tp - transistor bipolar con hoja de datos

ET Nº 17 Cornelio Saavedra Distrito Escolar XIII

Región V

Especialidad Electrónica

Laboratorio 4º Año PRACTICAS UNIFICADAS

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Trabajo Práctico Nº - Transistor Bipolar

1) Introducción Teórica

a) Generalidades

El transistor bipolar es un dispositivo de tres terminales (emisor, base y colector), que, atendiendo a su fabricación, puede ser de dos tipos: NPN y PNP. En la figura siguiente, se encuentran los símbolos de circuito y nomenclatura de sus terminales. La forma de distinguir un transistor de tipo NPN de un PNP es observando la flecha del terminal de emisor. En un NPN esta flecha apunta hacia fuera del transistor; en un PNP la flecha apunta hacia dentro. Además, en funcionamiento normal, dicha flecha indica el sentido de la corriente que circula por el emisor del transistor.

A continuación, se definen corrientes y tensiones en el transistor.

b) Efecto Transistor El transistor es un dispositivo cuya resistencia interna puede variar en función de la

señal de entrada. Esta variación de resistencia provoca que sea capaz de regular la corriente que circula por el circuito al que está conectado. (Transfer Resistor).


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Como puede observarse en la figura anterior, para este transistor, se tiene una juntura (base-emisor) polarizada en directa, y una juntura (colector-base) polarizada en inversa. Debido a esto, el emisor inyectará huecos al material N de la base; la mayor parte de éstos la atraviesan debido a que es muy delgada), también atraviesan la juntura colector base y finalmente llegan al colector que está polarizado en forma inversa. Una pequeña porción de estos huecos se recombinan en la base, la que entrega al emisor una cantidad igual de electrones. La corriente que llega al colector depende casi exclusivamente de la corriente de emisor, son de ésta manera prácticamente iguales; siendo la constante que las iguala α o HFB.

Otra corriente que llega al colector, (aunque muy pequeña) es la corriente de saturación inversa de la juntura colector-base, cuando el emisor está abierto y se denomina ICBO, equivalente a la IS del diodo.

Con la suma de estas dos corrientes, podemos lograr la corriente de colector, en esta forma de polarizar al transistor (base común).

(1)

Si aplicamos Kirchhoff: (2) Operando matemáticamente:

Agrupando:

Finalmente:


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Tenemos entonces:

(3) Las ecuaciones (1) y (3), muestran el funcionamiento del transistor en dos

configuraciones distintas. El primer caso, se denomina base común ya que el parámetro de entrada es la IE y el de salida es la IC, siendo entonces la base del transistor el terminal común a las dos mallas.

La segunda muestra el funcionamiento del transistor en la disposición emisor común, ya que en este sentido el parámetro de entrada es la corriente de base, y el de salida es la corriente de colector.

Es importante comparar α con β α: se denomina ganancia estática de corriente en base común y es un parámetro

que varia con la construcción del transistor, oscilando su valor entre 0,90 y 0,99. β: se denomina ganancia estática del corriente en emisor común, si α=0,99,

tendremos entonces

c) Datos de un transistor Los transistores se diseñan con características específicas para responder a ciertas

necesidades de aplicación. El fabricante proporciona hojas de especificaciones para estas características. Los datos se presentan en forma de tabla y en forma gráfica. Es importante entender estas tablas y gráficas. A continuación se presenta la gráfica de las curvas de salida del transistor 2N3904, propuesto para esta práctica.

KEC - SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA


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2) Objetivos de la Experiencia

• Familiarizar al alumno con los datos de los manuales de transistores. • Determinar y graficar la familia de curvas características del colector o curvas de

salida (IC en función de VCE para la configuración Emisor Común). • Estudiar el principio de funcionamiento del transistor, analizando las curvas

características obtenidas.

3) Elementos a utilizar

2 Fuentes variables de corriente continua 3 Multímetros digitales 1 Transistor 2N3904 1 Resistencia de 470 Ω x ¼ W 1 Potenciómetro de 2,5 KΩ 1 Interruptor 4) Desarrollo de la experiencia

4.1. Arme el circuito de la figura anterior. Establezca VBB en 1.4 V y VCC en 0 V; S1 está abierto. Determine R1 para que VE sea de 0 V. Los amperímetros IB e IC deben estar en la escala mayor de mA, a fin de proteger los medidores. La amplitud se elige después de conectar la alimentación. Revise las conexiones del circuito antes de conectar la alimentación.

4.2. Cierre S1 Ajuste R1 de manera que IB1 sea de 10 µA. Ajuste de nuevo R1, cuando sea necesario en los pasos 4.3 y 4.4, para mantener IB1 = 10 µA. La lectura del voltímetro deberá ser 0 (VCE = 0). Lea el valor de lC y anótelo en la tabla.


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4.3. Poco a poco ajuste VCC por cada valor de VCE que incluye la tabla. Observe el valor de lC para cada valor de VCE y anótelo en la tabla.

4.4. Ajuste VCC para que VCE = 0 V. Establezca R1 para que IB2 = 20 µA y mantenga lB en este valor durante los pasos 4.5 y 4.6.

4.5. Lea el valor de lC y anótelo en la tabla. 4.6. Ajuste los valores de VCC por cada valor de VCE que registra la tabla. Observe y

anote el valor de lC para cada valor de VCE. Monitoree lB y reajuste R1, si es necesario, para mantener IB2 = 20 µA.

4.7. Repita los pasos del 4.4 hasta el 4.6 para todos los valores de lB de la tabla. 4.8. Abra S1. Con los datos de la tabla, grafique las curvas características del colector

para la configuración en emisor común del 2N3904; utilice papel milimétrico o un software graficador, teniendo en cuenta que VCE es el eje horizontal e lC, el eje vertical.

IB IC

VCE [V] 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20

IB1 IB2 IB3 IB4 IB5

5) Cuestionario

1) ¿Qué observa al comparar las curvas características de lC en función de VCE obtenidas de forma experimental con las que publica el fabricante para el 2N3904? Explique alguna discrepancia.

2) En el circuito utilizado para la práctica, ¿qué efecto producirá la inversión de la polaridad de VBB?

3) Con las curvas características promedio del colector y los datos de la tabla, calcule el valor de β entre lB = 20 µA y 40 µA, si VCE = 20 V. Muestre todos los cálculos.

6) Conclusiones

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2002. 9. 12 1/4

SEMICONDUCTORTECHNICAL DATA

2N3904EPITAXIAL PLANAR NPN TRANSISTOR

Revision No : 1

GENERAL PURPOSE APPLICATION. SWITCHING APPLICATION.

FEATURESLow Leakage Current

: ICEX=50nA(Max.), IBL=50nA(Max.)

@VCE=30V, VEB=3V.

Excellent DC Current Gain Linearity.

Low Saturation Voltage

: VCE(sat)=0.3V(Max.) @IC=50mA, IB=5mA.

Low Collector Output Capacitance

: Cob=4pF(Max.) @VCB=5V.

Complementary to 2N3906.

MAXIMUM RATING (Ta=25 )

TO-92

DIM MILLIMETERS

A

B

C

D

F

G

H

J

K

L

4.70 MAX

4.80 MAX

3.70 MAX

0.45

1.00

1.27

0.85

0.45

14.00 0.50

0.55 MAX

2.30

D

1 2 3

B

AJ

KG

H

F F

L

E

C

E

C

M

N

0.45 MAXM

1.00N

1. EMITTER

3. COLLECTOR

2. BASE

+_

CHARACTERISTIC SYMBOL RATING UNIT

Collector-Base Voltage VCBO 60 V

Collector-Emitter Voltage VCEO 40 V

Emitter-Base Voltage VEBO 6 V

Collector Current IC 200 mA

Base Current IB 50 mA

Collector Power

Dissipation

Ta=25PC

625 mW

Tc=25 1.5 W

Junction Temperature Tj 150

Storage Temperature Range Tstg -55 150

CHARACTERISTIC SYMBOL TEST CONDITION MIN. TYP. MAX. UNIT

Collector Cut-off Current ICEX VCE=30V, VEB=3V - - 50 nA

Base Cut-off Current IBL VCE=30V, VEB=3V - - 50 nA

Collector-Base Breakdown Voltage V(BR)CBO IC=10 A, IE=0 60 - - V

Collector-Emitter Breakdown Voltage * V(BR)CEO IC=1mA, IB=0 40 - - V

Emitter-Base Breakdown Voltage V(BR)EBO IE=10 A, IC=0 6.0 - - V

DC Current Gain *

hFE(1) VCE=1V, IC=0.1mA 40 - -

hFE(2) VCE=1V, IC=1mA 70 - -

hFE(3) VCE=1V, IC=10mA 100 - 300

hFE(4) VCE=1V, IC=50mA 60 - -

hFE(5) VCE=1V, IC=100mA 30 - -

Collector-Emitter Saturation Voltage *VCE(sat)1 IC=10mA, IB=1mA - - 0.2

VVCE(sat)2 IC=50mA, IB=5mA - - 0.3

Base-Emitter Saturation Voltage *VBE(sat)1 IC=10mA, IB=1mA 0.65 - 0.85

VVBE(sat)2 IC=50mA, IB=5mA - - 0.95

Transition Frequency fT VCE=20V, IC=10mA, f=100MHz 300 - - MHz

Collector Output Capacitance Cob VCB=5V, IE=0, f=1MHz - - 4.0 pF

Input Capacitance Cib VBE=0.5V, IC=0, f=1MHz - - 8.0 pF

Input Impedance hie

VCE=10V, IC=1mA, f=1kHz

1.0 - 10 k

Voltage Feedback Ratio hre 0.5 - 8.0 x10-4

Small-Signal Current Gain hfe 100 - 400

Collector Output Admittance hoe 1.0 - 40

Noise Figure NFVCE=5V, IC=0.1mA Rg=1k ,

f=10Hz 15.7kHz- - 5.0 dB

Switching Time

Delay Time td

Vout

Total< 4pFC10kΩ

27

5Ω

V =3.0VCC

300ns

-0.5V

10.9V

0t ,t < 1ns, Du=2%r

inV

f

- - 35

nS

Rise Time tr - - 35

Storage Time tstg

20µs

1N916or equiv.

10.9V

-9.1V

Vout

Total< 4pFC

V =3.0VCC

27

5Ω10kΩ

Vin

0t ,t < 1ns, Du=2%r f

- - 200

Fall Time tf - - 50

2002. 9. 12 2/4Revision No : 1

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Ta=25 )

2N3904

* Pulse Test : Pulse Width 300 S, Duty Cycle 2%.

2002. 9. 12 3/4

2N3904

Revision No : 1

C

0

CO

LL

EC

TO

R C

UR

RE

NT

I (

mA

)C

OL

LE

CT

OR

CU

RR

EN

T I

(

mA

)

0

C

0

BASE-EMITTER VOLTAGE V (V)BE

BECI - V

10

DC

CU

RR

EN

T G

AIN

hF

E

310.30.1

COLLECTOR CURRENT I (mA)C

0

COLLECTOR-EMITTER VOLTAGE V (V)CE

CECI - V h - I

CCOLLECTOR CURRENT I (mA)

CO

LL

EC

TO

R-E

MIT

TE

R S

AT

UR

AT

ION

CE

(sat

)V - I

BA

SE

-EM

ITT

ER

SA

TU

RA

TIO

N

COLLECTOR CURRENT I (mA)C

BE

(sat

)

V - I

1 2 3 4

20

40

60

80

100COMMON EMITTER

Ta=25 C

10.80.9

0.70.60.5

0.4

0.3

0.2

I =0.1mAB

0.4 0.8 1.2 1.6

40

80

120

160

200COMMON EMITTER

V =1VCE

FE C

10 30 100 300

30

50

100

300

500

1kCOMMON EMITTER

V =1VCE

Ta=125 C

Ta=25 C

Ta=-55 C

CE(sat) C

VO

LT

AG

E V

(

V)

COMMON EMITTER

0.01

0.1 0.3 1

0.1

0.03

0.05

0.3

0.5

1

3 10 30 100

I /I =10C

300

B

Ta=125 C

Ta=25 C

Ta=-55 C

BE(sat) C

VO

LT

AG

E V

(

V)

3

Ta=125 C0.3

0.1

0.1

1

0.5

0.3 1 3 10

Ta=25 C

Ta=-55 C

30 100 300

COMMON EMITTER

I /I =105

10

C E

Ta=

125 C

Ta=

25 C

Ta=

55 C

V - I

BBASE CURRENT I (mA)

0.001 0.1 1 10

CE

0

CO

LL

EC

TO

R-E

MIT

TE

R V

OL

TA

GE

V

(V) CE B

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.01

COMMONEMITTERTa=25 C

I

=1

mA

C I

=1

0m

AC CI

=3

0m

A

CI

=1

00

mA

2002. 9. 12 4/4

2N3904

Revision No : 1

CA

PA

CIT

AN

CE

C

(pF

)o

b

310.30.1

REVERSE VOLTAGE V (V)CB

C - V , C - Vob CB ib EB

C

(pF

)ib

V (V)EB

10 30

0.5

1

3

5

10

30

50f=1MHz

Ta=25 C

C

C

ib

ob

CO

LL

EC

TO

R P

OW

ER

DIS

SIP

AT

ION

P (m

W)

0

C

0

AMBIENT TEMPERATURE Ta ( C)

Pc - Ta

100

200

300

400

500

600

700

25 50 75 100 125 150 175

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