transistores bipolares

Laboratorio de Dispositivos Electrónicos

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Práctica 3.- CARACTERIZACIÓN DE COMPONENTES ACTIVOS:TRANSISTORES BIPOLARES

1.- Objetivos

Se va a abordar en esta práctica el estudio de los transistores bipolares. Los objetivos

que se pretenden con la realización de la misma serán los siguientes:

L Identificar distintos modelos de transistores bipolares, interpretando el código

marcado por el fabricante sobre el cuerpo del componente y ayudándose de los catálogos

proporcionados.

L Obtención de las características I-V, con ayuda del trazador de curvas

TEKTRONIX 571

L Medida de los tiempos de conmutación

2.- Identificación

2.1.1.- TiposEn estos dispositivos, los tipos, generalmente, están relacionados con unas

determinadas aplicaciones, o bien, por detalles de constitución interna.

Son tantas las aplicaciones de los transistores bipolares que se hace prácticamente

imposible confeccionar una lista con to¡das las aplicaciones de estos componentes, si bien se

indican las más importantes, obtenidas directamente de la información proporcionada por los

fabricantes en los “Databook”. Atendiendo a esta consideración se ha hecho la siguiente

distinción de transistores (entre paréntesis se indican las características más significativas para

cada tipo):

- de propósito general- para conmutación (ton, toff)

- para amplificación (parámetros del modelo lineal)

- osciladores (parámetros del modelo lineal)

- de potencia (PMÁX, ICMÁX, VCEMÁX, RTH)

- Darlington (hFE)


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2.2.- Codificación

A continuación se detallan los sistemas de codificación más utilizados en los

transistores bipolares.

Antes de pasar a la descripción de los códigos, se hará un breve recordatorio de las

características más relevantes de estos componentes.

L La primera consideración a tener en cuenta es el tipo de transistor de que se trata:

NPN o PNP, de forma que cualquier sustitución que se realice ha de ser con un

transistor del mismo tipo.

L También es importante el material semiconductor con el que se fabrica el

componente (Germanio o Silicio), mucho más utilizado el último. Las corrientes de

fuga en los transistores de germanio son varias veces mayores que en los de silicio;

según esto es aconsejable reemplazar un transistor por otro del mismo material base,

aunque puede sustituirse , con las precauciones adecuadas, uno de germanio por uno

de silicio, no siendo aplicable este criterio en caso contrario.

L Otro aspecto a tener en cuenta es el encapsulado, así como la identificación de

patillas o terminales para su correcta ubicación en un circuito.

L El transistor es básicamente un dispositivo de baja tensión y es importante comprobar

las tensiones máximas permisibles que pueden aplicarse a sus terminales (VCBO, VCEO,VEBO). El valor límite emisor-base suele ser, generalmente, inferior a 6 V en los

transistores de silicio, por lo que debe cuidarse este aspecto, siendo mucho mayor en

los de germanio.

L Siguiendo con las limitaciones del transistor, hay que tener en cuenta la máximacorriente de colector permisible, así como las limitaciones térmicas , ya que la unión

se calienta en el interior del transistor sometido a una carga y los fabricantes

especifican la máxima temperatura de unión permisible para evitar una excesiva

degradación de las características del dispositivo. Valores típicos de estas temperaturas

están en la región de 60-100 ºC en germanio y en 125 - 200 ºC en silicio.

L Para la disipación de potencia los fabricantes suelen especificar la potencia máxima

de dos formas:


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- valor límite en “aire libre” a 25 ºC para los dispositivos de pequeña potencia

- valor límite de disipación “referida a cápsula”a 25 ºC de temperatura de

cápsula para los dispositivos de gran potencia montados generalmente sobre

algún tipo de disipador de calor.

L Otra característica del transistor es su ganancia de corriente â (también hFE). Es

importante conocer este valor para poder calcular el circuito de polarización, así como

para conocer el funcionamiento como amplificador del dispositivo. Este valor viene

especificado para una corriente de colector determinada.

L Otro dato significativo es la frecuencia fT, a la cual la ganancia de corriente se reduce

a la unidad. Para el silicio suele ser de 10 a 100 veces mayor que para el germanio.

L Finalmente, también es útil conocer posibles sustitutos de un determinado transistor.

Las indicaciones de sustitución han de emplearse con precaución porque características

especiales no indicadas pueden hacer que el sustituto sugerido sea inaceptable para una

determinada aplicación.

Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:

- EUROPEO (PROELECTRON)- AMERICANO (JEDEC)- JAPONÉS (JIS)

El sistema europeo queda definido por dos letras mayúsculas seguidas de tresnúmeros para transistores utilizados en equipos de consumo y por tres letras y dos númerospara aplicaciones profesionales. La primera letra del código indica el tipo de material

semiconductor empleado en la fabricación (germanio, silicio,...). La segunda indica la

construcción y/o principal aplicación. La tercera, seguida de dos números o lo tres números

indican asimismo las aplicaciones.

En el sistema americano el código queda definido por un “2N” que indica que es un

dispositivo de dos o más uniones, seguido de un grupo de 4 números y una letra. Este grupo

nos es más que el número de registro y la letra una selección del tipo.

En el sistema japonés el código queda definido por “2S” que indica que es un

dispositivo de dos o más uniones, seguido por una letra y tres números. La letra que sigue al

grupo “2S” puede significar:


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A: PNP de alta frecuencia

B: PNP de baja frecuencia

C: NPN de alta frecuencia

D: NPN de baja frecuencia

Como existen distintas codificaciones puede darse el caso de que transistores con

códigos diferentes tengan características similares (transistores equivalentes).


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Tabla de identificación

CÓDIGO BD136 BD137 2N2222 BC548

Tipo-Ge/Si-

Fabricante

NPN/PNP

CápsulaIdentificación

Terminales

VCBO

VCEO

VEBO

ICMÁX

PMÁX

TJMÁX

hFE

HFE BIAS (IC)

fT

Equivalentes

Aplicaciones

En el apéndice I se indica el significado de cada uno de los términos de la tabla.


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3.- Características I-V de los transistores bipolares

La obtención de estas curvas la haremos a partir del trazador de curvas TEKTRONIX571, volcando los resultados obtenidos a la impresora conectada a él.

El funcionamiento del aparato se supone conocido (se explicó su funcionamiento en la

práctica “Diodos semiconductores”), por lo que no es necesaria ninguna aclaración. Solamente

se enumeran a título recordatorio las posibilidades de configuración para los transistoresbipolares, remitiéndo al lector al manual resumido del equipo, que se encuentra en el apéndice

X, para una información más detallada de sus posibilidades.

Function [Acquisition Continuous Compare]

Type [NPN PNP N-FET P-FET DIODE SCR]

Vce máx [0.5 1 2 5 10 20 50 100] Volt

Ic máx [0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000] mA

Ib/step [0.5 1 2 5 10 20 50 100 200 500] uA [1 2 5 10 20] mA

Steps [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]

Rload [10k 1k 100 10 1 0.25] Ohm

Pmax [ 0.1 0.5 2 10 50 100] Watt

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Conviene también aclarar que el trazador nos ofrece la posibilidad de utilizar diferentes

zócalos. Esto es debido a la existencia de distintas configuraciones de patillajes en los

encapsulados. Para usar el zócalo más idóneo es imprescindible identificar en el transistor los

distintos terminales. Una vez identificados, y en función del tipo de transistor, se localizará en

el trazador el zócalo más adecuado, intentando que no haya que doblar ni retorcer los

terminales para conectarlo, porque es muy probable que exista un zócalo que coincida

plenamente con el patillaje del componente.

Para la realización de esta parte se propone la obtención de las curvas características

de los siguientes transistores:

BD-136BD-137BC-548


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Se deben representar 10 curvas, de manera que la tensión VCE llegue a los 20 V y la

corriente de colector a 200 mA.

Obténgase el valor de hFE para una corriente igual a la especificada por los fabricantes

en sus características (ver apartado de identificación), comprobando que el parámetro medido

está conforme a lo indicado.

En la memoria de la práctica han de incluirse las copias de la configuración empleada

para cada medida, así como las curvas obtenidas, con indicación gráfica del parámetro

calculado.

Para el transistor BD-137, realícese también una ampliación de la zona de saturación.

4.- Medida de los tiempos de conmutación

Para la obtención de los tiempos de conmutación de un determinado dispositivo en un

circuito concreto, haremos pasar el punto de trabajo de corte a conducción instantáneamente.

Para ello se construirá un circuito donde se aplicará una señal cuadrada a la entrada

observando la respuesta del componente a estudiar.

En el caso de los transistores bipolares se hará la conmutación entre la zona de corte(OFF) y la de saturación (ON).

Utilizando el osciloscopio se visualizará en un canal la señal aplicada a la entrada y en

el otro la respuesta del componente. Aumentando la frecuencia de la señal de entrada empieza

a apreciarse alguna diferencia (retraso) entre la respuesta y la señal de entrada. Según esto,

aumentaremos la frecuencia de la señal hasta que sean perfectamente distinguibles los tiempos

de conmutación. Ajustando la base de tiempos del osciloscopio, para conseguir la mejor

visualización posible, se podrán medir los retardos entre entrada y salida del dispositivo

(tiempos de conmutación).

Como desarrollo práctico se propone la obtención de los tiempos de conmutación del

transistor BD-137, para lo que es necesario realizar el montaje de la figura, aplicando una

señal cuadrada a la entrada entre 0 y 5V.

Conectar un canal del osciloscopio en la señal de entrada y otro en el colector del

transistor (con la masa común). Dibujar la forma de onda de salida anotando valores de tiempo

y tensiones sobre los gráficos. Completar la tabla que se muestra a continuación.


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Tiemposde

conmutación

ton toff

td tr ts tt

BD137

5.- Cuestiones

1.- ¿Qué puede deducirse del transistor BD137, sin el apoyo del catálogo?

2.- Comparando en el catálogo los transistores SC107 y SC107B ¿cuál es la diferencia entra

ambos?

3.- Indíquese cómo realiza el trazador de curvas la medida del parámetro hFE del transistor.

¿Varía con la corriente de colector?¿Cuál es la diferencia entre los parámetros â y hFE de un

transistor?

4.- Indíquese cómo evolucionan las curvas características de salida de los transistores con la

temperatura, justificando la respuesta. Compruébese esta variación con la ayuda del trazador

de curvas empleado en la realización de la práctica.

5.- Propóngase un circuito que permita realizar la medida de los tiempos de conmutación de

un transistor pnp, con indicación de las señales a utilizar.

6.- En el circuito ensayado con el transistor BD137, ¿cuál es la máxima frecuencia permitida

si el generador de funciones proporciona una señal con un ciclo de trabajo del 50%?

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