transistores bipolares
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Laboratorio de Dispositivos Electrónicos
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Práctica 3.- CARACTERIZACIÓN DE COMPONENTES ACTIVOS:TRANSISTORES BIPOLARES
1.- Objetivos
Se va a abordar en esta práctica el estudio de los transistores bipolares. Los objetivos
que se pretenden con la realización de la misma serán los siguientes:
L Identificar distintos modelos de transistores bipolares, interpretando el código
marcado por el fabricante sobre el cuerpo del componente y ayudándose de los catálogos
proporcionados.
L Obtención de las características I-V, con ayuda del trazador de curvas
TEKTRONIX 571
L Medida de los tiempos de conmutación
2.- Identificación
2.1.1.- TiposEn estos dispositivos, los tipos, generalmente, están relacionados con unas
determinadas aplicaciones, o bien, por detalles de constitución interna.
Son tantas las aplicaciones de los transistores bipolares que se hace prácticamente
imposible confeccionar una lista con to¡das las aplicaciones de estos componentes, si bien se
indican las más importantes, obtenidas directamente de la información proporcionada por los
fabricantes en los “Databook”. Atendiendo a esta consideración se ha hecho la siguiente
distinción de transistores (entre paréntesis se indican las características más significativas para
cada tipo):
- de propósito general- para conmutación (ton, toff)
- para amplificación (parámetros del modelo lineal)
- osciladores (parámetros del modelo lineal)
- de potencia (PMÁX, ICMÁX, VCEMÁX, RTH)
- Darlington (hFE)
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2.2.- Codificación
A continuación se detallan los sistemas de codificación más utilizados en los
transistores bipolares.
Antes de pasar a la descripción de los códigos, se hará un breve recordatorio de las
características más relevantes de estos componentes.
L La primera consideración a tener en cuenta es el tipo de transistor de que se trata:
NPN o PNP, de forma que cualquier sustitución que se realice ha de ser con un
transistor del mismo tipo.
L También es importante el material semiconductor con el que se fabrica el
componente (Germanio o Silicio), mucho más utilizado el último. Las corrientes de
fuga en los transistores de germanio son varias veces mayores que en los de silicio;
según esto es aconsejable reemplazar un transistor por otro del mismo material base,
aunque puede sustituirse , con las precauciones adecuadas, uno de germanio por uno
de silicio, no siendo aplicable este criterio en caso contrario.
L Otro aspecto a tener en cuenta es el encapsulado, así como la identificación de
patillas o terminales para su correcta ubicación en un circuito.
L El transistor es básicamente un dispositivo de baja tensión y es importante comprobar
las tensiones máximas permisibles que pueden aplicarse a sus terminales (VCBO, VCEO,VEBO). El valor límite emisor-base suele ser, generalmente, inferior a 6 V en los
transistores de silicio, por lo que debe cuidarse este aspecto, siendo mucho mayor en
los de germanio.
L Siguiendo con las limitaciones del transistor, hay que tener en cuenta la máximacorriente de colector permisible, así como las limitaciones térmicas , ya que la unión
se calienta en el interior del transistor sometido a una carga y los fabricantes
especifican la máxima temperatura de unión permisible para evitar una excesiva
degradación de las características del dispositivo. Valores típicos de estas temperaturas
están en la región de 60-100 ºC en germanio y en 125 - 200 ºC en silicio.
L Para la disipación de potencia los fabricantes suelen especificar la potencia máxima
de dos formas:
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- valor límite en “aire libre” a 25 ºC para los dispositivos de pequeña potencia
- valor límite de disipación “referida a cápsula”a 25 ºC de temperatura de
cápsula para los dispositivos de gran potencia montados generalmente sobre
algún tipo de disipador de calor.
L Otra característica del transistor es su ganancia de corriente â (también hFE). Es
importante conocer este valor para poder calcular el circuito de polarización, así como
para conocer el funcionamiento como amplificador del dispositivo. Este valor viene
especificado para una corriente de colector determinada.
L Otro dato significativo es la frecuencia fT, a la cual la ganancia de corriente se reduce
a la unidad. Para el silicio suele ser de 10 a 100 veces mayor que para el germanio.
L Finalmente, también es útil conocer posibles sustitutos de un determinado transistor.
Las indicaciones de sustitución han de emplearse con precaución porque características
especiales no indicadas pueden hacer que el sustituto sugerido sea inaceptable para una
determinada aplicación.
Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:
- EUROPEO (PROELECTRON)- AMERICANO (JEDEC)- JAPONÉS (JIS)
El sistema europeo queda definido por dos letras mayúsculas seguidas de tresnúmeros para transistores utilizados en equipos de consumo y por tres letras y dos númerospara aplicaciones profesionales. La primera letra del código indica el tipo de material
semiconductor empleado en la fabricación (germanio, silicio,...). La segunda indica la
construcción y/o principal aplicación. La tercera, seguida de dos números o lo tres números
indican asimismo las aplicaciones.
En el sistema americano el código queda definido por un “2N” que indica que es un
dispositivo de dos o más uniones, seguido de un grupo de 4 números y una letra. Este grupo
nos es más que el número de registro y la letra una selección del tipo.
En el sistema japonés el código queda definido por “2S” que indica que es un
dispositivo de dos o más uniones, seguido por una letra y tres números. La letra que sigue al
grupo “2S” puede significar:
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A: PNP de alta frecuencia
B: PNP de baja frecuencia
C: NPN de alta frecuencia
D: NPN de baja frecuencia
Como existen distintas codificaciones puede darse el caso de que transistores con
códigos diferentes tengan características similares (transistores equivalentes).
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Tabla de identificación
CÓDIGO BD136 BD137 2N2222 BC548
Tipo-Ge/Si-
Fabricante
NPN/PNP
CápsulaIdentificación
Terminales
VCBO
VCEO
VEBO
ICMÁX
PMÁX
TJMÁX
hFE
HFE BIAS (IC)
fT
Equivalentes
Aplicaciones
En el apéndice I se indica el significado de cada uno de los términos de la tabla.
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3.- Características I-V de los transistores bipolares
La obtención de estas curvas la haremos a partir del trazador de curvas TEKTRONIX571, volcando los resultados obtenidos a la impresora conectada a él.
El funcionamiento del aparato se supone conocido (se explicó su funcionamiento en la
práctica “Diodos semiconductores”), por lo que no es necesaria ninguna aclaración. Solamente
se enumeran a título recordatorio las posibilidades de configuración para los transistoresbipolares, remitiéndo al lector al manual resumido del equipo, que se encuentra en el apéndice
X, para una información más detallada de sus posibilidades.
Function [Acquisition Continuous Compare]
Type [NPN PNP N-FET P-FET DIODE SCR]
Vce máx [0.5 1 2 5 10 20 50 100] Volt
Ic máx [0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000] mA
Ib/step [0.5 1 2 5 10 20 50 100 200 500] uA [1 2 5 10 20] mA
Steps [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]
Rload [10k 1k 100 10 1 0.25] Ohm
Pmax [ 0.1 0.5 2 10 50 100] Watt
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Conviene también aclarar que el trazador nos ofrece la posibilidad de utilizar diferentes
zócalos. Esto es debido a la existencia de distintas configuraciones de patillajes en los
encapsulados. Para usar el zócalo más idóneo es imprescindible identificar en el transistor los
distintos terminales. Una vez identificados, y en función del tipo de transistor, se localizará en
el trazador el zócalo más adecuado, intentando que no haya que doblar ni retorcer los
terminales para conectarlo, porque es muy probable que exista un zócalo que coincida
plenamente con el patillaje del componente.
Para la realización de esta parte se propone la obtención de las curvas características
de los siguientes transistores:
BD-136BD-137BC-548
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Se deben representar 10 curvas, de manera que la tensión VCE llegue a los 20 V y la
corriente de colector a 200 mA.
Obténgase el valor de hFE para una corriente igual a la especificada por los fabricantes
en sus características (ver apartado de identificación), comprobando que el parámetro medido
está conforme a lo indicado.
En la memoria de la práctica han de incluirse las copias de la configuración empleada
para cada medida, así como las curvas obtenidas, con indicación gráfica del parámetro
calculado.
Para el transistor BD-137, realícese también una ampliación de la zona de saturación.
4.- Medida de los tiempos de conmutación
Para la obtención de los tiempos de conmutación de un determinado dispositivo en un
circuito concreto, haremos pasar el punto de trabajo de corte a conducción instantáneamente.
Para ello se construirá un circuito donde se aplicará una señal cuadrada a la entrada
observando la respuesta del componente a estudiar.
En el caso de los transistores bipolares se hará la conmutación entre la zona de corte(OFF) y la de saturación (ON).
Utilizando el osciloscopio se visualizará en un canal la señal aplicada a la entrada y en
el otro la respuesta del componente. Aumentando la frecuencia de la señal de entrada empieza
a apreciarse alguna diferencia (retraso) entre la respuesta y la señal de entrada. Según esto,
aumentaremos la frecuencia de la señal hasta que sean perfectamente distinguibles los tiempos
de conmutación. Ajustando la base de tiempos del osciloscopio, para conseguir la mejor
visualización posible, se podrán medir los retardos entre entrada y salida del dispositivo
(tiempos de conmutación).
Como desarrollo práctico se propone la obtención de los tiempos de conmutación del
transistor BD-137, para lo que es necesario realizar el montaje de la figura, aplicando una
señal cuadrada a la entrada entre 0 y 5V.
Conectar un canal del osciloscopio en la señal de entrada y otro en el colector del
transistor (con la masa común). Dibujar la forma de onda de salida anotando valores de tiempo
y tensiones sobre los gráficos. Completar la tabla que se muestra a continuación.
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Tiemposde
conmutación
ton toff
td tr ts tt
BD137
5.- Cuestiones
1.- ¿Qué puede deducirse del transistor BD137, sin el apoyo del catálogo?
2.- Comparando en el catálogo los transistores SC107 y SC107B ¿cuál es la diferencia entra
ambos?
3.- Indíquese cómo realiza el trazador de curvas la medida del parámetro hFE del transistor.
¿Varía con la corriente de colector?¿Cuál es la diferencia entre los parámetros â y hFE de un
transistor?
4.- Indíquese cómo evolucionan las curvas características de salida de los transistores con la
temperatura, justificando la respuesta. Compruébese esta variación con la ayuda del trazador
de curvas empleado en la realización de la práctica.
5.- Propóngase un circuito que permita realizar la medida de los tiempos de conmutación de
un transistor pnp, con indicación de las señales a utilizar.
6.- En el circuito ensayado con el transistor BD137, ¿cuál es la máxima frecuencia permitida
si el generador de funciones proporciona una señal con un ciclo de trabajo del 50%?