uso de transistores bjt

Secretaría de Educación Pública

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TEPEXI DE RODRÍGUEZ

DIVISIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA E INDUSTRIAL

INGENIERÍA MECÁNICA

SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Reporte de Práctica:

USO DE TRANSISTORES BJT

Nombre del alumno:

MIRANDA REYES IVAN DANIEL

Nombres del Docente

ING. PEDRO CRUZ ORTEGA

Tepexi de Rodríguez, Pue. 2 de Julio de 2016

Instituto Tecnológico Superior de Tepexi de Rodríguez Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Puebla

Academia de Ingeniería Mecánica

Reporte de Prácticas de Laboratorio

Página 1

Contenido

Contenido

Contenido................................................................................................................................................ 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




Página 2

Ilustraciones

Ilustración 1 Tubo de vacío. ..................................................................................................................... 8

Ilustración 2. Transistor BJT integrado encapsulado en forma de rectángulo......................................... 9

Ilustración 3. Representación de NPN y PNP ........................................................................................... 9

Ilustración 4. Transistor no Activo.......................................................................................................... 10

Ilustración 5. Transistor Activo, modo saturación. ................................................................................ 11

Ilustración 6. Sin corriente entre el emisor y el colector. ...................................................................... 12

Ilustración 7. Modo de Amplificación de corriente ................................................................................ 13

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

emisor. .................................................................................................................................. 14

Ilustración 9. Protoboard .................................................................................................................... 16

Ilustración 10. Transistor BJT PNP 2n2222a .................................................................................. 16

Ilustración 11. Potenciómetro de 10K .............................................................................................. 17

Ilustración 12. Circuito completado sobre la protoboard. .............................................................. 19

Ilustración 13. Vista Frontal del circuito ........................................................................................... 20

Ilustración 14. Circuito trabajando con un voltaje de 7.4v. ........................................................... 20

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.............................................................................................................. 21

Ilustración 16. Led 2 en el máximo de su iluminación normal de trabajo. .................................. 21

Ilustración 17. Diseño realizado en PCB Wizard. .................................................................. 22




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Índice de Tablas

Tabla 1. Valores de entrada para la solución del circuito ...................................................... 17




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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 (bipolar Junction

Transistor), 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 operativas, que se pretenden utilizar en esta

práctica para llevar a cabo el encendido de 2 diodos LED




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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 de 0.5 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠, 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

700 𝑚𝑉 (0.7 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠) 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 de 0.7 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 =𝑉

𝑅, donde el voltaje es 9 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠 y la resistencia 1000 𝑂ℎ𝑚, 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 129.59 𝑚𝐴. Si sumamos la corriente

de la base y la del colector, obtenemos:

49.02 + 80.58 = 129.6 𝑚𝐴

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 − 𝑉𝑏𝑐

𝑅𝑒(1 + 𝛽) + 𝑅𝑏

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

𝐼𝑏 = 216𝜇𝐴

Ahora queda determinar las intensidades en emisor y colector

Por lo que

𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 =𝑣𝑐𝑐

𝑅𝑐 + 𝑅𝑒

𝐼𝑒 ≈ 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡

De esta manera los resultados quedan

𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 = 13.6𝑚𝐴

𝐼𝑒 = 13.6𝑚𝐴

Y 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 0.072𝑣, 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 7.4𝑣, 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.

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




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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.

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




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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 corriente que entra en la base del

transistor y de esa manera influir en el resultado de salida. Cuando se hace fluir la

menor cantidad de resistencia en la base se satura completamente, lo que produce

que entre el colector y el emisor fluya la cantidad total de voltaje y amperaje.




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Fuentes de información

Apuntes de Clase

Datasheet del integrado 2n2222a

uso de transistores bjt

Engineering