POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR BIPOLAR

7/21/2019 POLARIZACIN DEL TRANSISTOR BIPOLAR

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Campus Atizapn

Dispositivos Electrnicos NOVIEMBRE 2014

Universidad Tecnolgica de Mxico.

Ingeniera en Telecomunicaciones y Electrnica

MATERIA: DISPOSITIVOS ELECTRNICOS.

AREA: INGENIERA.

CUATRIMESTRE: CUARTO.


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Dispositivos Electrnicos 2

EQUIPO DE SEGURIDAD. Bata.

NORMAS DE SEGURIDAD. Es necesario evitar portar objetos metlicos, tales como relojes o

pulseras.

Trabajar atrs de la linea de seguridad.

PRACTICA No. 4POLARIZACIN DELTRANSISTOR BIPOLAR

Fecha de Elaboracin__________

Fecha de revisin.:______________

Responsable:__________________

OBJETIVO:

Identificar las terminales de un transistor con el multmetro. Analizarla polarizacin del BJT. Analizar el transistor bipolar en conmutacin.

Analizar los puntos de saturacin y corte del transistor bipolar.

Implementar alguna aplicacin con el transistor en conmutacin.


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INVESTIGACIN PREVIA

A) Conocer el funcionamiento de un transistor Bipolar

B) Conocer los diferentes tipos de transistores bipolares, asi como sus terminales

C) Comprender las regiones de operacin del transistor bipolar

D) Analizar las diferentes configuraciones de polarizacin del transistor bipolar

E) Conocer el funcionamiento del transistor bipolar en conmutacin.

EQUIPO:

2 Multmetros digitales1 Fuente de alimentacin1 Generador de Funciones

MATERIALES:

4 Puntas banana-caimn4 Puntas caimn-caimn3 Puntas BNC-Caimn para osciloscopio.

MATERIAL ( proporcionado por el alumno)

1 Tablilla de experimentacin (Proto Board)3 Transistores 2N22222 Transistores BC547C2 Transistores BC557C2 Transistores TIP412 Resistencia de 10 a 10 W4 Resistencia de 100 2 Resistencia de 180 2 Resistencia de 220 4 Resistencias 560 4 Resistencias de 1 k2 Resistencias de 1.2 k2 Resistencias de 4.7 k2 Resistencia de 10 k2 Resistencia de 22 k


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3 Resistencia de 470 k2 LED Rojo1 Cables de interconexin (Calibre 20)

MARCO TEORICO:

El transistor de unin bipolar(delingls Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT) esundispositivo electrnico deestado slido consistente en dos uniones PN muy cercanasentre s, que permite controlar el paso de la corriente a travs de sus terminales. Ladenominacin de bipolar se debe a que la conduccin tiene lugar gracias al desplazamientode portadores de dos polaridades (huecos positivos yelectrones negativos), y son de granutilidad en gran nmero de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos suimpedancia de entrada bastante baja.

Los transistores bipolares son los transistores ms conocidos y se usan generalmente enelectrnica analgica aunque tambin en algunas aplicaciones deelectrnica digital,comolatecnologa TTL o BICMOS.

Un transistor de unin bipolar est formado por dos Uniones PN en un solo cristalsemiconductor, separados por una regin muy estrecha. De esta manera quedan formadastres regiones:

Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada,comportndose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funcionacomo emisorde portadores de carga.

Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector. Colector, de extensin mucho mayor.

La tcnica de fabricacin ms comn es la deposicin epitaxial. En su funcionamiento

normal, la unin base-emisor est polarizada en directa, mientras que la base-colector eninversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muyangosta, hay poca recombinacin de portadores, y la mayora pasa al colector. El transistorposee tres estados de operacin: estado de corte, estado de saturacin y estado deactividad.
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Estructura

Un transistor de unin bipolar consiste en tres regiones semiconductorasdopadas:la regindel emisor, la regin de la base y la regin del colector. Estas regiones son,respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor

NPN. Cada regin del semiconductor est conectada a un terminal, denominado emisor(E), base (B) o colector (C), segn corresponda.

Corte transversal simplificado de un transistor de unin bipolar NPN. Donde se puedeapreciar como la unin base-colector es mucho ms amplia que la base-emisor.

La base est fsicamente localizada entre el emisor y el colector y est compuesta dematerial semiconductor ligeramentedopado y de alta resistividad. El colector rodea la regindel emisor, haciendo casi imposible para los electrones inyectados en la regin de la baseescapar de ser colectados, lo que hace que el valor resultante de se acerque mucho haciala unidad, y por eso, otorgarle al transistor un gran .

El transistor de unin bipolar, a diferencia de otros transistores, no es usualmente undispositivo simtrico. Esto significa que intercambiando el colector y el emisor hacen que eltransistor deje de funcionar en modo activo y comience a funcionar en modo inverso. Debidoa que la estructura interna del transistor est usualmente optimizada para funcionar en

modo activo, intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de y en modoinverso sean mucho ms pequeos que los que se podran obtener en modo activo; muchasveces el valor de en modo inverso es menor a 0.5. La falta de simetra es principalmentedebido a las tasas dedopaje entre el emisor y el colector. El emisor est altamentedopado,mientras que el colector est ligeramentedopado,permitiendo que pueda ser aplicada unagran tensin de reversa en la unin colector-base antes de que esta colapse. La unincolector-base est polarizada en inversa durante la operacin normal. La razn por la cualel emisor est altamentedopado es para aumentar la eficiencia de inyeccin de portadoresdel emisor: la tasa de portadores inyectados por el emisor en relacin con aquellosinyectados por la base. Para una gran ganancia de corriente, la mayora de los portadoresinyectados en la unin base-emisor deben provenir del emisor.

El bajo desempeo de los transistores bipolares laterales muchas veces utilizados enprocesosCMOS es debido a que son diseados simtricamente, lo que significa que nohay diferencia alguna entre la operacin en modo activo y modo inverso.

Pequeos cambios en la tensin aplicada entre los terminales base-emisor genera que lacorriente que circula entre el emisor y el colector cambie significativamente. Este efectopuede ser utilizado para amplificar la tensin o corriente de entrada. Los BJT pueden ser
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pensados como fuentes de corriente controladas por tensin, pero son caracterizados mssimplemente como fuentes de corriente controladas por corriente, o por amplificadores decorriente, debido a la baja impedancia de la base.

Los primeros transistores fueron fabricados de germanio, pero la mayora de los BJT

modernos estn compuestos de silicio. Actualmente, una pequea parte de stos (lostransistores bipolares de heterojuntura) estn hechos dearseniuro de galio,especialmenteutilizados en aplicaciones de alta velocidad.

Caracterstica idealizada de un transistor bipolar.

En una configuracin normal, la unin base-emisor se polariza en directa y la unin base-colector en inversa.1 Debido a la agitacin trmica los portadores de carga del emisorpueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez,prcticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo elctrico queexiste entre la base y el colector.

Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la regin del nodocompartida. En una operacin tpica, la unin base-emisor est polarizada en directa y launin base-colector est polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuandouna tensin positiva es aplicada en la unin base-emisor, el equilibrio entre los portadoresgenerados trmicamente y el campo elctrico repelente de la regin agotada sedesbalancea, permitiendo a los electrones excitados trmicamente inyectarse en la reginde la base. Estos electrones "vagan" a travs de la base, desde la regin de altaconcentracin cercana al emisor hasta la regin de baja concentracin cercana al colector.Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base estdopada con material P, los cuales generan "huecos" como portadores mayoritarios en labase.

La regin de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para que losportadores puedan difundirse a travs de esta en mucho menos tiempo que la vida til delportador minoritario del semiconductor, para minimizar el porcentaje de portadores que serecombinan antes de alcanzar la unin base-colector. El espesor de la base debe ser menoral ancho de difusin de los electrones.

Control de voltaje, carga y corriente

La corriente colector-emisor puede ser vista como controlada por la corriente base-emisor(control de corriente), o por la tensin base-emisor (control de voltaje). Esto es debido a larelacin tensin-corriente de la unin base-emisor, la cual es la curva tensin-corrienteexponencial usual de una unin PN (es decir, undiodo).

En el diseo de circuitos analgicos, el control de corriente es utilizado debido a que esaproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es aproximadamente veces la corriente de la base. Algunos circuitos pueden ser diseados asumiendo que latensin base-emisor es aproximadamente constante, y que la corriente de colector es veces la corriente de la base. No obstante, para disear circuitos utilizando BJT con
http://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Arseniuro_de_galiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29http://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Arseniuro_de_galiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germanio


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precisin y confiabilidad, se requiere el uso de modelos matemticos del transistor como elmodelo Ebers-Moll.

El Alfa y Beta del transistor

Una forma de medir la eficiencia del BJT es a travs de la proporcin de electrones capacesde cruzar la base y alcanzar el colector. El alto dopaje de la regin del emisor y el bajodopaje de la regin de la base pueden causar que muchos ms electrones sean inyectadosdesde el emisor hacia la base que huecos desde la base hacia el emisor. La ganancia de

corriente emisor comnest representada por o por hfe. Esto es aproximadamente latasa de corriente continua de colector a la corriente continua de la base en la regin activadirecta y es tpicamente mayor a 100. Otro parmetro importante es la ganancia de corrientebase comn, . La ganancia de corriente base comn es aproximadamente la gananciade corriente desde emisor a colector en la regin activa directa. Esta tasa usualmente tieneun valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998. El Alfa y Beta estn msprecisamente determinados por las siguientes relaciones (para un transistor NPN):

Tipos de Transistor de Unin Bipolar

NPN

NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" serefieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones deltransistor. La mayora de los transistores bipolares usados hoy en da son NPN, debido aque la movilidad del electrn es mayor que la movilidad de los "huecos" en lossemiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operacin.

Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la"base") entre dos capas de materialdopado N. Una pequea corriente ingresando a la base

en configuracin emisor-comn es amplificada en la salida del colector.

La flecha en el smbolo del transistor NPN est en la terminal del emisor y apunta en ladireccin en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo est enfuncionamiento activo.
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PNP

El otro tipo de transistor de unin bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refirindose alas cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistoresusados hoy en da son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeo en lamayora de las circunstancias.

Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductordopado N entre doscapas de material dopado P. Los transistores PNP son comnmente operados con elcolector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentacin atravs de una carga elctrica externa. Una pequea corriente circulando desde la basepermite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector.

La flecha en el transistor PNP est en el terminal del emisor y apunta en la direccin en laque la corriente convencional circula cuando el dispositivo est en funcionamiento activo.

Regiones operativas del transistor

Los transistores de unin bipolar tienen diferentes regiones operativas, definidasprincipalmente por la forma en que son polarizados:

Regin activa en cuanto a la polaridad:

corriente del emisor = ( + 1)Ib; corriente del colector= Ib

Cuando un transistor no est ni en su regin de saturacin ni en la regin de corteentonces est en una regin intermedia, la regin activa. En esta regin la corrientede colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de (gananciade corriente, es un dato del fabricante) y de las resistencias que se encuentrenconectadas en el colector y emisor. Esta regin es la ms importante si lo que sedesea es utilizar el transistor como un amplificador de seal.
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BJT_symbol_PNP.svghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:BJT_symbol_NPN.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29


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Regin inversa:

Al invertir las condiciones de polaridad del funcionamiento en modo activo, eltransistor bipolar entra en funcionamiento en modo inverso. En este modo, lasregiones del colector y emisor intercambian roles. Debido a que la mayora de los

BJT son diseados para maximizar la ganancia de corriente en modo activo, elparmetro beta en modo inverso es drsticamente menor al presente en modoactivo.

Regin de corte: Un transistor est en corte cuando:

corriente de colector = corriente de emisor = 0, (Ic= Ie= 0)

En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje dealimentacin del circuito. (como no hay corriente circulando, no hay cada de voltaje,verLey de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base

= 0 (Ib =0)De forma simplificada, se puede decir que el la unin CE se comporta como uncircuito abierto, ya que la corriente que lo atraviesa es cero.

Regin de saturacin: Un transistor est saturado cuando:

corriente de colector corriente de emisor = corriente maxima, (Ic Ie= Imax)

En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentacin delcircuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, verLey de Ohm.Se presenta cuando la diferencia de potencial entre el colector y el

emisor desciende por debajo del valor umbral VCE,sat

. Cuando el transistor esta ensaturacin, la relacin lineal de amplificacin Ic=Ib (y por ende, la relacinIe=(+1)Ib) no se cumple.De forma simplificada, se puede decir que la unin CE se comporta como un cable,ya que la diferencia de potencial entre C y E es muy prxima a cero.

Como se puede ver, la regin activa es til para la electrnica analgica (especialmente tilpara amplificacin de seal) y las regiones de corte y saturacin, para la electrnica digital,representando el estado lgico alto y bajo, respectivamente.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm


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DESARROLLO DE LA PRCTICA

Actividad 1. Valor de la Beta de los transistoresMedir mediante el multmetro en la opcin de transistores (hfe pnp npn) la beta de cada unode los transistores.

2N2222 BC547C BC557C

Actividad 2. Circuito de Polarizacin Fija

Arme el siguiente circuito

Medir los voltajes y corriente del siguiente circuito, posteriormente cambie el transistor2N2222 por el BC547C y vuelva a medir los voltajes y corrientes del circuito.

2N2222 BC547C

VB

VC

VCE

IB

IC

IE


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Actividad 3. Circuito Estabilizado en Emisor



2N2222 BC547C

VB

VC

VCE

IB

IC

IE

Actividad 4. Circuito por Divisor de Voltaje



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2N2222 BC547C

VB

VC

VCE

IB

IC

IE

Actividad 5. Anlisis del transistor en corte y saturacin.

Armar el siguiente circuito

12 V

100

2N2222

Vi

10 K

Vo


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Medir los voltajes y corrientes del circuito colocando en el voltaje de entrada 5 V yposteriormente 0 V.

Voltaje deentrada (Vi)

5 V 0 V

VCE

IB

IC

Cambiar la resistencia de 10 kpor una de 22 k y medir los voltajes y corrientes delcircuito colocando en el voltaje de entrada 5 V y posteriormente 0 V.

Voltaje deentrada (Vi)

5 V 0 V

VCE

IB

IC

Actividad 6. Circuitos Prcticos

Armar el siguiente circuito

12 V

100

2N2222

Vi

1 K

LED

Introducir una seal cuadrada de 5 V (Salida del generador TTL) a una frecuencia de 0.5Hz.

Indicar lo que realiza el circuito.


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ANLISIS Y PRESENTACIN DE RESULTADOS

Llenar las tablas en cada una de las actividades

Realice la simulacin de todos los circuitos desarrollados en la prctica.

Analizar todos los valores y dar una explicacin de las variaciones diferencias que existanen los valores obtenidos en lo terico y prctico.

CUESTIONARIO

1. Cul es la razn de la polarizacin del transistor?

2. Qu nos representa la (beta) del transistor?

3. Qu nos representa la (alfa) del transistor?

4. Menciona qu es el punto de operacin del transistor

5. Qu es la zona de saturacin de un transistor bipolar?

6. Qu es la zona de corte de un transistor bipolar?

7. Qu diferencia existe entre el transistor 2N2222 y el TIP41?

8. Menciona 3 aplicaciones de circuitos en conmutacin

NOTAS PARA LOS ALUMNOS.

1. El reporte final de la prctica deber ser entregado a mquina de escribir o enprocesador de textos (PC) sin excepcin ocho das despus de terminada laprctica.

2. No se aceptan copias fotostticas del reporte final.3. La entrega del reporte de prctica es en equipo mximo de 3 integrantes y conconclusiones individuales.

CONCLUSIONES DE APRENDIZAJE.


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Comparar los datos obtenidos en lo experimental, con el anlisis terico visto en Clases.(Conclusiones individuales y a mano).

RECURSOS BIBLIOGRFICOS.Boylestad, Robert L.

Electrnica: teora de circuitos

Editorial Pearson

Albella Martn, Jos Mara

Fundamentos de microelectrnica, nanoelectrnica y fotnica

Editorial Pearson

Floyd, Thomas L.

Dispositivos electrnicos

Pearson Educacin

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