PRACTICA No. 5TRANSISTOR BIPOLARObjetivos:1. Identificar las terminales del transistor bipolar.2. Medir la corriente de fuga ICBO y su variacin con la temperatura.3. Obtener y medir el voltaje de ruptura de la unin base emisor y de la unin colector-base de un transistor bipolar de silicio de tecnologa planar.4. Obtener las curvas caractersticas de entrada del transistor bipolar en configuracin de emisor comn. Observar su variacin con el voltaje de colector emisor.5. Obtener las curvas caractersticas de salida del transistor bipolar en configuracin de emisor comn. Observar y reportar su variacin con la temperatura. Identificar las regiones de operacin corte, saturacin y activa directa.DESARROLLO EXPERIMENTAL:Conceptos Bsicos:Transistor bipolar.

Distintos encapsulados de transistores.El transistor es un dispositivo electrnico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El termino transistor es la contraccin en ingles de transfer resistor (resistencia de transferencia).Los transistores son componentes esenciales para nuestra civilizacin porque toda la electrnica moderna los utiliza, ya sea en forma individual (discreta) como tambin forma parte de circuitos integrados, analgicos o digitales, de todo tipo: microprocesadores, controladores de motores elctricos, procesadores de seal, reguladores de seal, etc.Actualmente se les encuentra prcticamente en todos os enseres domsticos de uso diario: radios, televisores, grabadores, reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavarropas automticos, automviles, equipos de refrigeracin, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lmparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomgrafos, ecgrafos, etc.Sustituto de la vlvula termoinica de tres electrodos o trodo, el transistor bipolar fue inventado en los laboratorios Bell de EEUU en diciembre de 1942 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley, los cuales fueron galardonados por el premio nobel de fsica en 1956.Sus inventores los llamaron as por la propiedad que tiene el transistor de cambiar su resistencia al paso de la corriente elctrica que lo atraviesa entrando por uno de los 3 terminales (el emisor) y saliendo por otro (el colector) en funcin de la mayor o menor corriente elctrica que, para excitarlo, se inyecte en el tercero (la base).El transistor bipolar consta de un sustrato y tres partes contaminadas artificialmente que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que esta intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las vlvulas el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseo de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, capacitores e inductores que son elementos pasivos,. Su funcionamiento solo puede explicarse mediante mecnica cuntica, luego en realidad el transistor es un dispositivo cuntico.El transistor bipolar es el ms comn de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio.Existen dos tipos de transistores: el NPN y el PNP, y la direccin del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el grfico de cada tipo de transistor.El transistor es un dispositivo de 3 pastillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la plantilla que tiene la flecha en el grafico de transistor.

El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le inducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregara por otra (emisor) una cantidad mayor a esta, en un factor que se llama amplificacin.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 amplificacin) por Ib (corriente que pasa por la patilla base).Ic=B*Ib IE (corriente que pasa por la patilla emisor) es el mismo valor que Ic, solo que, la corriente en un caso entra al transistor y el otro caso sale de l, o viceversa.Segn la frmula 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 primer grafico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a mas corriente la curva es ms alta.

MATERIAL: Osciloscopio de doble trazo. Generador de seales. Multmetro analgico y/o digital. Fuente de voltaje de CD variable. Fuente de corriente de CD variable. Una pinza de punta. Una pinza de corte. 6 cables caimn caimn de 50 cm. 6 cables caimn banana de 50 cm. 6 cables banana banana de 50 cm. 4 cables coaxiales que tengan en un extremo terminacin bnc y en el otro caimanes. Una tablilla de conexiones (protoboard). 1 transistor de germanio NPN AC127. 4 transistores de silicio NPN BC547. 4 resistores de 1 K A watt. 1 resistor de 100 K a watt. 1 encendedor.Experimentos:1. Es requisito que para antes de realizar la practica el alumno presente por escrito y en forma concisa y breve los siguientes puntos sobre el transistor bipolar.a) Smbolo

b) Construccin interna.

c) Diagrama tpico de uniones.d) Modelo matematico.Las corrientes continuas en el emisor y el colector en operacin normal son determinadas por:

Modelo Ebers-Moll para transistores NPN

Modelo Ebers-Moll para transistores PNP

La corriente interna de base es principalmente por difusin y

Dnde: IE es la corriente de emisor. IC es la corriente de colector. T es la ganancia de corriente directa en configuracin base comn. (de 0.98 a 0.998) IES es la corriente de saturacin inversa del diodo base-emisor (en el orden de 1015 a 1012 amperios) VT es el voltaje trmico kT / q (aproximadamente 26 mV a temperatura ambiente 300 K). VBE es la tensin base emisor. W es el ancho de la base.La corriente de colector es ligeramente menor a la corriente de emisor, debido a que el valor de T es muy cercano a 1,0. En el transistor de unin bipolar una pequea variacin de la corriente base-emisor genera un gran cambio en la corriente colector-emisor. La relacin entre la corriente colector-emisor con la base-emisor es llamada ganancia, o hFE. Un valor de de 100 es tpico para pequeos transistores bipolares. En una configuracin tpica, una seal de corriente muy dbil circula a travs de la unin base-emisor para controlar la corriente entre emisor-colector. est relacionada con a travs de las siguientes relaciones:

Eficiencia del emisor: Otras ecuaciones son usadas para describir las tres corrientes en cualquier regin del transistor estn expresadas ms abajo. Estas ecuaciones estn basadas en el modelo de transporte de un transistor de unin bipolar.

Dnde: iC es la corriente de colector. iB es la corriente de base. iE es la corriente de emisor. F es la ganancia activa en emisor comn (de 20 a 500) R es la ganancia inversa en emisor comn (de 0 a 20) IS es la corriente de saturacin inversa (en el orden de 1015 a 1012 amperios) VT es el voltaje trmico kT / q (aproximadamente 26 mV a temperatura ambiente 300 K). VBE es la tensin base-emisor. VBC es la tensin base-colector. Modelos para seales dbilese) Comportamiento grafico de entrada y salida.

f) Parmetros principales y su definicin.Parmetro El parmetro de un transistor indica la relacin de semejanza que se produce en la corriente de colector y las variaciones de las corrientes del emisor.

As por ejejmplo, en el caso de que en un transistor se haya medido una variacin de la corriente de colector de 7.92 mA, entre dos puntos de funcionamiento, y una variacion de 8 mA en la corriente de emisor, tendremos que:

Dado que la corriente de base, suele ser muy pequea, en la mayor parte de los transistores el valor del parmetro se acerca a la unidad.Ganancia de corriente o parmetro de un transistorLa circunstancia de que una pequea corriente de base controle las corrientes de emisor y colector mucho ms elevadas, indica la capacidad que posee un transistor para conseguir una ganancia de corriente. As, la ganancia de corriente de un transistor es la relacin que existe entre la variacin o incremento de la corriente de colector y la variacin de la corriente base.

As, por ejemplo, en el caso de que en un transistor se obtenga una variacin de corriente de colector de 8 mA y de 0.08 mA en la corriente de base, la ganancia ser:

La ganancia de corriente de los transistores comerciales vara bastante de unos a otros. As, nos podemos encontrar transistores de potencia que poseen una de tan slo 20. Por otro lado, los transistores de pequea seal pueden llegar a tener una de 400. Por todo ello, se pueden considerar qe los valores normales de este parmetro se encuentran entre 50 y 300.En las tablas de especificaciones tcnicas, que facilitan los fabricantes de transistores, en vez de utilizarse la para identificar la ganancia de corriente, se suele utilizar hFE. As por ejemplo, para el transistor de referencia BC108 se lee en sus hojas de caractersticas, una hFE entre 150 y 290; lo que nos indica que la ganancia de corriente de este transistor, puede encontrarse entre estos valores.

g) Circuitos equivalentes.

h) Parmetro h.

Modelo de parmetro h

Modelo de parmetro h generalizado para un BJT NPN.Reemplazar x con e, b o c para las topologas EC, BC y CC respectivamente.Otro modelo comnmente usado para analizar los circuitos BJT es el modelo de parmetro h. Este modelo es un circuito equivalente a un transistor de unin bipolar y permite un fcil anlisis del comportamiento del circuito, y puede ser usado para desarrollar modelos ms exactos. Como se muestra, el trmino "x" en el modelo representa el terminal del BJT dependiendo de la topologa usada. Para el modo emisor-comn los varios smbolos de la imagen toman los valores especficos de: x = 'e' debido a que es una configuracin emisor comn. Terminal 1 = Base Terminal 2 = Colector Terminal 3 = Emisor iin = Corriente de Base (ib) io = Corriente de Colector (ic) Vin = Tensin Base-Emisor (VBE) Vo = Tensin Colector-Emisor (VCE)Y los parmetros h estn dados por: hix = hie - La impedancia de entrada del transistor (correspondiente a la resistencia del emisor re). hrx = hre - Representa la dependencia de la curva IBVBE del transistor en el valor de VCE. Es usualmente un valor muy pequeo y es generalmente despreciado (se considera cero). hfx = hfe - La ganancia de corriente del transistor. Este parmetro es generalmente referido como hFE o como la ganancia de corriente continua (DC) in en las hojas de datos. hox = hoe - La impedancia de salida del transistor. Este trmino es usualmente especificado como una admitancia, debiendo ser invertido para convertirlo a impedancia.Como se ve, los parmetros h tienen subndices en minscula y por ende representan que las condiciones de anlisis del circuito son con corrientes alternas. Para condiciones de corriente continua estos subndices son expresados en maysculas. Para la topologa emisor comn, un aproximado del modelo de parmetro h es comnmente utilizado ya que simplifica el anlisis del circuito. Por esto los parmetros hoe y hre son ignorados (son tomados como infinito y cero, respectivamente). Tambin debe notarse que el modelo de parmetro h es slo aplicable al anlisis de seales dbiles de bajas frecuencias. Para anlisis de seales de altas frecuencias este modelo no es utilizado debido a que ignora las capacitancias entre electrodos que entran en juego a altas frecuencias.

i) Polarizacin tpica.

2. Identificar las terminales del transistor bipolar.Existen diversas formas que nos permiten identificar las terminales de un transistor bipolar y si este es NPN o PNP, sin embargo se recomienda que siempre se consulten las hojas de especificaciones que proporciona el fabricante y que nos indican cmo estn ubicadas las terminales de emisor, colector base.En el laboratorio es conveniente comprobar que esta ubicacin es correcta y que el dispositivo est en buen estado.En el caso que no se cuente con la informacin suficiente, mediante algunas mediciones realizadas en el laboratorio, es posible identificar las terminales de los transistores bipolares y el tipo de transistor NPN o PNP de que se trate.2.1 usar el multmetro en su funcin de hmetro y aplicar la prueba conocida como prueba del amplificador e identificar las terminales del transistor.

a) Use un multimetro analgico en su funcin de hmetro. Mida el efecto rectificante entre las uniones emisor-base y colector-base (para el caso de un transistor NPN, cuando se coloca el positivo de la fuente interna del hmetro en la base (P) y el negativo en cualquiera de las otras dos terminales deber medirse baja resistencia, al invertir esta polaridad, la resistencia medida deber ser alta (use la misma escala del multimetro para la realizacin de estas pruebas). Entre las terminales de colector-emisor se observar alta resistencia sin importar como se coloque la polaridad de las terminales del hmetro. Con estas mediciones se comprubala existencia de las uniones rectificantes en el transistor bipolar y el tipo de transistor NPN o PNP. Para distinguir la terminal del colector de la terminal de emisor, ser necesario aplicar la prueba del amplificador.b) Habiendo identificado la terminal de base de las otras dos terminales y el tipo de transistor NPN o PNP, la prueba del amplificador.

2.2. Otra forma que permite identificar las terminales de este dispositivo es mediante el uso de un multimetro digital que nos permita medir la beta del transistor. Esto es que elegimos en el multimetro digital la funcin de medicin de la beta, colocamos las terminales del transistor como creamos que estn correctas y midamos la beta, cuando el dispositivo est correctamente colocado la beta medida, generalmente es grande (en la mayora de los casos mayor a 50), cuando no est bien colocado la beta que se mide es pequea (en la mayora de los casos menor a 20 y en algunos casos indica circuito abierto).2.3. Despus de identificar las terminales de sus transistores bipolares, dibjelos en isomtrico en la figura 1, indicando donde est el colector, el emisor y la base.

Figura 1 Dibujo isomtrico del transistor bipolar indicando la base, el emisor y el colector en un NPN y en un PNP

Figura 2 simbolos del transistor 3. Medir la corriente de fuga icbo y su variacin con la temperatura Al igual que en los diodos (uniones rectificantes ) se tuvo la presencia de corrientes de fuga (generadas por los portradores minoritarios ), en los transisitores bipolares tambin se presentan de tal forma si polarizamos inversamente en cualquier par de terminales del transistor se podrn medir estas corrrientes. Segn el par de terminales que elija, la corriente tendr valores diferentes aunque del mismo orden de magnitud, es importante recordar que estas corrientes son muy pequeas comparadas con las corrientes de operacin del dispositivo y que adems para el caso del silicio son mucho menores que para el germanio. En la expresin matemtica que se usa para la corriente de saturacin inversa colector-base con el emisor abierto en la figura 3 se propone un circuito para medir esta corriente y observar como varia con la temperatura . Para esta medicin usaremos el transisitor de germanio AC127.

Figura 3 Circuito propuesto para medir la corriente icbo y su variacin con la temperatura usando eltransisitor de germanio

ICBO=ICO= a temperatura ambiente ICBO1=ICO1= a temperatura mayor que la ambiente Para aumentar la temperatura acerque un cerillo encendido por cinco segundos 4. Observar y medir el voltaje de ruptura de la unin base-emisor y de la unin colector-base de un transistor bipolar con tecnologa planar.Actualmente la gran mayora de los transisitores bipolares estn construidos con tecnologa planar, en ellos las regiones del emisor base y colector presentan diferentes concentraciones de impurezas y tamaos debido alas caractersticas de construccin que se tienen en las uniones emisor-base y colector-base el voltaje de ruptura que se presenta en la unin emsor-base es menor que el que se presenta en la unin colector-base llegndose en la practica a generalizar diciendo que la unin emisor-base de un transistor bipolar de silicio se comporta como un diodo zener .Arme el circuitpo de la figura 4 y obtenga la curva del diodo emisor-base posteriormente desconecte en emisor conecte el colector y obtenga la curva del diodo colector-base use una seal senoidal con voltaje pico entre 10 y 12 V a una frecuencia entre 60 Hz y KHz

Figura 4.a Circuito propuesto para obtener la curva del diodo emisor base y colector base de un transistor bipolar

Figura 4.b curva del diodo emisor base .Reporte el voltaje al cual rompe la union emisor base VEB=0.7V

5. Obtener las curvas caractersticas de entrada del transistor bipolar en configuracin emisor comn observar su variacin con el voltaje de colector-emisor Armar el circuito de la figura 5 (observar que este circuito es semejante al de la figura 4 solo haga los cambios necesarios ) el cual permite obtener el comportamiento de la unin emisor-base del transistor bipolar y observar su variacin con el voltaje de colector emisor

Rreporte en la tabla 1 los valores medidos de la corriente en la base paro los diferentes voltajes de base-emisor Ic(uA) medida sobre la curva del diodo emisor-base VBE(V) medida sobre la curva del diodo emisor-base cuando VCE=0VVBE(V) medida sobre la curva del diodo emisor-base cuando VCE=0.5VVBE(V) medida sobre la curva del diodo emisor-base cuando VCE=5.0V

200 uA2.5mV0.463mV4.97V

100 uA2.552.9mV4.3V

150 uA2.421.6mV4.12

Tabla 1.6. Obtener las curvas caractersticas de salida del transistor bipolar en configuracin de emisor comn .Observar y reportar su variacin con la teperatrura Armar el circuito de la figura 6 y obtener una a una las curvas caractersticas de salida del transistor bipolar emisor-comun para diferentes corrientes en la base

Reporte los valores medidos de corriente de colector para los valores de voltaje colector-emisor solicitados en la tabla 2 elija los valores adecuados para la corriente de base tal que la IB haga que el transisitor bipolar trabaje en la regin de corte los valores de IB2 y IB3 lo hagan trabajar en la regin activa directa (de amplificacin) y la corriente IB4 lo lleve ala regin de saturacin.VCE=0VVCE=2VVCE=4VVCE=6VVCE=8VVCE=10VVCE=12V

IB1 corte0000000

IB activa150uA100u100u100.2u100.4u49.48u99.48u

IB3 activa0150.3u150.5u150.5u150.1u149.2u149u

IB4 saturada0200u199.3u199.3u200.3u200.7u190u

Fije la corriente de base en el valor de IB3 (regin activa ), acerque un cerillo encendido al transistor bipolar por 5 seg, Y observe que le pasa a la corriente de colector. Diga si aumenta o disminuye la corriente

Reporte en la grafica de abajo la curva caracterstica de salida del transistor bipolar para la IB3 a temperatura ambiente y a mayor temperatura. Ilustre sobre la misma grafica el cambio con diferentes colores la tinta,

Figura 7 Curva caracterstica de salida en la configuracin de emisor comn para el transistor bipolar a dos diferentes temperaturas y considerando la corriente en la base constante.

Cuestionario1. Dibuje el diagrama de bandas de un transistor bipolar en el cual la unin emisor base este polarizada directamente y la unin colector base presente polarizacin cero.

UNION EMISOR BASE

UNION COLECTOR BASE

1. Determine el valor de la alfa () para las lecturas que se realizaron en el circuito de la figura 2.

1. Escriba la expresin matematica que se usa para determinar el aumento de la corriente de fuga en una unin rectificante cuando aumenta la temperatura, hgalo tanto para el caso del silicio como para el germanio

Silicio Germanio

1. Defina que otras corrientes de fuga pueden obtenerse entre las terminales de un transistor bipolar e indique con que literales se conocen.

1. Proponga un circuito que permita obtener la corriente de fuga de la unin emisor base con el colector corto circuitado.

6. De que orden es el voltaje de ruptura colector - emisor en el transistor de silicio BC547?

7. Apartir de la tabla2 obtenga las curvas caractersticas de salida del transistor bipolar en emisor comn.

8.

9. Proponga el circuito equivalente de parmetros h para el transistor bipolar en emisor-comun y defina cada uno de los parmetros h.

10. A partir de las curvas caractersticas de la pregunta 7, obtenga los parmetros hfe, hoe, para la grafica que obtuvo con la corriente de IB3 y un VCE=4v respectivamente.

11. Cuando la corriente en la base es cero, Cunto debe de valer la corriente de colector?

12. Usando los datos de la tabla 1, obtenga las curvas caractersticas de entrada del transistor bipolar en emisor comn.

13. Determine los parmetros hibridos hie, hre usando las graficas de la pregunta anterior para una corriente de base de 40 A

14. Anote sus conclusiones 15. Anote su bibliografa consultada.