Medición de Voltajes en un Transistor BJT: Reporte de Práctica 5 - Prof. Linares | Ejercicios de Análisis de Circuitos Eléctricos

Circuitos Eléctricos y Electrónicos

REPORTE DE PRACTICA 5

“MEDICION DE VOLTAJES EN UN TRANSISTOR BJT”

Juan José Bautista Espinosa, Renee Paola Lezama Salas, Carlos Castro Cerecedo, Ian Misael Moyotl

Moyotl, Alejandro Tlatoa Martínez.

Tercer Carril del Ejido “Serrano” s/n San Mateo Cuanalá. Juan C. Bonilla, Puebla, Pue.

Resumen: El propósito de la practica realizada

fue medir y analizar las corrientes y voltajes en

un transistor BJT 2N2222, utilizando una fuente

de alimentación variable (0V a 12V) y una fuente

fija de 10V, junto con un potenciómetro ajustable

(0kΩ a 10kΩ) ilustrando, así como un

potenciómetro en la base de un BJT puede

controlar las corrientes y voltajes en el transistor,

afectando su operación y permitiendo el análisis

de su comportamiento en diferentes condiciones

de polarización.

Introducción

Los transistores de unión bipolar BJT por sus

siglas en inglés (Bipolar Junction Transistor), son

dispositivos semiconductores de estado sólido

que permiten controlar el paso de corriente o

disminuir voltaje a través de sus terminales [1].

Los transistores BJT están formados por dos

uniones de tipo “P y N” o bien de dos diodos

semiconductores. Existen dos tipos transistores

BJT, el de tipo NPN y el PNP. Un transistor tipo

NPN, está formado por dos capas de material tipo

“N” y separadas por una capa tipo “P”.

Estos transistores cuentan con tres terminales,

emisor, base y colector (ilustración 1). La zona

central se denomina base, y las laterales emisor y

colector. Estos pines se representan por la inicial

del nombre de la zona respectiva: E (emisor), B

(base) y C (colector) [2].

– La zona de E (emisor), es la más fuertemente

dopada, es la zona en cargada de “emitir” o

inyectar portadores mayoritarios hacia la base.

-La B (base), tiene un nivel de dopado netamente

inferior al de la zona de emisor. Su misión es la

de dejar pasar la mayor parte posible de

portadores inyectados por el emisor hacia el

colector.

-La zona de C (colector), es encargada de recoger

o “colectar” los portadores inyectados que han

sido capaces de atravesar la base por parte del

emisor. Es la zona con un nivel de dopado

inferior de las tres.

Inicialmente, es primordial saber de qué la curva

I-V del transistor 2N2222 es esencial para diseñar

y optimizar circuitos electrónicos que utilicen

transistores. Comprender estas curvas permite a

los ingenieros determinar las condiciones

óptimas de operación para aplicaciones

específicas, asegurando un rendimiento eficiente

y fiable del dispositivo en circuitos

amplificadores y de conmutación.

Con la practica elaborada se busca explorar las

propiedades del transistor, integrando un

potenciómetro en el circuito. El cual actuará

como un resistor variable que permitirá ajustar la

corriente de base (IB) del transistor. Al variar IB,

Ilustración 1 Estructura de un transistor BJT tipo

NPN

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Circuitos Eléctricos y Electrónicos REPORTE DE PRACTICA 5 “MEDICION DE VOLTAJES EN UN TRANSISTOR BJT” Juan José Bautista Espinosa, Renee Paola Lezama Salas, Carlos Castro Cerecedo, Ian Misael Moyotl Moyotl, Alejandro Tlatoa Martínez. Tercer Carril del Ejido “Serrano” s/n San Mateo Cuanalá. Juan C. Bonilla, Puebla, Pue. Resumen: El propósito de la practica realizada fue medir y analizar las corrientes y voltajes en un transistor BJT 2N2222, utilizando una fuente de alimentación variable (0V a 12V) y una fuente fija de 10V, junto con un potenciómetro ajustable (0kΩ a 10kΩ) ilustrando, así como un potenciómetro en la base de un BJT puede controlar las corrientes y voltajes en el transistor, afectando su operación y permitiendo el análisis de su comportamiento en diferentes condiciones de polarización. Introducción Los transistores de unión bipolar BJT por sus siglas en inglés (Bipolar Junction Transistor), son dispositivos semiconductores de estado sólido que permiten controlar el paso de corriente o disminuir voltaje a través de sus terminales [1]. Los transistores BJT están formados por dos uniones de tipo “P y N” o bien de dos diodos semiconductores. Existen dos tipos transistores BJT, el de tipo NPN y el PNP. Un transistor tipo NPN, está formado por dos capas de material tipo “N” y separadas por una capa tipo “P”. Estos transistores cuentan con tres terminales, emisor, base y colector (ilustración 1). La zona central se denomina base, y las laterales emisor y colector. Estos pines se representan por la inicial del nombre de la zona respectiva: E (emisor), B (base) y C (colector) [2].

La zona de E (emisor), es la más fuertemente dopada, es la zona en cargada de “emitir” o inyectar portadores mayoritarios hacia la base.
- La B (base), tiene un nivel de dopado netamente inferior al de la zona de emisor. Su misión es la de dejar pasar la mayor parte posible de portadores inyectados por el emisor hacia el colector.
- La zona de C (colector), es encargada de recoger o “colectar” los portadores inyectados que han sido capaces de atravesar la base por parte del emisor. Es la zona con un nivel de dopado inferior de las tres. Inicialmente, es primordial saber de qué la curva I-V del transistor 2N2222 es esencial para diseñar y optimizar circuitos electrónicos que utilicen transistores. Comprender estas curvas permite a los ingenieros determinar las condiciones óptimas de operación para aplicaciones específicas, asegurando un rendimiento eficiente y fiable del dispositivo en circuitos amplificadores y de conmutación. Con la practica elaborada se busca explorar las propiedades del transistor, integrando un potenciómetro en el circuito. El cual actuará como un resistor variable que permitirá ajustar la corriente de base (IB) del transistor. Al variar IB, Ilustración 1 Estructura de un transistor BJT tipo NPN

se podrá controlar la corriente de colector (IC), demostrando así la capacidad del transistor para amplificar corrientes. Los materiales requeridos para la realización de la práctica fueron los siguientes: Materiales

1 protoboard
1 potenciómetro de 10KΩ
3 resistencia con valor de 150Ω
2 resistencias con valor de 100Ω
1 transistor BJT NPN (2N2222)
1 fuente de alimentación
1 multímetro
3 puntas para osciloscopio
2 caimanes

Desarrollo de la practica:

Paso1.- Como primera instancia se procedió a conectar el transistor de manera que el colector (C) se conectó a las dos resistencias de 100Ω, mientras que el emisor (E) a las resistencias de 150Ω, para así poder dividir y limitar la corriente que fluye a través de esas partes del circuito, al mismo tiempo que en la base (B) se conectó una resistencia de 50Ω con el fin de proteger el transistor de alguna posible corriente excesiva. En cuanto a la conexión de las resistencias se colocaron 3 resistencias en paralelo de 150Ω y 2 resistencias de 100 Ω igualmente en paralelo para obtener un valor de resistencia total específico (50Ω en este caso) esto con el fin de distribuir la potencia disipada entre varias resistencias, mejorando así la eficiencia y seguridad del circuito. En cuanto al potenciómetro se midieron individualmente, con la ayuda de un multímetro los valores de las resistencias que el potenciómetro puede tomar en un parámetro ajustable de ( 0 kΩ, 2kΩ, 4kΩ, 6kΩ, 8kΩ y 10 kΩ). Posteriormente se conectó la base (B) del transistor a la terminal del potenciómetro a través de la resistencia de 50Ω con el fin de que el potenciómetro ajuste la resistencia en la base controlando la corriente de base IB, así mismo se conectaron las dos terminales positivas de la fuente de alimentación previamente calibradas en voltajes de 2 V y 10V, teniendo la fuente de 2V conectada a la base y la segunda fuente de 10V conectada a la terminal del colector, en cuanto a la terminal del emisor se conectó a la tierra de la fuente con valor de 2 V y la del circuito. Teniendo en cuenta que la fuente de 2V actuaría como una fuente variable capaz de proporcionar diferentes voltajes, comenzado con un valor de 0V incrementando cada 2V hasta alcanzar un valor máximo de 12V conforme se tomaron las mediciones correspondientes. Una vez terminadas las conexiones se procedió a conectar jumpers en cada terminal del transistor esto con el fin de poder tomar mediciones precisas, tal como se muestra en la ilustración 2. Para un análisis más claro y preciso del circuito se procedió a recrearlo en programa Proteus el cual se muestra en la ilustración 3. Ilustración 2 Estructura del circuito conformado por un transistor BJT (2N2222), un potenciómetro y 5 resistencias con valores de 150 Ω y 100 Ω

Por otro lado, en cuanto al potenciómetro se inició por medir en 0kΩ hasta alcanzar los 10kΩ en cada variación de voltaje que se aplicó. Una vez obtenidos las mediciones en cuanto a las terminales (VB, VC, VE), posteriormente mediante las fórmulas siguientes se obtuvieron los valores correspondientes de VCB, VBE y VCE. VCB = VC- VB (voltaje en colector – voltaje en base) VCE = VC – VE (voltaje en colector – voltaje en emisor) VBE = (voltaje en base – voltaje en emisor) En cuanto a IB, IC e IE se calcularon y son representados en miliamperios (mA), ya que en dicha unidad de medida las mediciones son más precisas y por ende el cálculo en cuanto a la ganancia de la corriente (β) es más fácil de obtener. Dichos valores se obtuvieron mediante la aplicación de la ley de Ohm y los valores previamente calculados en (VB, VC, VE), por ejemplificar algunos: IB 0 V en fuente con 0kΩ IB = VX-VB/50Ω IB= (0.03-0.03) / 50 Ω= 0A IC 4V en fuente con 10KΩ IC= 10V-VC/ 50 Ω IC= (10-7.94) / 50 Ω=0.041A IE 12V con 6KΩ IE= (VE- 0 V) / 50 Ω IE= (10-7.94) / 50 Ω= 0 .100A Así mismo el cálculo del término “β” (factor de amplificación de corriente de un transistor bipolar BJT) en todos los voltajes (0V a 12V) y variaciones del potenciómetro (0kΩ a 10kΩ) calculados, se obtuvo mediante la razón entre la corriente de colector (IC) y la corriente de base (IB) dados por la formula: IC = βIB* En donde al despejar se obtiene β= IC/IB. Dicho calculo se realizó debido a su importancia al momento de comprender cuanto se amplifica la señal de entrada en la salida, por ejemplificar algunos: 4V con 10KΩ β =IC/IB β =0.041/0.272x10-^3 β =150. 10V con 8kΩ β = IC/IB β =0.231/1.41x10-^3 β =163. Ilustración 6. Valor de 6.94V en VC con 12V en la fuente V1 y 0Ω en el potenciómetro.

En la ilustración 7 se muestran todos los valores obtenidos en cuanto a las mediciones tomadas principalmente por las terminales (B, C, E) en donde se registraron las variaciones tanto de los voltajes como del potenciómetro. Dichos valores obtenidos se graficaron de manera que se distinguiera el comportamiento de cada valor tomado respecto al voltaje. Los parámetros designados para el eje x fueron los valores de VCE (voltaje colector-emisor) y para él eje y los valores con respecto a IC tal como se muestra en la ilustración 8. Ilustración 7 Tabla con los valores en voltajes de 0V, 2V, 4V, 6V, 8V, 10V y 12V

Sin embargo, para los Voltajes de la Base (VB) y del Emisor (VE), VB disminuye ligeramente con el aumento de la resistencia en el potenciómetro al igual que VE también disminuye, pero de manera menos pronunciada. Al variar el potenciómetro, se puede observar cómo las corrientes y los voltajes en el transistor BJT 2N2222 cambian. Estos cambios son coherentes con el comportamiento esperado de un transistor en configuración de emisor común, y permiten una comprensión más profunda de la operación del BJT y su respuesta a diferentes condiciones de polarización. Conclusiones Juan José Bautista: Demostramos que el transistor BJT en el circuito está funcionando correctamente y cumple con su propósito dentro del diseño del circuito. Esto implica que el transistor está amplificando señales o conmutando correctamente, según sea su función en el circuito. Al confirmar que las mediciones de voltajes y corrientes están dentro de los rangos esperados, verificamos que el transistor no está dañado y que el circuito está correctamente diseñado y operando como se pretende. Carlos Castro: En esta práctica, se ha demostrado el funcionamiento de un transistor BJT tipo NPN en conjunto con un potenciómetro para controlar el flujo de corriente en un circuito. Al ajustar el potenciómetro, se pudo observar cómo la corriente de base (Ib) influye en la corriente de colector (Ic) y, por ende, en la amplificación de señal del transistor. Renee Paola Lezama: La práctica de laboratorio ha proporcionado una comprensión profunda del funcionamiento y las características de un transistor BJT tipo NPN. A través de diversas mediciones y ajustes controlados de corriente y voltaje, se ha logrado identificar, comprender y estudiar las diferentes regiones de operación del transistor y su respuesta a variaciones en la corriente de base. Ian Moyotl Moyotl: La práctica del BJT ha proporcionado una comprensión profunda de este dispositivo fundamental en la electrónica. A través de la experimentación, se ha consolidado el conocimiento teórico y se ha adquirido experiencia práctica en el manejo y análisis de transistores bipolares. Alejandro Tlatoa: En esta práctica de laboratorio, se ha estudiado el comportamiento y las características del transistor bipolar de unión (BJT). A lo largo de la sesión, se realizaron varias mediciones y experimentos para comprender mejor cómo funciona este componente esencial en la electrónica. Referencias [1] F.A Lindholm, «Transistor BJT,» PVEducation, 08 02 2013. [En línea]. Available: https://electronicaonline.net/componentes- electronicos/transistor/transistor-de-union- bipolar/. [Último acceso: 19 07 2024]. [2] F. Ayala, «TRANSISTORES BJT,» UNIT Electronics, 11 10 2019. [En línea]. Available: https://uelectronics.com/transistores-bjt/. [Último acceso: 19 07 2024].

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