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Componentes Electrónicos

Prácticas - Laboratorio

Práctica 4: Transistores

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Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos

Área de Tecnología Electrónica

1

Práctica 4: Transistores (Montaje y medida en laboratorio) Índice: 1. Material de prácticas

2. El transistor BJT en continua. Polarización

2.1. Circuito autopolarizado

2.2. Circuito de polarización con tensión de base

3. El transistor BJT como amplificador

3.1. Circuito amplificador en Emisor Común

3.2. Circuito amplificador en Colector Común

Anexo. Hoja de características del transistor P2N2222

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2

En esta práctica se abordará el montaje y medida de circuitos con transistores BJT. Para ello, se hará uso del siguiente instrumental, disponible en el laboratorio de electrónica básica:

- Fuentes de tensión. - Multímetros digitales (voltímetro y amperímetro). - Generador de señal. - Osciloscopio

En el primer apartado, se analizarán dos de los circuitos de polarización más utilizados en amplificadores (circuito autopolarizado y circuito polarizado con tensión de base), evaluando las distintas zonas de funcionamiento de los transistores en función de las tensiones y resistencias del circuito de polarización. En el segundo apartado se abordará el montaje y medida de circuitos amplificadores con transistores BJT. En particular se obtendrán los principales parámetros de un amplificador en emisor común con resistencia de emisor parcialmente desacoplada y, posteriormente, de un amplificador configurado en colector común. Antes de empezar la práctica, el alumno debe leerse la hoja de características del transistor que se va a utilizar en la misma (2N2222), especialmente la asignación de pines del transistor. El datasheet se encuentra en un anexo al final de la práctica. 1. Material de prácticas El material necesario para el desarrollo de la práctica es el siguiente:

- Placa de inserción. - Resistencias: 47! (2); 180!; 150!; 330!; 820! (2); 1k!; 2k2!; 5k6!. - Condensadores: 100µF (3). - Transistor BJT: NPN P2N2222.

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2. El transistor BJT en continua. Polarización 2.1. Circuito autopolarizado El objetivo de este apartado es el montaje y medida del circuito mostrado en la figura 1. Se trata de un circuito con transistor BJT autopolarizado.

Figura 1. Circuito autopolarizado con transistor BJT NPN

Monte en la placa de inserción el circuito autopolarizado de la figura 1. Antes de conectar la alimentación del circuito asegúrese de que el transistor esté bien montado, es decir compruebe la asignación de los pines.

a) Con la ayuda de los amperímetros y los voltímetros de que dispone en su puesto de trabajo rellene la siguiente tabla. Recuerde que la tensión se mide en paralelo y la corriente en serie.

b) Cambie la resistencia R2 del circuito por los valores que se detallan en la siguiente tabla y mida el resto de parámetros que le piden en la misma. Justifique los resultados obtenidos.

Q1

Q2N2222

R1

5k6

RC

820

R2

820

RE

180

0

12V

IB IC IE VCE VBE VBC ! Reg. Oper.

R2 IB IC VBE VCE ! Reg. Oper.

330!

2k2!

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2.1. Circuito de polarización con tensión de base Monte en la placa de inserción el circuito de polarización de transistor con fuente de tensión en la base que se muestra en la figura 2.

Figura 2. Circuito de polarización con tensión de base

a) Rellene la siguiente tabla, midiendo los distintos parámetros del transistor para cada uno de los valores de tensión VB que se indican.

Cambie la fuente de continua VB por una tensión senoidal de 1V de amplitud, frecuencia 1kHz y valor medio no nulo de 0.7V (ajustar el offset del generador de funciones). Compruebe en vacío (conectando directamente el generador de funciones al osciloscopio) que la salida del generador es la correcta.

b) Conecte la señal senoidal al circuito y mida con el osciloscopio la tensión de entrada (mídala de nuevo, pues será distinta a la obtenida en vacío) y la tensión de salida (tensión en el colector). Represente ambas señales en la gráfica adjunta. Justifique las formas de onda obtenidas.

Q1

Q2N2222

VB

00

RB

5k6

RC

2k2

5V

VB IB IC VCE VBE VBC Reg. Oper.

0.5V

0.7V

1V

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2. El transistor BJT como amplificador En este apartado analizaremos el funcionamiento el funcionamiento del transistor BJT como componente principal de un circuito amplificador. Para ello se medirán los principales parámetros del amplificador, como son la ganancia en tensión, la ganancia en intensidad, la impedancia de entrada y la impedancia de salida. Este análisis se realizará tanto para un amplificador en configuración de emisor común como para un amplificador en colector común. 3.1. Circuito amplificador en Emisor Común Considere el circuito amplificador en emisor común con resistencia parcialmente desacoplada que se muestra en la figura 3. La tensión de entrada es una señal senoidal con una amplitud de 150mV y una frecuencia de 1kHz (offset nulo).

Figura 3. Circuito amplificador en emisor común con RE parcialmente desacoplada

Monte el circuito de la figura 3 en la placa de inserción y ajuste la señal de entrada en vacío (conecte directamente la salida del generador de funciones al osciloscopio) Realice las siguientes medidas, orientadas a la obtención de los parámetros del amplificador.

a) Ganancia de Tensión. Conecte la señal de entrada al amplificador. Conecte el canal 1 del osciloscopio a la entrada del amplificador y el canal 2 a la salida del mismo. Mida la amplitud y fase de ambas tensiones. Obtenga la ganancia de tensión como el cociente de la tensión de salida entre la tensión de entrada.

vin= v0= Av=

R2

820

0

R1

5k6

RL1k

C1

100u

12V

0

C3

100u

v oQ1

Q2N2222

RE1

47

RE2

150

v in

C2

100u

RC

820

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b) Impedancia de entrada. Para medir la impedancia de entrada necesitamos medir la tensión de entrada y la intensidad de entrada del amplificador. Esto último supone un problema, ya que el osciloscopio únicamente mide tensión. Para poder medir esta intensidad, conectaremos una resistencia externa conocida (en este caso de 47!) entre el punto de entrada del amplificador y la fuente de entrada. Conocida la tensión en ambos bornes de esta nueva resistencia podemos determinar la intensidad de entrada, que junto con la tensión de entrada (mídala de nuevo, ya que habrá cambiado respecto al punto anterior) nos proporcionan la impedancia de entrada. Recuerde que al medir la tensión con el osciloscopio, forzosamente el terminal negro de cada uno de los canales tiene que estar conectado a la tierra del circuito.

Figura 4. Esquema para el cálculo de la impedancia de entrada del amplificador

iin= vin= Zin=

c) Ganancia de corriente Para obtener este parámetro necesitamos la intensidad de entrada y la de salida. Para poder obtener la intensidad de entrada, mantenemos el montaje del punto anterior con la resistencia externa de 47! conectada a la entrada del amplificador. La corriente de salida la podemos obtener a partir de la tensión de la impedancia de carga y teniendo en cuenta el valor de ésta (1k!).

iin= i0= Ai=

d) Impedancia de salida. Para obtener este parámetro, seguiremos los mismos pasos que en teoría, es decir, eliminaremos las fuentes independientes del circuito (fuente de tensión de entrada) y conectaremos una fuente de test a la salida del amplificador (sin la resistencia de carga). Obteniendo la tensión y la corriente de esta fuente tendremos la impedancia de salida. Para obtener la intensidad de la fuente de test conectaremos una resistencia externa entre la fuente y la salida del amplificador (ver circuito de la figura 5). La fuente de test tendrá las mismas características (amplitud y frecuencia) que la tensión de entrada del amplificador.

v gZin

47 v invA AMPLIFICADOR

iin

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Figura 5. Circuito para la obtención de la impedancia de salida del amplificador

iout= vout= Zout= Considere de nuevo el circuito amplificador con resistencia de emisor parcialmente desacoplada mostrado en la figura 3. Sustituya la resistencia R2 del amplificador por una resistencia de 330!. Mida la tensión de entrada y de salida y represéntelas en la siguiente gráfica. Indique la región de funcionamiento del amplificador y justifique los resultados obtenidos. Región de funcionamiento:

Zoutv t

47v in

0

vout

00

AMPLIFICADOR

iout

vt

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Sustituya la resistencia R2 del amplificador por una resistencia de valor 2.2k!. Dibuje de nueva las tensiones de entrada y salida del circuito. Indique la región de funcionamiento del amplificador y justifique los resultados. Región de funcionamiento: 3.2. Circuito amplificador en Colector Común En este último apartado de la práctica mediremos y analizaremos los parámetros de un amplificador basado en transistor con configuración de colector común. Se trata del circuito que se muestra en la figura 6, donde el circuito de polarización es el mismo que el utilizado en el apartado anterior. Monte el circuito en la placa de pruebas y ajuste midiendo en vacío una tensión de entrada senoidal de 150mV de amplitud, 1kHz de frecuencia y media nula. Siga las instrucciones dadas en el apartado anterior para la medida y obtención de los parámetros del amplificador y rellene la tabla adjunta.

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Figura 6. Circuito amplificador en colector común

Justifique los resultados obtenidos y compárelos de forma razonada con los que ha obtenido previamente para el amplificador en configuración de emisor común.

RC

820

v in

RE1

47

C3

100u

v out

0

Q1

Q2N2222

0

RE2

150

RL

1k

C2

100uR2

820

R1

5k6

C1

100u

12V

Ganancia de Tensión

vin= vout= Av= Impedancia de Entrada

iin= vin= Zin=

Ganancia de Intensidad

iin= Iout= Ai=

Impedancia de Salida

iout= vout= Zout=

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Semiconductor Components Industries, LLC, 2007

April, 2007 -- Rev. 51 Publication Order Number:

P2N2222A/D

P2N2222A

Amplifier TransistorsNPN Silicon

Features

These are Pb--Free Devices*

MAXIMUM RATINGS (TA = 25 C unless otherwise noted)

Characteristic Symbol Value Unit

Collector--Emitter Voltage VCEO 40 Vdc

Collector--Base Voltage VCBO 75 Vdc

Emitter--Base Voltage VEBO 6.0 Vdc

Collector Current -- Continuous IC 600 mAdc

Total Device Dissipation @ TA = 25 CDerate above 25 C

PD 6255.0

mWmW/ C

Total Device Dissipation @ TC = 25 CDerate above 25 C

PD 1.512

WmW/ C

Operating and Storage JunctionTemperature Range

TJ, Tstg --55 to+150

C

THERMAL CHARACTERISTICS

Characteristic Symbol Max Unit

Thermal Resistance, Junction to Ambient R JA 200 C/W

Thermal Resistance, Junction to Case R JC 83.3 C/W

Stresses exceeding Maximum Ratings may damage the device. MaximumRatings are stress ratings only. Functional operation above the RecommendedOperating Conditions is not implied. Extended exposure to stresses above theRecommended Operating Conditions may affect device reliability.

*For additional information on our Pb--Free strategy and soldering details, pleasedownload the ON Semiconductor Soldering and Mounting TechniquesReference Manual, SOLDERRM/D.

http://onsemi.com

P2N2222ARL1G TO--92(Pb--Free)

5000 Units/Bulk

Device Package Shipping�†

P2N2222AG TO--92(Pb--Free)

2000/Tape & Ammo

ORDERING INFORMATION

COLLECTOR1

2BASE

3EMITTER

�†For information on tape and reel specifications,including part orientation and tape sizes, pleaserefer to our Tape and Reel Packaging SpecificationBrochure, BRD8011/D.

1 2312

BENT LEADTAPE & REELAMMO PACK

STRAIGHT LEADBULK PACK

3

TO--92CASE 29STYLE 17

MARKING DIAGRAM

P2N2222A

AYWW G

G

A = Assembly LocationY = YearWW = Work WeekG = Pb--Free Package

(Note: Microdot may be in either location)

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P2N2222A

http://onsemi.com2

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TA = 25 C unless otherwise noted)

Characteristic Symbol Min Max Unit

OFF CHARACTERISTICS

Collector--Emitter Breakdown Voltage(IC = 10 mAdc, IB = 0)

V(BR)CEO40 --

Vdc

Collector--Base Breakdown Voltage(IC = 10 mAdc, IE = 0)

V(BR)CBO 75--

Vdc

Emitter--Base Breakdown Voltage(IE = 10 mAdc, IC = 0)

V(BR)EBO6.0 --

Vdc

Collector Cutoff Current(VCE = 60 Vdc, VEB(off) = 3.0 Vdc)

ICEX-- 10

nAdc

Collector Cutoff Current(VCB = 60 Vdc, IE = 0)(VCB = 60 Vdc, IE = 0, TA = 150 C)

ICBO----

0.0110

mAdc

Emitter Cutoff Current(VEB = 3.0 Vdc, IC = 0)

IEBO--

10 nAdc

Collector Cutoff Current(VCE = 10 V)

ICEO-- 10

nAdc

Base Cutoff Current(VCE = 60 Vdc, VEB(off) = 3.0 Vdc)

IBEX-- 20

nAdc

ON CHARACTERISTICS

DC Current Gain(IC = 0.1 mAdc, VCE = 10 Vdc)(IC = 1.0 mAdc, VCE = 10 Vdc)(IC = 10 mAdc, VCE = 10 Vdc)(IC = 10 mAdc, VCE = 10 Vdc, TA = --55 C)(IC = 150 mAdc, VCE = 10 Vdc) (Note 1)(IC = 150 mAdc, VCE = 1.0 Vdc) (Note 1)(IC = 500 mAdc, VCE = 10 Vdc) (Note 1)

hFE355075351005040

--------300----

--

Collector--Emitter Saturation Voltage (Note 1)(IC = 150 mAdc, IB = 15 mAdc)(IC = 500 mAdc, IB = 50 mAdc)

VCE(sat)----

0.31.0

Vdc

Base--Emitter Saturation Voltage (Note 1)(IC = 150 mAdc, IB = 15 mAdc)(IC = 500 mAdc, IB = 50 mAdc)

VBE(sat)0.6--

1.22.0

Vdc

SMALL--SIGNAL CHARACTERISTICS

Current--Gain -- Bandwidth Product (Note 2)(IC = 20 mAdc, VCE = 20 Vdc, f = 100 MHz)C

fT300 --

MHz

Output Capacitance(VCB = 10 Vdc, IE = 0, f = 1.0 MHz)

Cobo-- 8.0

pF

Input Capacitance(VEB = 0.5 Vdc, IC = 0, f = 1.0 MHz)

Cibo-- 25

pF

Input Impedance(IC = 1.0 mAdc, VCE = 10 Vdc, f = 1.0 kHz)(IC = 10 mAdc, VCE = 10 Vdc, f = 1.0 kHz)

hie2.00.25

8.01.25

k

Voltage Feedback Ratio(IC = 1.0 mAdc, VCE = 10 Vdc, f = 1.0 kHz)(IC = 10 mAdc, VCE = 10 Vdc, f = 1.0 kHz)

hre----

8.04.0

X 10--4

Small--Signal Current Gain(IC = 1.0 mAdc, VCE = 10 Vdc, f = 1.0 kHz)(IC = 10 mAdc, VCE = 10 Vdc, f = 1.0 kHz)

hfe5075

300375

--

Output Admittance(IC = 1.0 mAdc, VCE = 10 Vdc, f = 1.0 kHz)(IC = 10 mAdc, VCE = 10 Vdc, f = 1.0 kHz)

hoe5.025

35200

mMhos

Collector Base Time Constant(IE = 20 mAdc, VCB = 20 Vdc, f = 31.8 MHz)

rb Cc-- 150

ps

Noise Figure(IC = 100 mAdc, VCE = 10 Vdc, RS = 1.0 k , f = 1.0 kHz)

NF-- 4.0

dB

1. Pulse Test: Pulse Width 300 ms, Duty Cycle 2.0%.2. fT is defined as the frequency at which |hfe| extrapolates to unity.

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P2N2222A

http://onsemi.com3

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TA = 25 C unless otherwise noted) (Continued)

Characteristic Symbol Min Max Unit

SWITCHING CHARACTERISTICS

Delay Time (VCC = 30 Vdc, VBE(off) = --2.0 Vdc,IC = 150 mAdc, IB1 = 15 mAdc) (Figure 1)

td -- 10 ns

Rise Time tr -- 25 ns

Storage Time (VCC = 30 Vdc, IC = 150 mAdc,IB1 = IB2 = 15 mAdc) (Figure 2)

ts -- 225 ns

Fall Time tf -- 60 ns

Figure 1. Turn--On Time Figure 2. Turn--Off Time

SWITCHING TIME EQUIVALENT TEST CIRCUITS

Scope rise time < 4 ns*Total shunt capacitance of test jig,connectors, and oscilloscope.

+16 V

--2 V< 2 ns

0

1.0 to 100 ms,DUTY CYCLE 2.0%

1 k

+30 V

200

CS* < 10 pF

+16 V

--14 V0

< 20 ns

1.0 to 100 ms,DUTY CYCLE 2.0%

1 k

+30 V

200

CS* < 10 pF

--4 V

1N914

1000

10

20

30

5070100

200

300

500700

1.0 k0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0 2.0 3.0 5.0 7.0 10 20 30 50 70 100 200 300 500 700IC, COLLECTOR CURRENT (mA)

h FE,DC

CURRENTGAIN

TJ = 125 C

25 C

--55 C

VCE = 1.0 VVCE = 10 V

Figure 3. DC Current Gain

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P2N2222A

http://onsemi.com4

V CE,CO

LLECTOR--EMITTERVOLTAGE(VOLTS) 1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

00.005 0.01 0.02 0.03 0.05 0.1 0.2 0.3 0.5 1.0 2.0 3.0 5.0 10 20 30 50

IB, BASE CURRENT (mA)

Figure 4. Collector Saturation Region

TJ = 25 C

IC = 1.0 mA 10 mA 150 mA 500 mA

Figure 5. Turn--On Time

IC, COLLECTOR CURRENT (mA)

70100

200

50

t,TIME(ns)

10 20 70

5.0

1005.0 7.0 30 50 200

10

30

7.0

20

IC/IB = 10TJ = 25 C

tr @ VCC = 30 Vtd @ VEB(off) = 2.0 Vtd @ VEB(off) = 0

3.0

2.0300 500

500

t,TIME(ns)

5.07.010

20

30

5070100

200

300

Figure 6. Turn--Off Time

IC, COLLECTOR CURRENT (mA)10 20 70 1005.0 7.0 30 50 200 300 500

VCC = 30 VIC/IB = 10IB1 = IB2TJ = 25 C

t s = ts -- 1/8 tf

tf

Figure 7. Frequency Effects

f, FREQUENCY (kHz)

4.0

6.0

8.0

10

2.0

0.1

Figure 8. Source Resistance Effects

RS, SOURCE RESISTANCE (OHMS)

NF,NOISEFIGURE(dB)

1.0 2.0 5.0 10 20 500.2 0.50

100

NF,NOISEFIGURE(dB)

0.01 0.02 0.05

RS = OPTIMUMRS = SOURCERS = RESISTANCE

IC = 1.0 mA, RS = 150500 mA, RS = 200100 mA, RS = 2.0 k50 mA, RS = 4.0 k

f = 1.0 kHz

IC = 50 mA100 mA500 mA1.0 mA

4.0

6.0

8.0

10

2.0

050 100 200 500 1.0 k 2.0 k 5.0 k 10 k 20 k 50 k 100 k

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P2N2222A

http://onsemi.com5

Figure 9. Capacitances

REVERSE VOLTAGE (VOLTS)

3.0

5.0

7.0

10

2.00.1

CAPACITANCE(pF)

1.0 2.0 3.0 5.0 7.0 10 20 30 500.2 0.3 0.5 0.7

Ccb

20

30

Ceb

Figure 10. Current--Gain Bandwidth Product

IC, COLLECTOR CURRENT (mA)

70

100

200

300

50

500

f T,CURRENT--GAINBANDWIDTH

PRODUCT

(MHz)

1.0 2.0 3.0 5.0 7.0 10 20 30 50 70 100

VCE = 20 VTJ = 25 C

Figure 11. �“On�” Voltages

IC, COLLECTOR CURRENT (mA)

0.4

0.6

0.8

1.0

0.2

V,VOLTAGE(VOLTS)

0

TJ = 25 C

VBE(sat) @ IC/IB = 10

VCE(sat) @ IC/IB = 10

VBE(on) @ VCE = 10 V

Figure 12. Temperature Coefficients

IC, COLLECTOR CURRENT (mA)

--0.5

0

+0.5CO

EFFICIENT(mV/

C)

--1.0

--1.5

--2.5

R VC for VCE(sat)

R VB for VBE

0.1 1.0 2.0 5.0 10 20 500.2 0.5 100 200 500 1.0 k

1.0 V

--2.0

0.1 1.0 2.0 5.0 10 20 500.2 0.5 100 200 500

Page 17: Práctica 4. Transistores Laboratorioumh1221.edu.umh.es/wp-content/uploads/sites/266/2013/05/Práctica-4... · El transistor BJT como ... un amplificador en configuración de emisor

P2N2222A

http://onsemi.com6

PACKAGE DIMENSIONS

TO--92 (TO--226)CASE 29--11ISSUE AM

NOTES:1. DIMENSIONING AND TOLERANCING PER ANSI

Y14.5M, 1982.2. CONTROLLING DIMENSION: INCH.3. CONTOUR OF PACKAGE BEYOND DIMENSION R

IS UNCONTROLLED.4. LEAD DIMENSION IS UNCONTROLLED IN P AND

BEYOND DIMENSION K MINIMUM.

R

A

P

J

L

B

K

GH

SECTION X--XCV

D

N

N

X X

SEATINGPLANE DIM MIN MAX MIN MAX

MILLIMETERSINCHES

A 0.175 0.205 4.45 5.20B 0.170 0.210 4.32 5.33C 0.125 0.165 3.18 4.19D 0.016 0.021 0.407 0.533G 0.045 0.055 1.15 1.39H 0.095 0.105 2.42 2.66J 0.015 0.020 0.39 0.50K 0.500 ------ 12.70 ------L 0.250 ------ 6.35 ------N 0.080 0.105 2.04 2.66P ------ 0.100 ------ 2.54R 0.115 ------ 2.93 ------V 0.135 ------ 3.43 ------1

NOTES:1. DIMENSIONING AND TOLERANCING PER

ASME Y14.5M, 1994.2. CONTROLLING DIMENSION: MILLIMETERS.3. CONTOUR OF PACKAGE BEYOND

DIMENSION R IS UNCONTROLLED.4. LEAD DIMENSION IS UNCONTROLLED IN P

AND BEYOND DIMENSION K MINIMUM.

RA

P

J

B

K

G

SECTION X--XC

V

D

N

X X

SEATINGPLANE DIM MIN MAX

MILLIMETERS

A 4.45 5.20B 4.32 5.33C 3.18 4.19D 0.40 0.54G 2.40 2.80J 0.39 0.50K 12.70 ------N 2.04 2.66P 1.50 4.00R 2.93 ------V 3.43 ------

1

T

STRAIGHT LEADBULK PACK

BENT LEADTAPE & REELAMMO PACK

STYLE 17:PIN 1. COLLECTOR

2. BASE3. EMITTER

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P2N2222A/D

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