que circule la carga por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común. Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en el terminal de "base" para modular la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta o reja de control y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenador. De este modo, la corriente de salida en la carga conectada al Drenador (D) será función amplificada de la Tensión presente entre la Puerta (Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es análogo al del  triodo, con la salvedad que en el triodo los equivalentes a Puerta, Drenador y Fuente son Reja, Placa y Cátodo. Los transistores de efecto de campo, son los que han permitido la integración a gran escala que disfrutamos hoy en día, para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios miles de transistores interconectados por centímetro cuadrado y en varias capas superpuestas.

Tipos de transistor: 



Transistor de punta de contacto. Primer transistor que obtuvo ganancia, inventado en 1947 por J. Bardeen y W. Brattain. Consta de una base de germanio sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de emisor es capaz de modular la resistencia que se "ve" en el colector, de ahí el nombre de "transfer resistor". Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. Hoy día ha desaparecido. Transistor de unión bipolar,  BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio, 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.

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La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas), normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al indio, Aluminio o Galio y donantes N al Arsénico o Fósforo. La configuración de  uniones PN,  dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas.

El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitelial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.   

Fototransistor, sensible a la radiación electromagnética, en frecuencias cercanas a la de la luz. Transistor de unión unipolar. Transistor de efecto de campo, FET, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada. Transistor de efecto de campo de unión, JFET,  construido mediante una unión PN.  Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.  Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET,  donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido. 

Transistor bipolar Regiones operativas, configuraciones El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos,  puede ser de germanio o silicio. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor. El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.

Transistor NPN

Transistor PNP

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El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación. Este factor se llama b (beta) y es un dato propio de cada transistor. Entonces: - Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a b (factor de amplificación) por Ib (corriente que pasa por la patilla base). - Ic = β * Ib - Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, sólo que, la corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de el, o viceversa.

Según la fórmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito (Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se cambia Vcc. Ver figura. En el segundo gráfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a más corriente la curva es más alta.

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Regiones operativas del transistor  Un transistor esta en Región de corte: corriente de colector = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)

corte

cuando:

En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (Como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver  Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)

- Región de saturación:  Un transistor está saturado cuando: corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima) En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector β veces más grande. (Recordar que Ic = β * Ib)

- Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente de un amplificador, es un dato del fabricante ) y de las resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor). Esta región es la mas importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador. Configuraciones:  Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicación. y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0) - Emisor común - Colector común - Base común Nota: Corriente de colector y corriente de emisor no son exactamente iguales, pero se toman como tal, debido a la pequeña diferencia que existe entre ellas, y que no afectan en casi nada a los circuitos hechos con transistores.

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IV)

MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO: 1. Una Fuente de corriente continua Variable.

2. Un Multímetro.

3. Un miliamperímetro y un micro amperímetro

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4. Un Voltímetro de cc.(analógico)

7. Resistencias: 510Ω, 1K Ω, 51K Ω

8. Cables cocodrilo / banano

9. Capacitores/ Condensadores:

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10. Transistor PNP 2N3906

11. Osciloscopio digital

12. Potenciómetro

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V)

PROCEDIMIENTO: 1. Verificamos el estado operativo del transistor, usando el ohmímetro. Llenamos la tabla 1.

Resistencia

 (Ω)

 (Ω)

Base-Emisor

782 Ω

>20 M

Base-Colector

786 Ω

>20 M

Colector-Emisor

>20 M

>20 M

2.  Armamos el siguiente circuito.

a) Medimos las corrientes que circulan por el colector (Ic) y la base (Ib). Obtener el β (P1=0Ω). b) Medimos los voltajes entre colector-emisor (Vce), entre baseemisor (Vbe) y entre emisor-tierra (Ve). c) Colocamos los datos obtenidos en la tabla 2.

Valores (R1=56 KΩ)

Ic (mA.)

Ib (uA.)

β 

Vce (v.)

Vbe (v.)

Ve (v.)

5,7 mA

30 uA

190

4,9 V

0,9 V

2,53 V

Teóricos Medidos

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d) C ambiamos R1 a 68 KΩ, repetir los pasos (a) y (b) y anotamos los datos de la tabla 3 (por ajuste de P1).

Valores (R11=68 KΩ)

Ic (mA.)

Ib (uA.)

β 

Vce (v.)

Vbe (v.)

Ve (v.)

4,5 mA

22,5 uA

200

7,88 V

0,9 V

1,84 V

Teóricos Medidos

e) Aument amos la resistencia de P1 a 100 KΩ, 250 KΩ, 500 KΩ y 1MΩ. Observamos lo que sucede con las corrientes Ic e Ib y con el voltaje Vce. Llenamos la tabla 5.

P1

100 KΩ

250 KΩ

500 KΩ

1 MΩ

Ic (mA.)

0,2

0,8

0,01

0

Ib (uA.)

9

4,2

0,2

0

Vce (v.)

10,8

11,8

11,9

11,97

3. Ajustamos el generador de señales a 50 mv.pp, 1KHz, onda senoidal. Observar la salida Vo con el osciloscopio. Completamos la tabla 4.

Tabla

Vi(mv.pp)

2(Q1)

-------------- ------------- -------------- --------------- ------------------

3(Q2)

VI)

570 mA

Vo(v.pp)

9V

Av

63,3.10−

Vo(sin Ce)

1,6 V

Av(sin Ce)

356,26.10−

CUESTIONARIO FINAL: Explicar el comportamiento del transistor al hacer su verificación operativa con el Ohmimetro. 1.

Es un elemento que se comporta como una resistencia variable que depende de una señal eléctrica de control, entonces al cambiar el valor de la señal de control cambia la cantidad de corriente que pasa por el transistor. ß = IC / IB Conceptualmente se dice que el transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por corriente, es decir, una fuente de corriente que no es Facultad de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y de Telecomunicaciones

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de valor fijo, varía produciendo más o menos corriente en la medida que hay más o menos corriente en la base. Como en el transistor no se acumula carga toda la corriente que entra a él debe salir, entonces: IE = IC + IB = (ß +1) IB Si ß >> 1 Þ IE » IC

2. Representar la Recta de Carga en un Gráfico Ic vs. Vce del circuito del Experimento. Ubicar los puntos correspondientes a las tablas 2, 3 y 5. (Papel milimetrado)

3. ¿En qué regiones de trabajo se encuentran los puntos de las Tablas 2 y 3? 

Q1 de la tabla 2:

Datos: R1= 56.1KΩ R2= 21.77KΩ Re= 0.30KΩ Rc= 0.96KΩ VBE= 0. 619v P1= 0KΩ β= 9.6

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VHJ =

12v x 21.77k 56.1k + 21.77k + 0k 

=

12v x 21.77k = 3.355 v 78.77k

Req = (P1 + R1)(R2) = (56.1k)(21.77k) = 15.68 k P1 + R1 + R2

IB =

56.1k + 21.77k

3.355v – 0.619v (9.6)(300) + 15.68k 

= 2.736v

= 0.1474 mA = 147.4  A

18560

Ic = x IB 

Ic = 9.6(147.4  A)

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ICQ = 1.415 mA VEC = 12v – (0.3K + 0.96 k)(1.415 mA)

VEC = 10.217 v

Corriente de saturación  VCE = 0v

Ic máx. =

Vcc

=

12v

= 9.524 mA

Rc + Re  0.96k + 0.3K



VBC = VB – VC

PERO:

Vc + 12 = Ic Rc

Vc = IcxRc – 12v Vc = (1.415 mA) (0.96k ) – 12v Vc = - 10.614 v



VB – (- VHJ) = IB Req

VB = IB x Req  – VHJ VB = (147.4  A)(15.68 k) – 3.355v VB = 2.329v – 3.355v VB= - 1.026 v  VBC = - 1.026 v  – ( - 10.614 v)

VBC = 9.588 v

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

Q2 de la tabla 3:

Datos: R1= 67.4KΩ R2= 21.77KΩ Re= 0.3KΩ Rc= 0.96KΩ VBE= 0.612v P1= 0 β= 10.78

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VHJ =

12v x 21.77k

=

67.4k + 21.77k + 0  

12v x 21.77k = 2.930 v 89.77k

Req = (P1 + R1)(R2) = (67.4k)(21.77k) = 16.455 k P1 + R1 + R2

IB =

67.4k + 21.77k

2.93v – 0.612v (10.78)(300) + 16.455k 

=

2.318v

= 117.731  A

19.689k

Ic = x IB



Ic = 10.78(117.731  A)

ICQ = 1.269 mA

VEC = 12v – (0.3K + 0.96 k)(1.269 mA)

VEC = 10.401

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Corriente de saturación  VCE = 0v

Ic máx. =

Vcc

=

12v

= 9.524 mA

Rc + Re  0.96k + 0.3K



VBC = VB – VC

PERO

Vc + 12 = Ic Rc

Vc = IcxRc – 12v Vc = (1.269 mA) (0.96k ) – 12v

Vc = - 10.782 v



VB – (- VHJ) = IB Req

VB = IB x Req  – VHJ

VB = (117.731  A)( 16.455k ) – 2.93v VB = 1.937v – 2.93v VB= - 0.993 v  VBC

= - 2.28 v – ( - 10.782 v)

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VBC = 8.502 v 4. ¿Qué sucedería con el punto de operación si cambiamos R1 a 120K Ω?

  = 18.51Ω Vth  = 1.859V β = 75  =

  ℎ +  + 

=

  .−.6 .   + 

= 3.21 

  =    (   ) = 12  3.21 × 1330 = 7.307 

Se acerca más al punto de corte. El resultado del voltaje sale positivo ya que se tomó la malla en dirección del desplazamiento de la corriente.

5. Explicar comparativamente lo ocurrido en la tabla 4. Tenemos los siguientes casos: Sin carga:

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Con carga:

Como podemos ver en las imágenes la señal se amplifica cuando el circuito esta con carga, siendo la frecuencia la misma, asi mismo de los datos experimentales obtenemos que el voltaje de salida sin carga es de 1.8v , cuando es con carga tenemos 9v. Esta amplificacion lo podemos constatar con la relacion Av obtenidos del experimento:   =

 

Sin Carga: 1.8

  =

570 10−

 = 3.1579

Con carga:   =

9 570 10− 

 = 15.78

Obteniendo asi la siguiente tabla: Tabla 4

Tabla

Vi(mv.pp)

Vo(v.pp)

Av

Vo(sin Ce)

Av(Sin Ce)

3(Q2)

570 mv

9v

15.7895

1.8 v

3.1579

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VII) CONCLUSIONES: Se concluye que la señal de voltaje de salida se amplifica, es decir, aumenta cuando el circuito esta con carga.  La variación del potenciómetro genera cambios en la ganancia de corriente y voltaje.  Aumentar el valor de la resistencia no genera mayor ganancia pero disminuye la estabilidad en un amplificador.  Se busca tener una buena ganancia y estabilidad. 

VIII) BIBLIOGRAFÍA:  



Guía para mediciones electrónicas y prácticas de laboratorio. Stanley Wolf y Richard Smith. Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, 10 Edición  – Robert L. Boylestad& Louis Nashelsky. ELECTRONICA INTEGRADA (9ª ED.) JACOB MILLMAN; CHRISTOS C. HALKIAS , EDITORIAL HISPANO EUROPEA, S.A., 1991

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