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Informe de laboratorio 5. Transistor interruptor, Monografías, Ensayos de Electrónica Básica

El presente informe detalla los resultados obtenidos en un experimento llevado a cabo con el objetivo de estudiar las características del transistor bipolar y analizar su comportamiento en diferentes aplicaciones. Durante el desarrollo del laboratorio, se realizaron mediciones y observaciones cuidadosas para comprender el funcionamiento del transistor y su utilidad en circuitos electrónicos.

Tipo: Monografías, Ensayos

2022/2023

Subido el 24/07/2023

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LABORATORIO 5. ELECTRONICA I
Informe Laboratorio 5. Transistor Interruptor
Luis Mauricio Wilches Paz & Rubiel Mauricio Cardona Ortega
Facultad de Ingeniería, Institución Universitaria Antonio José Camacho
Cali, Valle del Cauca, Colombia
Abstract This report details the results obtained in an
experiment carried out with the aim of studying the
characteristics of the bipolar transistor and analyzing its
behavior in different applications. During the development of
the laboratory, careful observations and measurements were
made to understand the operation of the transistor and its
utility in electronic circuits.
Palabras Clave Transistor bipolar, Corriente de base,
Comportamiento del transistor, Interruptor electrónico.
I. INTRODUCCIÓN
El presente informe detalla los resultados obtenidos en un
experimento llevado a cabo con el objetivo de estudiar las
características del transistor bipolar y analizar su
comportamiento en diferentes aplicaciones. Durante el
desarrollo del laboratorio, se realizaron mediciones y
observaciones cuidadosas para comprender el funcionamiento
del transistor y su utilidad en circuitos electrónicos.
II. OBJETIVOS
A continuación, se presentan los objetivos del laboratorio 5:
Estudiar las características del transistor bipolar.
Identificar el comportamiento de la corriente en un
transistor.
Identificar las características del transistor como
interruptor.
Utilizar el transistor para una aplicación en particular.
Utilizar herramientas de simulación para analizar el
comportamiento de los circuitos con transistores.
III. MARCO TEÓRICO
El transistor bipolar es un dispositivo semiconductor
fundamental en la electrónica, utilizado ampliamente en
circuitos y sistemas electrónicos. Consiste en una estructura de
tres capas de material semiconductor, generalmente de silicio,
formando dos uniones p-n. Estas capas se denominan emisor,
base y colector.
El transistor bipolar tiene dos tipos principales: NPN
(Unión Base-Negativa) y PNP (Unión Base-Positiva). En
ambos tipos, la corriente fluye desde el emisor hasta el colector
a través de la base controlada por una pequeña corriente base.
Fig. 1. Esquema transistor tipo NPN
El estudio de las características del transistor bipolar
implica la comprensión de los parámetros clave, como la
corriente de base (IB), la corriente de colector (IC) y la corriente
de emisor (IE). Estos parámetros están relacionados entre sí
mediante la relación de ganancia de corriente, denominada hFE
o beta (β). La hFE indica la amplificación de corriente que
proporciona el transistor.
Cuando se utiliza el transistor como interruptor, se explota
su capacidad para controlar grandes corrientes y voltajes con
una pequeña señal de entrada. En este modo de operación, el
transistor puede estar completamente encendido (saturado) o
completamente apagado (corte). En saturación, el transistor
NPN permite que la corriente fluya desde el colector hacia el
emisor, mientras que, en corte, la corriente se bloquea por
completo.
Fig. 2. Zonas de trabajo del transistor
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Informe Laboratorio 5. Transistor Interruptor

Luis Mauricio Wilches Paz & Rubiel Mauricio Cardona Ortega Facultad de Ingeniería, Institución Universitaria Antonio José Camacho Cali, Valle del Cauca, Colombia Abstract – This report details the results obtained in an experiment carried out with the aim of studying the characteristics of the bipolar transistor and analyzing its behavior in different applications. During the development of the laboratory, careful observations and measurements were made to understand the operation of the transistor and its utility in electronic circuits. Palabras Clave – Transistor bipolar, Corriente de base, Comportamiento del transistor, Interruptor electrónico. I. INTRODUCCIÓN El presente informe detalla los resultados obtenidos en un experimento llevado a cabo con el objetivo de estudiar las características del transistor bipolar y analizar su comportamiento en diferentes aplicaciones. Durante el desarrollo del laboratorio, se realizaron mediciones y observaciones cuidadosas para comprender el funcionamiento del transistor y su utilidad en circuitos electrónicos. II. OBJETIVOS A continuación, se presentan los objetivos del laboratorio 5:

  • Estudiar las características del transistor bipolar.
  • Identificar el comportamiento de la corriente en un transistor.
  • Identificar las características del transistor como interruptor.
  • Utilizar el transistor para una aplicación en particular.
  • Utilizar herramientas de simulación para analizar el comportamiento de los circuitos con transistores. III. MARCO TEÓRICO El transistor bipolar es un dispositivo semiconductor fundamental en la electrónica, utilizado ampliamente en circuitos y sistemas electrónicos. Consiste en una estructura de tres capas de material semiconductor, generalmente de silicio, formando dos uniones p-n. Estas capas se denominan emisor, base y colector. El transistor bipolar tiene dos tipos principales: NPN (Unión Base-Negativa) y PNP (Unión Base-Positiva). En ambos tipos, la corriente fluye desde el emisor hasta el colector a través de la base controlada por una pequeña corriente base. Fig. 1. Esquema transistor tipo NPN El estudio de las características del transistor bipolar implica la comprensión de los parámetros clave, como la corriente de base (IB), la corriente de colector (IC) y la corriente de emisor (IE). Estos parámetros están relacionados entre sí mediante la relación de ganancia de corriente, denominada hFE o beta (β). La hFE indica la amplificación de corriente que proporciona el transistor. Cuando se utiliza el transistor como interruptor, se explota su capacidad para controlar grandes corrientes y voltajes con una pequeña señal de entrada. En este modo de operación, el transistor puede estar completamente encendido (saturado) o completamente apagado (corte). En saturación, el transistor NPN permite que la corriente fluya desde el colector hacia el emisor, mientras que, en corte, la corriente se bloquea por completo. Fig. 2. Zonas de trabajo del transistor

La aplicación particular del transistor depende de su configuración y circuito asociado. Por ejemplo, puede utilizarse como amplificador de señales, oscilador, conmutador, regulador de voltaje o Interruptor. Cada aplicación requiere un diseño y configuración específicos para aprovechar al máximo las características del transistor. a) Comportamiento de la corriente en un transistor El comportamiento de la corriente en un transistor bipolar se rige por las leyes de Kirchhoff y las características intrínsecas del dispositivo. Cuando se utiliza como amplificador, la corriente fluye desde el emisor hacia el colector a través de la base controlada por una pequeña corriente base. Esta corriente de base se amplifica en la corriente de colector según la relación de ganancia de corriente hFE o beta (β). Según Boylestad y Nashelsky (2018), la corriente de colector (IC) se relaciona con la corriente de base (IB) mediante la siguiente ecuación: IC = β * IB Donde β es la ganancia de corriente o hFE del transistor. Esta relación muestra cómo pequeñas variaciones en la corriente de base pueden producir grandes cambios proporcionales en la corriente de colector, lo que permite la amplificación de señales en el transistor. b) Características del transistor como interruptor El transistor bipolar también se puede utilizar como un interruptor electrónico, aprovechando su capacidad para controlar grandes corrientes y voltajes con una pequeña señal de entrada. Cuando se utiliza en modo de conmutación, el transistor puede estar en estado de saturación o corte. En estado de saturación, el transistor NPN permite que la corriente fluya desde el colector hacia el emisor. Por otro lado, en estado de corte, el transistor bloquea por completo el flujo de corriente. Cuando se utiliza como interruptor, el transistor se polariza en una región de funcionamiento en la que la corriente de base es suficientemente grande para mantener el transistor en saturación cuando está encendido y suficientemente pequeña para asegurar que esté completamente apagado cuando está en corte. Cuando se aplica una señal de entrada adecuada a la base del transistor, se produce la conmutación del transistor entre los estados de saturación y corte, permitiendo o bloqueando el flujo de corriente en un circuito. Fig. 3. Circuito con transistor como interruptor IV. MATERIALES

  • Tester digital
  • Fuente de voltaje variable
  • transistor 2N3904 2N
  • 2 leds
  • 2 potenciómetros de 10k
  • Resistencias: 470kΩ 1kΩ 560Ω 220Ω V. PROCEDIMIENTO Identificar el tipo de transistor (NPN, PNP) Utilizando el Tester. Mida los voltajes de unión en la escala de diodo: VBE, VBC, VCE REF ENCAPSULADO TIPO 2N3904 TO- 92 NPN 2N3906 TO- 92 PNP Con respecto a los resultados encontrados en la tabla1, determine 2 características para cada transistor 2N a) Tipo de transistor: El 2N3904 es un transistor NPN (Negativo-Positivo-Negativo), lo que significa que tiene una región P (positiva) situada entre dos regiones N (negativas). Este tipo de transistor se utiliza ampliamente en aplicaciones de amplificación de señales, conmutación y otras aplicaciones electrónicas de baja potencia. b) Corriente de colector máxima (IC): El transistor 2N tiene una corriente de colector máxima especificada. Esto se refiere a la cantidad máxima de corriente que el transistor puede manejar en su terminal de colector sin sufrir daños. La corriente de colector máxima del

Tabla 1. Valores medidos girando el potenciómetro a) A partir de que voltaje de base aparece una corriente de base y de colector, explique A partir de un suministro de 0.6v dado a que entra en zona activa y trabaja el transistor dado a que supera su tensión umbral b) Como es la relación de la corriente de colector con respecto a la corriente de base, explique La relación entre la corriente de colector (IC) y la corriente de base (IB) en un transistor se rige por su ganancia de corriente, también conocida como beta (β) o hFE. En el caso del transistor 2N3904, la ganancia de corriente típica (β) se encuentra en el rango de 100 a 300. c) Como es el comportamiento del voltaje entre colector y emisor con respecto a la corriente de colector y de base, explique El comportamiento del voltaje entre colector y emisor (VCE) en un transistor está determinado por la corriente de colector (IC) y la corriente de base (IB), junto con las características de polarización del transistor. En general, mientras mayor sea la corriente de colector (IC), mayor será la caída de voltaje entre el colector y el emisor (VCE), siempre y cuando las condiciones de polarización se mantengan constantes. Esto se debe a que, a medida que la corriente fluye a través del transistor, una resistencia interna efectiva llamada resistencia de salida (rCE) provoca una caída de voltaje proporcional. En el circuito anterior, colocar un diodo LED en serie con la resistencia de 560Ω, Varíe el potenciómetro hasta el punto exacto donde el diodo LED alcance su máximo brillo, en esta condición medir IB, IC, VCE Fig. 6. Circuito con transistor y diodo LED Fig. 7. Simulación circuito fig. 4 con diodo LED IB (μA) IC (mA) VCE (V) 6.23 0.9 9. Tabla 2. Valores medidos en el circuito de la fig. 4 con diodo LED Explicar el comportamiento del circuito para este caso

  • IB: Funciona con normalidad
  • IC: Funciona con normalidad
  • VCE: Cae ligeramente su voltaje debido al consumo del diodo LED Uso del transistor bipolar como interruptor: montar el circuito figura 8 Fig. 8. Circuito con transistor bipolar como interruptor a) Varíe el potenciómetro y establezca el voltaje VBB requerido según la tabla VBB (V) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.5 2 2.2 2.5 3 IB (μA) 0 0 0 0 0 0 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.2 1.9 2.9 3.4 3.9 5. IC (mA) 0.001 0.001 0.001 0.001 0.01 0 0 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.9 1 1.2 1. VCE (V) 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 11 11 11 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Grafica valores Medidos

VBB (V) IB (μA) IC (mA) VCE (V)

b) Mida los voltajes y corrientes indicadas en la tabla Fig. 9. Simulación 5V circuito fig. 8 Fig. 10. Simulación 5V circuito fig. 8 VBB (V) IB (mA) VB (V) IC (mA) VCE (V) LED ON/OFF 0V 0 0.01 17.4 2.25 ON 5V 3.39 0.79 21.3 0.09 0FF Tabla 3. Valores medidos (VBB= 0V, 5V) en el circuito de la fig. 4 con diodo LED En qué condiciones del circuito está el LED ON, explique: El LED se enciende cuando el voltaje VCE es mayor, cuando no hay corriente en la base del transistor, el voltaje entre colector y emisor incrementa En qué condiciones del circuito está el LED OFF explique: El led está OFF cuando no hay suficiente voltaje en VCE, no tiene en cuenta el voltaje VBB ni la corriente IC Explicar el funcionamiento del circuito: Cuando el transistor se utiliza como interruptor, hay dos estados principales: el estado de corte y el estado de saturación. En el estado de corte, el transistor se encuentra apagado, lo que significa que no hay corriente que fluya a través de la región base. En este estado, el voltaje aplicado al terminal base (Vbe) es menor que el voltaje de umbral, lo que impide que fluya la corriente de base. En consecuencia, no hay corriente que circule desde el emisor hacia el colector (Ic ≈ 0) y no hay voltaje caído en el terminal colector (Vce ≈ Vcc). En el estado de saturación, el transistor se encuentra encendido, permitiendo el paso de corriente desde el emisor hasta el colector. En este estado, el voltaje aplicado al terminal base (VBE) es mayor que el voltaje de umbral, lo que permite que fluya una corriente de base (I. Esta corriente de base activa la corriente de colector (IC), que fluye desde el emisor hacia el colector. En este estado, el voltaje caído en el terminal colector (VCE) es bajo, ya que el transistor se comporta como un interruptor cerrado, con una resistencia muy baja entre el emisor y el colector. VI. CONCLUSIONES CIRCUITO N° El voltaje de la base (VBB) del transistor tiene una influencia directa en la corriente de base (IB) y la corriente de colector (IC). A medida que aumenta VBB, tanto IB como IC también aumentan, aunque no de manera proporcional. Para valores de VBB inferiores a 0.6 V, la corriente de base (IB) es prácticamente cero, lo que indica que el transistor está en corte y no hay flujo de corriente desde la base hacia el emisor. A partir de 0.6 V, la corriente de base comienza a aumentar gradualmente. A medida que aumenta la corriente de base (IB), la corriente de colector (IC) también aumenta. Sin embargo, IC no aumenta en la misma proporción que IB. Esto se debe a las características del transistor y su ganancia de corriente. La tensión entre el colector y el emisor (VCE) se mantiene en 12 V para la mayoría de los valores de VBB, indicando que el transistor está en modo de saturación. A medida que la corriente de colector (IC) aumenta, se observa una ligera disminución en la tensión VCE. Esto puede deberse a las caídas de voltaje en los componentes internos del transistor y las resistencias utilizadas en el circuito. En general, el circuito estudiado muestra una relación directa entre el voltaje de la base (VBB), la corriente de base (IB) y la corriente de colector (IC). El transistor utilizado, el 2N3904, actúa como un interruptor controlado por voltaje, donde pequeñas variaciones en VBB pueden tener un impacto significativo en la corriente de colector. Estos resultados son consistentes con el comportamiento esperado de un transistor bipolar en configuración de emisor común. CIRCUITO N° El circuito utiliza un transistor bipolar (2N3904) en configuración de emisor común para controlar la corriente a través de un LED. El transistor actúa como un interruptor controlado por la corriente de base (IB) que se regula mediante un potenciómetro y una resistencia en serie.