Uso de transistores BJT

Secretaría de Educación Pública
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR
DE TEPEXI DE RODRÍGUEZ
DIVISIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA E INDUSTRIAL
INGENIERÍA MECÁNICA
SISTEMAS ELECTRÓNICOS
Reporte de Práctica:
USO DE TRANSISTORES BJT
Nombre del alumno:
RAMIREZ HUERTA DIEGO
Nombres del Docente
ING. PEDRO CRUZ ORTEGA
Tepexi de Rodríguez, Pue. 2 de Julio de 2016

Instituto Tecnológico Superior de Tepexi de Rodríguez
Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Puebla
Academia de Ingeniería Mecánica
Reporte de Prácticas de Laboratorio
Página 1
Contenido
Contenido
Contenido.....................................................................................................................................1
Ilustraciones..................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Índice de Tablas .............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Introducción .................................................................................................................................3
Objetivo........................................................................................................................................4
Antecedentes ...............................................................................................................................5
Desarrollo...................................................................................................................................14
Parte Teórica...................................................................................................................... 15
Parte Práctica..................................................................................................................... 17
Resultados.................................................................................................................................22
Conclusiones ............................................................................................................................. 23
Fuentes de información............................................................................................................. 23

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CARRERA
PLAN DE
ESTUDIO
CLAVE DE
ASIGNATURA
NOMBRE DE LA
ASIGNATURA
UNIDAD
ING.
MECÁNICA
IMEC-2010-228 MED-1030
SISTEMAS
ELECTRONICOS
1
PRACTICA
No.
LABORATORIO
DE
NOMBRE DE LA PRACTCA
DURACIÓN
(HORAS)
1 MECÁNICA USO DE TRANSISTORES BJT 2

Página 3
Introducción
El transistor es un componente semiconductor de tres terminales que permite
realizar diferentes funciones tales como conmutación, oscilación, amplificación.
En la presente practica se utilizaran los transistores tipo BJT, como se mencionó
el transistor posee tres terminales, que consisten en dos capas de material tipo p y una
capa tipo n (PNP), o bien, dos capas tipo n y una capa tipo p (NPN).
El transistor posee tres regiones de operación, que se pretenden demostrar en
esta práctica para llevar a cabo el encendido de 2 LED´s

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Objetivo
 Que los alumnos identifique el funcionamiento de las zonas de corte, saturación
y en activa de un transistor BJT.
 Conocer la correcta polarización de las terminales del BJT.

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Antecedentes
El transistor bipolar de contacto de punto, antecesor directo del transistor de
unión, fue inventado en diciembre de 1947 en la Bell Telephone Company por John
Bardeen y Walter Houser Brattain bajo la dirección de William Shockley, cuya primera
patente solicitaron los dos primeros nombrados, el día 17 de junio de 1948, a la cual
siguieron otras patentes acerca de aplicaciones de este dispositivo. El transistor bipolar
de unión, inventado por Shockley en 1948, fue durante tres décadas el dispositivo
favorito en el diseño de circuitos discretos e integrados. Hoy en día, el uso de los BJTs
ha declinado en favor de la tecnología CMOS para el diseño de circuitos digitales
integrados.
El siglo XX ha sido la centuria que más avances ha traído a la humanidad en
cuando a electrónica se refiere. Hubo cientos de descubrimientos durante este periodo,
pero sin duda, el que representó el mayor avance de todos fue el descubrimiento del
transistor. Esto abrió paso a la creación de las computadoras, a la reducción en
tamaño, costes y consumo en los equipos electrónicos y a la tecnología tal y como la
conocemos hoy en día. Sin el transistor ni siquiera tendríamos Arduino.
Un transistor tiene múltiples usos; cuando se descubrió se trataba de remplazar
los tubos de vacío que existían en la época.

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Ilustración 1 Tubo de vacío.
Los tubos de vacío fueron dispositivos grandes, que requerían voltajes altísimos
para su funcionamiento, eran costosos y generaban mucho calor. Sin embargo, a
pesar de sus desventajas era el único dispositivo capaz de llevar a cabo la tarea para
la cual había sido diseñado: funcionar como un interruptor que le permitiera al usuario
abrir o cerrar un circuito aplicando un voltaje.
Con el descubrimiento del transistor, los tubos de vacío pasaron a la historia.
El transistor, entre sus múltiples funciones, permite al usuario utilizar un
interruptor controlado por voltaje. Tiene 3 patas, el emisor, el colector y la base.

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Ilustración 2. Transistor BJT integrado encapsulado en forma de rectángulo
Existen dos tipos de transistores BJT, el NPN y el PNP.
Ilustración 3. Representación de NPN y PNP
En el transistor se cumple una serie de condiciones relacionadas con las
corrientes y voltajes en los diferentes terminales.

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Posee diferentes usos, de los cuales ya hemos destacado su capacidad de
conmutar circuitos.
Cuando se aplica un voltaje umbral a la base del transistor, ocurre algo similar
a cuando se cierra un interruptor, se produce una corriente entre el colector y el emisor
del transistor.
Para que se produzca dicha corriente se debe cumplir una condición especial:
debe haber una diferencia de potencial entre el base y el emisor de al menos
0.7 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠.
Es decir
Ilustración 4. Transistor no Activo.

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En esta situación el LED permanece apagado a pesar de que hay un voltaje
aplicado a la base del transistor. El voltímetro de la figura está marcando una diferencia
de potencial de 0.5 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠, lo cual según la teoría que existe acerca de transistores,
no es suficiente para hacer que el transistor entre en saturación.
Si reducimos el voltaje en la base de forma tal que dicho voltímetro
marque 0.7 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠, el resultado será el siguiente:
Ilustración 5. Transistor Activo, modo saturación.

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Como podemos observar, al marcar el voltímetro una diferencia de potencial de
700 𝑚𝑉 (0.7 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠) entonces el transistor empieza a conducir ya que ese es el punto
de disparo para el estado de saturación.
Esto es una característica propia de todos los transistores BJT, solo conducirán
corriente si y solo si hay una diferencia de potencial de 0.7 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠 entre la Base y el
Emisor.
El transistor BJT como amplificador de corriente
Los transistores BJT poseen la capacidad de amplificar la corriente que pasa
entre los terminales emisor y colector, las cuales dependerán de la corriente aplicada
a la base del transistor.
Veamos un ejemplo:
Ilustración 6. Sin corriente entre el emisor y el colector.

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Cuando no hay corriente aplicada a la base del transistor, no hay corriente fluyendo
entre emisor y colector.
Ilustración 7. Modo de Amplificación de corriente
Cuando se aplica una pequeña corriente a la base entonces se inicia la conducción
entre emisor y colector.

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Como podemos observar, la corriente en el colector está determinada por la Ley
de 𝑂ℎ𝑚. 𝐼 =
𝑉
𝑅
, donde el voltaje es 9 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠 y la resistencia 1000 𝑂ℎ𝑚, lo que da como
resultado 9mA que es la corriente en el colector.
Sin embargo en el emisor la corriente no es la misma, sino que ha sido
amplificada. Esta amplificación es el resultado de sumar la corriente de la base más la
corriente del colector.
Ilustración 8. La suma de la corriente de base más la de colector es igual a la corriente del emisor.

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Aquí se aprecia que la corriente en el emisor es 129.59 𝑚𝐴. Si sumamos la corriente
de la base y la del colector, obtenemos:
49.02 + 80.58 = 129.6 𝑚𝐴
Para cualquier diseño que necesitemos hacer es prudente conocer el comportamiento
del transistor según las diferentes configuraciones que se puedan dar.

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Desarrollo
Un transistor BJT puede actuar como un switch siempre que la polarización de
sus terminales sea la adecuada y fluya corriente a través de la base, para realizar esta
práctica es necesario conocer las zonas de funcionamiento de nuestro BJT. En el
siguiente circuito se controlara la intensidad de iluminación de 2 diodos LED utilizando
un potenciómetro para regular la resistencia entrante en la base del BJT.
Material necesario
 2 transistores BJT 2N2222A
 1 potenciómetro 10K
 2 diodos LED
 1 protoboard
 Cable TPU
 2 resistencias de 1 kOhm
 1 resistencia de 220 ohm
Ilustración 9. Protoboard
Ilustración 10. Transistor BJT PNP 2n2222a

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Ilustración 11. Potenciómetro de 10K
Parte Teórica
Para realizar la práctica es necesario conocer los resultados teóricos y
determinar qué sucederá si se realiza el en físico por lo que es necesario realizar el
circuito y resolver las incógnitas que serán las corrientes de cada terminal del BJT.
Los valores que se toman para nuestro circuito son los siguientes.
Vin/Vcc 7.4V
Re 330
Rc 400
Rb Variable hasta 10 kOhms
Beta 99
Vce sat 0.3
Vbe sat 1.2
Tabla 1. Valores de entrada para la solución del circuito
Para obtener los últimos tres valores es necesario acudir al datasheet de
nuestro componente.

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Para resolver este circuito no se requerirá el Vth ni la Rth, los cálculos se realizan sin
la intervención de una resistencia que actue como divisor de voltaje.
Por lo que empezamos a calcular la intensidad en la base
𝐼𝑏 =
𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑏𝑐
𝑅𝑒(1 + 𝛽) + 𝑅𝑏
Al determinar el valor de Ib en nuestro circuito nos dio un resultado de
𝐼𝑏 = 216𝜇𝐴
Ahora queda determinar las intensidades en emisor y colector
Por lo que
𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 =
𝑣𝑐𝑐
𝑅𝑐 + 𝑅𝑒
𝐼𝑒 ≈ 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡
De esta manera los resultados quedan
𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 = 13.6𝑚𝐴
𝐼𝑒 = 13.6𝑚𝐴
Y los resultados para los voltajes quedan de la siguiente manera
𝑉𝑐𝑒 = 𝑣𝑐𝑐 − 𝐼𝑒𝑅𝑒 − 𝐼𝑐𝑅𝑐
Por lo que
𝑉𝑐𝑒 = 0.072𝑉
Esto Significa que cuando el potenciómetro está completamente cerrado por un
lado el transistor está trabajando en zona activa dejando fluir una corriente entre la
base y el emisor de 0.072𝑣, es decir el diodo LED deberá encender de una manera
muy tenue, y podrá ser graduado dependiendo de la posición que tenga el
potenciómetro.

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Parte Práctica
Para llevar a cabo el circuito que deseamos implementar en la protoboard
primero se colocó el transistor BJT para poder realizar la correcta distribución de las
entradas, a partir de ahí ambas bases fueron conectadas a las salidas del
potenciómetro para así poder variar la entrada de corriente entrante en cada una de
ellas.
En el pin del colector del BJT se colocaron los diodos LED y una resistencia a
cada uno de ellos de 500ohms, que posteriormente se aterrizaron a tierra. El emisor
fue conectado a tierra.
La entrada del potenciómetro se conectó a 𝑣𝑐𝑐.
Ilustración 12. Circuito completado sobre la protoboard.

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Cuando se revisaron las conexiones y se verifico que estuviera correctamente
conectado con ayuda de una fuente de alimentación se suministraron 7.4𝑣, el
encendido y graduado de la intensidad de los diodos LED fue notorio.
Ilustración 13. Vista Frontal del circuito
Ilustración 14. Circuito trabajando con un voltaje de 7.4v.

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El cambio de intensidad en cada Led fue apreciable, mientras uno aumenta el
otro disminuye eso debido a que el potenciómetro tiene dos salidas mientras en una
se va aumentando cada vez más la resistencia en la otra, la resistencia toma un valor
cercano a 0.
Ilustración 15. Visualización del correcto funcionamiento del circuito. Al Led 1 se le está suministrando
una resistencia muy pequeña por lo que su intensidad aumenta, por el contrario al Led 2 se le está
suministrando una resistencia de 10kohms por lo que la intensidad que fluye por él es muy pequeña.

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Ilustración 16. Led 2 en el máximo de su iluminación normal de trabajo.
Con ayuda de PCB Wizard se realizó el diseño del circuito, en el que se representan
todos los componentes para llevar a cabo nuestra práctica.
Ilustración 17. Diseño realizado en PCB Wizard.

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Problemas
 No se podía llegar a la saturación en el BJT debido a un problema por la
correcta polarización.
Soluciones
 Se revisaron los apuntes de clase y el datasheet del componente y se
colocaron las resistencias en las salidas correctas.

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Resultados
Teóricos
Los resultados propuestos en la sección de teoría son los que pudimos
comprobar con la práctica, al variar la resistencia de la base, cambia la intensidad por
lo que el flujo de intervención se verá afectado por la suma de la intensidad de colector
y la base.
Prácticos
La intensidad que dan los Leds es superior a la que generalmente manejan esto
es debido a que el modo de trabajo del transistor es de amplificación de corriente por
lo que su luminosidad era muy superior. Cuando se bajaba la resistencia del
potenciómetro la intensidad era grande y el led iluminaba con demasiada luz, mientras
que cuando se aumentaba a pesar de que se estaban suministrando 10kOhms de
resistencia el Led aún se veía en activo.
Se observaron las zonas de activa y de saturación al emplear el BJT.

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Conclusiones
El BJT tiene tres zonas y puede trabajar como conmutador o como switch, en
este caso observamos las zonas de activa y de saturación, sin poder llegar a la zona
de corte debido a la poca cantidad de voltaje que ingresaba a la base del transistor
razón por la que se produce su activación.
Con el potenciómetro podemos regular la intensidad de lacorriente que entra
en la base del transistor y de esa manera influir en el resultado de salida.
Fuentes de información
Apuntes de Clase

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Datasheet del integrado 2n2222a

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