Reporte de practica transistores bjt diego ramirez

Secretaría de Educación PúblicaTECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIORDE TEPEXI DE RODRÍGUEZ

DIVISIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA E INDUSTRIAL

INGENIERÍA MECÁNICA

SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Reporte de Práctica:USO DE TRANSISTORES BJT

Nombre del alumno:

RAMIREZ HUERTA DIEGO

Nombres del DocenteING. PEDRO CRUZ ORTEGA

Tepexi de Rodríguez, Pue. 2 de Julio de 2016

Instituto Tecnológico Superior de Tepexi de RodríguezOrganismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Puebla

Academia de Ingeniería MecánicaReporte de Prácticas de Laboratorio

Contenido

ContenidoContenido..............................................................................................................................................1

Ilustraciones..........................................................................................................................................2

Índice de Tablas...................................................................................................................................3

Introducción...........................................................................................................................................5

Objetivo..................................................................................................................................................6

Antecedentes........................................................................................................................................7

Desarrollo............................................................................................................................................16

Parte Teórica...............................................................................................................................17

Parte Práctica..............................................................................................................................19

Resultados...........................................................................................................................................24

Conclusiones.......................................................................................................................................25

Fuentes de información.....................................................................................................................26

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CARRERA PLAN DE ESTUDIO

CLAVE DE ASIGNATURA

NOMBRE DE LA ASIGNATURA UNIDAD

ING. MECÁNICA IMEC-2010-228 MED-1030 SISTEMAS

ELECTRONICOS 1

PRACTICA No.

LABORATORIO DE NOMBRE DE LA PRACTCA DURACIÓN

(HORAS)

1 MECÁNICA USO DE TRANSISTORES BJT 2

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Introducción

El transistor es un componente semiconductor de tres terminales que permite

realizar diferentes funciones tales como conmutación, oscilación, amplificación.

En la presente practica se utilizaran los transistores tipo BJT, como se

mencionó el transistor posee tres terminales, que consisten en dos capas de material

tipo p y una capa tipo n (PNP), o bien, dos capas tipo n y una capa tipo p (NPN).

El transistor posee tres regiones de operación, que se pretenden demostrar en

esta práctica para llevar a cabo el encendido de 2 LED´s

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Objetivo

Que los alumnos identifique el funcionamiento de las zonas de corte,

saturación y en activa de un transistor BJT.

Conocer la correcta polarización de las terminales del BJT.

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Antecedentes

El transistor bipolar de contacto de punto, antecesor directo del transistor de

unión, fue inventado en diciembre de 1947 en la Bell Telephone Company por John

Bardeen y Walter Houser Brattain bajo la dirección de William Shockley, cuya

primera patente solicitaron los dos primeros nombrados, el día 17 de junio de 1948, a

la cual siguieron otras patentes acerca de aplicaciones de este dispositivo. El

transistor bipolar de unión, inventado por Shockley en 1948, fue durante tres décadas

el dispositivo favorito en el diseño de circuitos discretos e integrados. Hoy en día, el

uso de los BJTs ha declinado en favor de la tecnología CMOS para el diseño de

circuitos digitales integrados.

El siglo XX ha sido la centuria que más avances ha traído a la humanidad en

cuando a electrónica se refiere. Hubo cientos de descubrimientos durante este

periodo, pero sin duda, el que representó el mayor avance de todos fue el

descubrimiento del transistor. Esto abrió paso a la creación de las computadoras, a la

reducción en tamaño, costes y consumo en los equipos electrónicos y a la tecnología

tal y como la conocemos hoy en día. Sin el transistor ni siquiera tendríamos Arduino.

Un transistor tiene múltiples usos; cuando se descubrió se trataba de

remplazar los tubos de vacío que existían en la época.

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Ilustración 1 Tubo de vacío.

Los tubos de vacío fueron dispositivos grandes, que requerían voltajes

altísimos para su funcionamiento, eran costosos y generaban mucho calor. Sin

embargo, a pesar de sus desventajas era el único dispositivo capaz de llevar a cabo

la tarea para la cual había sido diseñado: funcionar como un interruptor que le

permitiera al usuario abrir o cerrar un circuito aplicando un voltaje.

Con el descubrimiento del transistor, los tubos de vacío pasaron a la historia.

El transistor, entre sus múltiples funciones, permite al usuario utilizar un

interruptor controlado por voltaje. Tiene 3 patas, el emisor, el colector y la base.

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Ilustración 2. Transistor BJT integrado encapsulado en forma de rectángulo

Existen dos tipos de transistores BJT, el NPN y el PNP.

Ilustración 3. Representación de NPN y PNP

En el transistor se cumple una serie de condiciones relacionadas con las

corrientes y voltajes en los diferentes terminales.

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Posee diferentes usos, de los cuales ya hemos destacado su capacidad de

conmutar circuitos.

Cuando se aplica un voltaje umbral a la base del transistor, ocurre algo similar

a cuando se cierra un interruptor, se produce una corriente entre el colector y el

emisor del transistor.

Para que se produzca dicha corriente se debe cumplir una condición especial:

debe haber una diferencia de potencial entre el base y el emisor de al menos

0.7 voltios .

Es decir

Ilustración 4. Transistor no Activo.

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En esta situación el LED permanece apagado a pesar de que hay un voltaje

aplicado a la base del transistor. El voltímetro de la figura está marcando una

diferencia de potencial de0.5voltios, lo cual según la teoría que existe acerca de

transistores, no es suficiente para hacer que el transistor entre en saturación.

Si reducimos el voltaje en la base de forma tal que dicho voltímetro marque

0.7 voltios , el resultado será el siguiente:

Ilustración 5. Transistor Activo, modo saturación.

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Como podemos observar, al marcar el voltímetro una diferencia de potencial

de 700mV (0.7voltios) entonces el transistor empieza a conducir ya que ese es el

punto de disparo para el estado de saturación.

Esto es una característica propia de todos los transistores BJT, solo

conducirán corriente si y solo si hay una diferencia de potencial de0.7 voltios entre la

Base y el Emisor.

El transistor BJT como amplificador de corriente

Los transistores BJT poseen la capacidad de amplificar la corriente que pasa

entre los terminales emisor y colector, las cuales dependerán de la corriente aplicada

a la base del transistor.

Veamos un ejemplo:

Ilustración 6. Sin corriente entre el emisor y el colector.

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Cuando no hay corriente aplicada a la base del transistor, no hay corriente fluyendo

entre emisor y colector.

Ilustración 7. Modo de Amplificación de corriente

Cuando se aplica una pequeña corriente a la base entonces se inicia la conducción

entre emisor y colector.

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Como podemos observar, la corriente en el colector está determinada por la

Ley de Ohm. I=VR , donde el voltaje es 9 voltios y la resistencia 1000Ohm, lo que da

como resultado 9mA que es la corriente en el colector.

Sin embargo en el emisor la corriente no es la misma, sino que ha sido

amplificada. Esta amplificación es el resultado de sumar la corriente de la base más

la corriente del colector.

Ilustración 8. La suma de la corriente de base más la de colector es igual a la corriente del emisor.

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Aquí se aprecia que la corriente en el emisor es 129.59mA. Si sumamos la corriente

de la base y la del colector, obtenemos:

49.02+80.58=129.6mA

Para cualquier diseño que necesitemos hacer es prudente conocer el

comportamiento del transistor según las diferentes configuraciones que se puedan

dar.

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Desarrollo

Un transistor BJT puede actuar como un switch siempre que la polarización de sus terminales sea la adecuada y fluya corriente a través de la base, para realizar esta práctica es necesario conocer las zonas de funcionamiento de nuestro BJT. En el siguiente circuito se controlara la intensidad de iluminación de 2 diodos LED utilizando un potenciómetro para regular la resistencia entrante en la base del BJT.

Material necesario

2 transistores BJT 2N2222A 1 potenciómetro 10K 2 diodos LED 1 protoboard Cable TPU 2 resistencias de 1 kOhm 1 resistencia de 220 ohm

Ilustración 9. Protoboard

Ilustración 10. Transistor BJT PNP 2n2222a

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Ilustración 11. Potenciómetro de 10K

Parte Teórica

Para realizar la práctica es necesario conocer los resultados teóricos y

determinar qué sucederá si se realiza el en físico por lo que es necesario realizar el

circuito y resolver las incógnitas que serán las corrientes de cada terminal del BJT.

Los valores que se toman para nuestro circuito son los siguientes.

Vin/Vcc 7.4V

Re 330

Rc 400

Rb Variable hasta 10 kOhms

Beta 99

Vce sat 0.3

Vbe sat 1.2

Tabla 1. Valores de entrada para la solución del circuito

Para obtener los últimos tres valores es necesario acudir al datasheet de

nuestro componente.

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Para resolver este circuito no se requerirá el Vth ni la Rth, los cálculos se realizan sin la intervención de una resistencia que actue como divisor de voltaje.

Por lo que empezamos a calcular la intensidad en la base

Ib= Vcc−Vbcℜ (1+ β )+Rb

Al determinar el valor de Ib en nuestro circuito nos dio un resultado de

Ib=216 μA

Ahora queda determinar las intensidades en emisor y colector

Por lo que Icsat=vccRc+ℜ

Ie≈ Ic sat

De esta manera los resultados quedan

Icsat=13.6mAIe=13.6mAY los resultados para los voltajes quedan de la siguiente

manera

Vce=vcc−IeRe−IcRc

Por lo que

Vce=0.072V

Esto Significa que cuando el potenciómetro está completamente cerrado por un lado el transistor está trabajando en zona activa dejando fluir una corriente entre la base y el emisor de 0.072 v, es decir el diodo LED deberá encender de una manera muy tenue, y podrá ser graduado dependiendo de la posición que tenga el potenciómetro.

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Parte Práctica

Para llevar a cabo el circuito que deseamos implementar en la protoboard

primero se colocó el transistor BJT para poder realizar la correcta distribución de las

entradas, a partir de ahí ambas bases fueron conectadas a las salidas del

potenciómetro para así poder variar la entrada de corriente entrante en cada una de

ellas.

En el pin del colector del BJT se colocaron los diodos LED y una resistencia a

cada uno de ellos de 500ohms, que posteriormente se aterrizaron a tierra. El emisor

fue conectado a tierra.

La entrada del potenciómetro se conectó a vcc.

Ilustración 12. Circuito completado sobre la protoboard.

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Cuando se revisaron las conexiones y se verifico que estuviera correctamente

conectado con ayuda de una fuente de alimentación se suministraron 7.4 v, el

encendido y graduado de la intensidad de los diodos LED fue notorio.

Ilustración 13. Vista Frontal del circuito

Ilustración 14. Circuito trabajando con un voltaje de 7.4v.

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El cambio de intensidad en cada Led fue apreciable, mientras uno aumenta el

otro disminuye eso debido a que el potenciómetro tiene dos salidas mientras en una

se va aumentando cada vez más la resistencia en la otra, la resistencia toma un valor

cercano a 0.

Ilustración 15. Visualización del correcto funcionamiento del circuito. Al Led 1 se le está suministrando una resistencia muy pequeña por lo que su intensidad aumenta, por el contrario al Led 2 se le está

suministrando una resistencia de 10kohms por lo que la intensidad que fluye por él es muy pequeña.

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Ilustración 16. Led 2 en el máximo de su iluminación normal de trabajo.

Con ayuda de PCB Wizard se realizó el diseño del circuito, en el que se representan todos los componentes para llevar a cabo nuestra práctica.

Ilustración 17. Diseño realizado en PCB Wizard.

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Problemas No se podía llegar a la saturación en el BJT debido a un problema por la

correcta polarización.

Soluciones

Se revisaron los apuntes de clase y el datasheet del componente y se colocaron las resistencias en las salidas correctas.

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Resultados

Teóricos

Los resultados propuestos en la sección de teoría son los que pudimos

comprobar con la práctica, al variar la resistencia de la base, cambia la intensidad

por lo que el flujo de intervención se verá afectado por la suma de la intensidad de

colector y la base.

Prácticos

La intensidad que dan los Leds es superior a la que generalmente manejan

esto es debido a que el modo de trabajo del transistor es de amplificación de

corriente por lo que su luminosidad era muy superior. Cuando se bajaba la

resistencia del potenciómetro la intensidad era grande y el led iluminaba con

demasiada luz, mientras que cuando se aumentaba a pesar de que se estaban

suministrando 10kOhms de resistencia el Led aún se veía en activo.

Se observaron las zonas de activa y de saturación al emplear el BJT.

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Conclusiones

El BJT tiene tres zonas y puede trabajar como conmutador o como switch, en

este caso observamos las zonas de activa y de saturación, sin poder llegar a la zona

de corte debido a la poca cantidad de voltaje que ingresaba a la base del transistor

razón por la que se produce su activación.

Con el potenciómetro podemos regular la intensidad de lacorriente que entra

en la base del transistor y de esa manera influir en el resultado de salida.

Fuentes de información

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Apuntes de Clase

Datasheet del integrado 2n2222a

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Engineering

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