Practicas Con Transistores

2013

Electrnica I.I.E. Jos Martn lvarez Hernndez

PRCTICAS CON TRANSISTORES BJT Este documento es para la realizacin de prcticas para los alumnos de la Carrera de Ingeniera en Sistemas Computacionales Administrativos de la Universidad de Xalapa con el objeto de que tengan una mejor comprensin de lo que es este dispositivo y sus aplicaciones.

Prcticas con Transistores BJT 2013 Tabla de contenido Prcticas con Transistores ................................................................................................................... 2

Circuito de Polarizacin Fija ................................................................................................................ 2

Anlisis de Malla de Base-Emisor .................................................................................................... 2

Anlisis de Malla de Colector-Emisor .............................................................................................. 3

Ejemplo 1 ..................................................................................................................................... 4

Ejercicio 1 .................................................................................................................................... 7

Circuito de Polarizacin Estabilizado en Emisor .................................................................................. 8

Anlisis de Malla de Base-Emisor .................................................................................................... 8

Anlisis de Malla de Colector-Emisor .............................................................................................. 9

Ejemplo 2 ................................................................................................................................... 10

Ejercicio 2 .................................................................................................................................. 12

Circuito de Polarizacin Por Divisor de Voltaje ................................................................................. 13

Ejemplo 3 ................................................................................................................................... 14

Ejercicio 3 .................................................................................................................................. 17

Circuito de Polarizacin de DC Por Retroalimentacin de Voltaje .................................................... 18

Anlisis de Malla de Base-Emisor .................................................................................................. 18

Anlisis de Malla de Colector-Emisor ............................................................................................ 19

Ejemplo 4 ................................................................................................................................... 20

Ejercicio 4 .................................................................................................................................. 22

1

Prcticas con Transistores BJT 2013 Prcticas con Transistores

Circuito de Polarizacin Fija En la siguiente figura se muestra el circuito de polarizacin fija, proporciona una introduccin relativamente directa y simple al anlisis de polarizacin de CD de un transistor. An cuando la red emplea un transistor NPN, las ecuaciones y clculos se aplican en forma correcta por igual a una configuracin PNP con slo cambiar todas las direcciones de corriente y polaridades de voltaje.

Para el anlisis de este circuito se debe considerar dos mallados, uno de la base y el otro del colector, quedando el circuito de la siguiente manera:

Anlisis de Malla de Base-Emisor

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Prcticas con Transistores BJT 2013 Considerando primero la malla del circuito base-emisor que se mostro anteriormente, podemos escribir la ecuacin de voltajes de Kirchhoff para la malla:

= 0 = + = + = El valor de Voltaje de la Fuente () y el Valor de Voltaje de Base a Emisor () son constantes, la seleccin de un resistor de base () establece el nivel de la corriente de base para el punto de operacin.

Anlisis de Malla de Colector-Emisor

La seleccin de la malla Colector Emisor se muestra en el diagrama anterior donde indica la direccin de la corriente () y la polaridad resultante a travs de (). La magnitud de la corriente de colector se relaciona directamente con () por medio de:

= Aplicando la ley de Voltajes de Kirchhoff en la direccin de las manecillas del reloj a lo largo de la malla de salida, se obtendr la siguiente frmula:

= 0 O visto de otra manera: = 0 = 0 =

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Prcticas con Transistores BJT 2013 As se establece que el voltaje a travs de la regin de Colector Emisor de un transistor en la configuracin de polarizacin fija es la Fuente de Voltaje menos la cada a travs de la Resistencia en el Colector ().

= es el Voltaje de Colector a Emisor, es el Voltaje de del Colector y el Voltaje de Emisor, Sin embargo = 0 debido a que esta puesta a tierra y la frmula se simplifica a:

= Es la misma analoga para la siguiente frmula: = Donde es el Voltaje de Base a Emisor (Que es el voltaje de polarizacin del diodo que se encuentra en el transistor con un valor de 0.7), es el Voltaje de del Base y el Voltaje de Emisor, Sin embargo = 0 debido a que esta puesta a tierra y la frmula se simplifica a: =

Ejemplo 1 Determinar la siguiente para la configuracin de Polarizacin Fija, con una = 113 para el transistor 2N2222. a) e b) c) e d)

= = 12 0.7240 = 47.08 = = (113)(47.08) = 5.32 = = 12 0.7 = 11.3

4

Prcticas con Transistores BJT 2013

= = (12) (5.32)(2.2) = .29 = = (5.32)(2.2) = 11.7

= es el Voltaje de Colector a Emisor, es el Voltaje de del Colector y el Voltaje de Emisor, Sin embargo = 0 debido a que esta puesta a tierra y la frmula se simplifica a:

= , = Donde es el Voltaje de Base a Emisor (Que es el voltaje de polarizacin del diodo que se encuentra en el transistor con un valor de 0.7), es el Voltaje de del Base y el Voltaje de Emisor, Sin embargo = 0 debido a que esta puesta a tierra y la frmula se simplifica a: = ,

= = .7 .29 = .404 La siguiente figura es una simulacin hecha en Proteus.

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Prcticas con Transistores BJT 2013 Forma de conexin del transistor:

En la siguiente figura podemos observar cmo se conecta fsicamente el dispositivo.

De la siguiente manera podemos hacer la medicin de lo que es la corriente que pasa por el circuito.

De la siguiente manera podemos hacer la medicin del voltaje que pasa por el circuito.

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Ejercicio 1 Determinar la siguiente para la configuracin de Polarizacin Fija, con una = 112 para el transistor 2N2222, hacer su simulacin en proteus y realizarlo fsicamente. a) e b) c) e d)

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Prcticas con Transistores BJT 2013 Circuito de Polarizacin Estabilizado en Emisor En la siguiente figura se muestra el circuito de polarizacin de polarizacin estabilizado en el emisor que como su nombre lo dice mejora una polarizacin de DC del BJT incorporndole un resistor en el emisor (La corriente y el Voltaje en polarizacin DC permanecern cerca de los niveles establecidos por el circuito a pesar de cambios en las condiciones exteriores como la temperatura y la beta del transistor). A continuacin se demostrar matemticamente.

Para el anlisis de este circuito se debe considerar dos mallados, uno de la base y el otro del colector, quedando el circuito de la siguiente manera:


Considerando primero la malla del circuito base-emisor que se mostro anteriormente, podemos escribir la ecuacin de voltajes de Kirchhoff para la malla: = 0 = + +

= + + Podremos utilizar la relacin de la corriente en el emisor con el de la corriente de base mediante la siguiente frmula: 8


= + e = = ( + 1) Por lo tanto: = + + ( + 1)

= + ( + 1) Anlisis de Malla de Colector-Emisor

La seleccin de la malla Colector Emisor se muestra en el diagrama anterior; aplicando la ley de Voltajes de Kirchhoff en la direccin de las manecillas del reloj a lo largo de la malla de salida, se obtendr la siguiente frmula:

= 0 = 0 Al sustituir y agrupar los trminos podemos deducir lo siguiente: ( + ) = 0 = ( + )

Tambin se puede obtener:

= Y de ecuacin podemos obtener : = + O de esta manera equivalente podemos obtener :

9


= Tambin se puede obtener:

= Y de ecuacin podemos obtener : = + O de esta manera equivalente podemos obtener : =

Ejemplo 2 Determinar la siguiente para la configuracin de Polarizacin Fija, con una = 190 para el transistor 2N2222. a) e b) c) , y d)

= + ( + 1) = 20 0.7(430) + (1)(190 + 1) = 31.07

= = (190)(31.07) = 5.9 = ( + ) = (20) (5.9)(2 + 1) = 2.28

= = (5.9)(2) = 11.8 = ( + 1) = (190 + 1)(31.07) = 5.93

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= = (5.93)(1) = 5.93 = = (31.07)(430) = 13.36

= = (11.8) (13.36) = 1.56 La siguiente figura es una simulacin hecha en Proteus.


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Ejercicio 2 Determinar la siguiente para la configuracin de Polarizacin Fija, con una = 120 para el transistor 2N2222, hacer su simulacin en proteus y realizarlo fsicamente. a) e b) c) , y d)

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Circuito de Polarizacin Por Divisor de Voltaje En las configuraciones de polarizacin previas, la Corriente y el Voltaje de polarizacin eran funcin de la ganancia de corriente del transistor. Debido a que es sensible a la temperatura, especialmente para el caso de los transistores de silicio y a que el valor de normalmente no se encuentra bien definida, sera deseable desarrollar un circuito de polarizacin que sea menos dependiente. La siguiente configuracin cumple con tales condiciones.

Para el anlisis de dicho circuito se utilizara el mtodo exacto que puede aplicarse en cualquier configuracin por divisin de voltaje; Para ello es necesario volver a dibujar el circuito para el anlisis en DC. La red equivalente de Thvenin para la red de la izquierda de la terminal de la base puede determinarse de la siguiente manera:

La fuente de voltaje se reemplazo por un equivalente de corto circuito.

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= 1 2 = 1 21 + 2 La fuente de voltaje se reincorpora a la red y se calcula el voltaje Thvenin de circuito abierto de la siguiente manera:

= 2 = 2 1 + 2 Posteriormente se dibuja el diagrama que viene a continuacin y se determinar al aplicar la ley de voltaje de Kirchhoff en direccin de las manecillas de reloj quedando la siguiente frmula:

= 0 Al sustituir = ( + 1) y despejando la queda:

= + ( + 1) Una vez que se conoce , las cantidades restantes de la red pueden encontrarse de la misma forma que la empleada para la configuracin con polarizacin en emisor:

= ( + ) Ejemplo 3 Determinar la siguiente para la configuracin de Polarizacin Fija, con una = 213 para el transistor 2N2222.

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Prcticas con Transistores BJT 2013 a) y b) , e c) , y d) e

= 1 2 = 1 21 + 2 = (30)(3.9)(30) + (3.9) = 3.45

= 2 = 2 1 + 2 = (3.9)(22)(30) + (3.9) = 2.53 = + ( + 1) = 2.53 0.7(3.45) + (1.5)(213 + 1) = 5.64

= = (213)(5.64) = 1.20 = = (1.20)(10) = 12.01

= ( + 1) = (213 + 1)(5.64) = 1.20 = = (1.20)(1.5) = 1.81

= ( + ) = (22) (5.9)(10+ 1.5) = 8.18 1 = 1 1 + 2 = (30)(22)(30) + (3.9) = 19.46 = = (12.01) (19.46) = 7.45

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Prcticas con Transistores BJT 2013 La siguiente figura es una simulacin hecha en Proteus.


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Ejercicio 3 Determinar la siguiente para la configuracin de Polarizacin Fija, con una = 190 para el transistor 2N2222, hacer su simulacin en proteus y realizarlo fsicamente. a) y b) , e c) , y d) e

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Circuito de Polarizacin de DC Por Retroalimentacin de Voltaje Es posible obtener un mejor nivel de estabilidad al introducir una trayectoria de retroalimentacin desde el colector a la base. La sensibilidad ante cambios en la beta o a variaciones de temperatura es normalmente menor que la que se encuentra en las configuraciones de polarizacin fija o de polarizacin en emisor. El anlisis nuevamente se efectuar comenzando por analizar la malla base-emisor con los resultados aplicados luego a la malla colector-emisor.


Considerando primero la malla del circuito base-emisor que se mostro anteriormente, podemos escribir la ecuacin de voltajes de Kirchhoff para la malla: = 0 = + + +

= + + + 18

Prcticas con Transistores BJT 2013 Es importante observar que la corriente (siendo = + ), sin embargo exceden los niveles de por lo que se utiliza la relacin

= Por lo tanto:

= () + + + () = + ( + )

Anlisis de Malla de Colector-Emisor

Al aplicar la ley de voltaje de Kirchhoff alrededor de sta, en sentido de las manecillas de reloj, el resultado es:

= 0

= 0 Al sustituir y agrupar los trminos podemos deducir lo siguiente: ( + ) = 0 = ( + )

El cul es exactamente el obtenido para las configuraciones de polarizacin en emisor y de divisor de voltaje.

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Prcticas con Transistores BJT 2013 Ejemplo 4 Determinar la siguiente para la configuracin de Polarizacin Fija, con una = 200 para el transistor 2N2222. a) , e b) , y c)

= + ( + ) = 10 0.7(250) + (200)(4.7 + 1.2) = 6.503

= = (6.503)(250) = 1.62 = = (200)(6.72) = 1.30 = = (1.30)(4.7) = 6.11 = = (1.505)(1.2) = 1.56

= ( + ) = (10) (1.30)(4.7+ 1.2) = 2.32 20

Prcticas con Transistores BJT 2013 La siguiente figura es una simulacin hecha en Proteus.


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Ejercicio 4 Determinar la siguiente para la configuracin de Polarizacin Fija, con una = 200 para el transistor 2N2222, hacer su simulacin en proteus y realizarlo fsicamente. a) , e b) , y c)

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Prcticas con TransistoresCircuito de Polarizacin FijaAnlisis de Malla de Base-EmisorAnlisis de Malla de Colector-EmisorEjemplo 1Ejercicio 1

Circuito de Polarizacin Estabilizado en EmisorAnlisis de Malla de Base-EmisorAnlisis de Malla de Colector-EmisorEjemplo 2Ejercicio 2

Circuito de Polarizacin Por Divisor de VoltajeEjemplo 3Ejercicio 3

Circuito de Polarizacin de DC Por Retroalimentacin de VoltajeAnlisis de Malla de Base-EmisorAnlisis de Malla de Colector-EmisorEjemplo 4Ejercicio 4

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