CURVA CARACTERÍSTICA DE UN TRANSISTOR

CURVA CARACTERÍSTICA DE UN TRANSISTOR

TRANSISTOR ´S CHARACTERISTIC CURVE

Beleño Molina Daniel A.a, Manotas Cantillo Andrés F.b, Ripoll Sierra Hankel A. c, Utria Rincón Luis A. d, Álvarez Navarro Juan C. e

a,b,c,d Estudiantes,   eDocente

Recibido              ; Aceptado          ; Publicado en línea        .

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Resumen

Esta experiencia realizada en el laboratorio de electrónica de la Universidad del Atlántico, tuvo como objetivo final trazar la curva característica del tipo de transistor utilizado y además analizar el comportamiento del mismo para diferentes montajes. En el diseño experimental del circuito se destacan la utilización de resistencias óhmicas, una como base de circuito y otra como resistencia de carga, para que de esta forma el transistor pueda producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada propuesta en función de las fuentes de voltajes implicadas. Por último considere también que se pretende identificar con la ayuda del multímetro los terminales del transistor usado, ya que de esta manera se conoce el tipo de elemento utilizado en el montaje y bajo esta consideración debe realizarse la conexión adecuada para la práctica; en la experiencia fue utilizado un transistor del tipo NPN con una referencia de fábrica 2N3904.

Palabras claves: Transistor, Colector, Emisor, Base, Ganancia.

                                                                                      Abstract

This experience developed in the electronic´s lab at the Universidad Del Atlántico, had as the main objective graph the characteristic curve of the type of transistor used in the practice and also analyze the behavior of the same component for different assemblies. In the experimental design of the circuit were highlighted the use of ohmic resistors, one to create the base of the circuit and another such as a load resistor, with the purpose to produce an output signal in response to another input signal given in terms of sources of voltages involved. Finally, take into account to identify the terminals of the transistor with the correct function of the multimeter used, all this in order to recognize the element type used in the assembly and under this consideration make the appropriate connection for the practice performed; in the experience was used an NPN transistor with a 2N3904 factory reference.

Keywords: Transistor, Collector, Emitter, Base, Gain.

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1. Introducción

Un transistor es conocido también como BJT (bipolar junction transistor) que quiere decir transistor de unión bipolar, dando alusión a las regiones semiconductoras presentes en ese componente y así determinar su aplicación en específico.   Se considera el transistor como una invención muy significativa a lo largo del siglo XX, este inventado en 1947 por un equipo de científicos de Bell Laboratorios. William Schochley, Walter Brattain y John Bardeen desarrollaron el dispsi

tivo de estado sólido que reemplazó al tubo de vacío. Cada uno  de ellos recibió el premio Nobel en 1956.

El BJT se utiliza en dos áreas extensas: como amplificador lineal para reforzar o amplificar una señal eléctrica y como un interruptor electrónico; para cualquier aplicación debe tenerse claro el fundamento de las uniones semiconductoras pues debe aclarase el tipo de transistor, siendo PNP o NPN.

1. Marco teórico

Una vez estudiado el diodo de unión, que es el dispositivo semiconductor de dos terminales más elemental, ahora dirigimos nuestra atención a dispositivos semiconductores de 3 terminales, que son mucho más útiles que los de dos terminales porque se puede utilizar en un multitud de aplicaciones que varían desde una amplificación de señales hasta el diseño de circuitos digitales lógicos y de memoria. Los principios fundamentales que intervienen aquí son el uso del voltaje entre dos terminales para controlar la corriente que circula en el tercer terminal. En esta forma, un dispositivo de 3 terminales se puede usar para realizar una fuente controlada, que es la base para el diseño de amplificadores. También, en el extremos la señal de control se puede emplear para hacer que la corriente del tercer terminal cambie de cero a un valor grane, permitiendo así que el dispositivo actúe como interruptor.

Un transistor se define como un dispositivo semiconductor para aplicaciones de amplificación y conmutación.

El transistor se utiliza ampliamente en circuitos discretos y en el diseño de circuitos integrados tanto analógicos como digitales. Las curvas características del dispositivo están tan bien entendidas que se pueden diseñar circuitos transistorizados cuya operación es sorprendentemente predecible y bastante insensible a variaciones de los parámetros del dispositivo. [1]

El BJT (transistor de unión bipolar) se construye con tres regiones semiconductoras separadas por dos uniones pn, como lo muestra la estructura plana epitaxial de la figura 1(a). Las tres regiones se llaman emisor, base y colector. En las figuras 1(b) y (c) se muestran representaciones físicas de los dos tipos de BJT. Un tipo se compone de dos regiones n separadas por una región p (npn) y el otro tipo consta de dos regiones p separadas por una región n (pnp). El término bipolar se refiere al uso tanto de huecos como de electrones como portadores de corriente en la estructura de transistor.

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Figura 1. Construcción básica de un BTJ. a) Estructura plana epitaxial básica. b) npn. c) pnp. Tomado de [2]

 La unión pn que une la región de la base y la región del emisor se llama unión base-emisor. La unión pn que une la región de la base y la región del colector se llama unión base-colector, como la figura 1(b) lo muestra: un conductor conecta a cada una de estas tres regiones. Estos conductores se designan E, B y C por emisor, base y colector, respectivamente.

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Figura 2. Simbolos de un BTJ estándar. a) npn. b) pnp. Tomado de [2]

La región de la base está ligeramente dopada y es muy delgada en comparación con las regiones del emisor, excesiva me te dopada, y la del colector, moderadamente dopada (la siguiente sección explica la razón de esto). La figura 2 muestra los símbolos esquemáticos para los transistores npn y pnp.

La figura 3 muestra los arreglos para polarización tanto de BJT npn como pnp para que operen como amplificador. Observe que en ambos casos la unión base-emisor (BE) está polarizada en directa y la unión base-colector (BC) polarizada en inversa. Esta condición se llama polarización en directa-inversa.

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Figura 3. Polarización en directa e inversa de un  BTJ. a) npn. b) pnp. Tomado de [2]

Para entender cómo opera un transistor de manera detallada y analizada desde el punto de vista microscópico considere ver la figura A-1 que se encuentra disponible en el anexo de este informe.

Las direcciones de las corrientes en un transistor npn y su símbolo esquemático se muestran en la figura 4(a); las correspondientes a un transistor pnp se muestran en la figura 4(b). Observe que la flecha en el emisor en el interior de los símbolos de transistor apunta en la de reacción de la corriente convencional. Estos diagramas muestran que la corriente de emisor (IE) es la suma de la corriente de colector (IC) y la corriente de base (IB), expresada de la siguiente manera:

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Figura 4. Corrientes en el transistor. a) npn. b) pnp. Tomado de [2]

La ganancia de corriente de cd de un transistor es el cociente de la corriente de cd del colector (IC) entre la corriente de cd de la base (IB) y se expresa como beta de cd:

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Los valores típicos de βcd van desde 20 hasta 200 o más, βcd normalmente se expresa como un parámetro híbrido (h) equivalente, hfe en hojas de datos de los transistores. El cociente de la corriente de cd del cole toro (IC) entre la corriente de cd del emisor (IE) es el alfa de cd (αcd). La alfa es un parámetro menos utilizado que la beta en circuitos con transistores:

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En general, los valores de αcd van desde 0.95 hasta 0.99 o más, aunque αcd siempre es menor que 1. La razón es que IC siempre es un poco menor que IE en una cantidad de IB.

Considere la configuración del circuito de polarización de transistor básico que aparece en la figura 5. Es posible identificar tres corrientes de cd y tres voltajes de cd.

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Figura 5. Corrientes y voltajes en el transistor. Tomado de [2]

Siendo: IB: corriente de cd de base, IE: corriente de cd de emisor, IC: corriente de cd de colector, VBE: voltaje de cd en la base con respecto al emisor, VCB: voltaje de cd en el colector con respecto a la base, VCE: voltaje de cd en el colector con respecto al emisor.

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