Transistor Bipolar en Conmutación

circuito trabajado instrumentos elementos datos medidos concluciones

LAB. DE CIRCUITOS DIGITALES I

TRANSISTOR BIPOLAR EN CONMUTACIN

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y ELTRICA - FIEE 2


I. OBJETIVOS

Disear una puerta inversora con transistor bipolar. Observar los efectos de los parmetros de conmutacin del transistor bipolar en formas de

onda rectangulares.

Medir los tiempos de conmutacin de una puerta inversora transistorizada.

II. INSTRUMENTOS DE LABORATORIO

Fuente Regulable TEKTRONIX PS281

Fuente que sirve como suministro de voltaje. Se puede usar en diferentes aplicaciones in

tiendas, laboratorios, fbricas o en el campo.

Tiene un voltaje de salida de 0 ~ 30V, con una corriente de 3A.

Osciloscopio TEKTRONIX TDS210

Es uno de los osciloscopios de laboratorio usado en tiempo real que tiene 2 canales con un

ancho de banda de 60 MHz.

Generador de funciones MOTECH FG 710F




III. MATERIALES

Transistor 2N2222A

Es un transistor de baja potencia, sirve tanto en conmutacin como para

amplificacin. Solo puede amplificar

pequeas corrientes a tensiones pequeas

o medias; por lo tanto, solo puede tratar

potencias bajas

no mayores a

medio watts.

Es el transistor de uso general es decir es usado

mayormente en laboratorios.

Resistencias de Carbn 1K y 33K

Batera de 9V

Cables conectores cocodrilos




Cables coaxiales

Cables conectores para Protoboard

Protoboard

Multmetro




IV. MARCO TERICO

El transistor

El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consta de dos capas de

material tipo p y uno de material tipo n (llamado transistor PNP) o de dos capas de

material tipo n y uno de material tipo p (llamado transistor NPN). En esta experiencia se

usar el transistor NPN.

Configuraciones

Existen tres tipos de configuracin:

Configuracin Base-Comn (B-C)

Configuracin Emisor-Comn (E-C)

Configuracin Colector-Comn (C-C).

La configuracin que se usar en esta experiencia ser de Emisor-Comn (E-C), se llama

configuracin en emisor comn porque el emisor es comn o sirve de referencia para las

terminales de entrada y salida (comn para los terminales base y colector).

Regin de Corte

Corresponde a una polarizacin inversa de ambas uniones. La operacin en esta regin

corresponde a aplicaciones de conmutacin en el modo aplicaciones de conmutacin en

el modo apagado, pues el transistor acta como un interruptor abierto es decir la

corriente de colector Ic=0.




Regin de Saturacin

Corresponde a una polarizacin directa de ambas uniones. La operacin de esta regin

corresponde a aplicaciones de conmutacin en el modo encendido, pues el transistor

acta como un interruptor cerrado es decir el voltaje de colector-emisor Vce=0

Grfica de la Regin de Corte y Saturacin

Transistor en Corte y Saturacin

El funcionamiento del transistor depende de la cantidad de corriente que pase por su

base.

Cuando no pasa corriente por la base, no puede pasar tampoco por sus otros terminales;

se dice entonces que el transistor est en corte es como si se tratara de un interruptor

abierto. El transistor est en saturacin cuando la corriente en la base es muy alta; en ese

caso se permite la circulacin de corriente entre el colector y el emisor y el transistor se

comporta como si fuera un interruptor cerrado.




El transistor trabaja en conmutacin cuando puede pasar de corte a saturacin segn la

cantidad de corriente que reciba por su base.

Tiempos de conmutacin

En el caso en que el transistor es activado por una seal de entrada. Hemos considerado

que los cambios de nivel de dicha seal se producen en un tiempo nulo. Desde el punto

de vista fsico

o Tiempo de conexin ()

Tiempo de retardo (): es determinado por tres factores:

a. Tiempo en cargarse la capacidad parasita de la unin base-emisor.

b. Tiempo que tardan los portadores en llegar a la regin de colector.

c. Tiempo que tarda el transistor en alcanzar el 10% de ().

Tiempo de subida (): es el que tarda el transistor en atravesar la regin activa,

o lo que es igual, tiempo que tarda la corriente de colector en alcanzar el 90% de

().

o Tiempo de desconexin ()

Tiempo de almacenamiento (): es el ms largo y se denomina as debido a

que en el momento de eliminar la tensin aplicada a la base, , esta presenta un

almacenamiento de cargas, que es necesario extinguir para que el transistor

inicie el abandono de la regin de saturacin.

Tiempo de bajada (): llamado tambin tiempo de cada, es el que transcurre

desde que la seal toma un valor del 90% del mximo hasta que alcanza un valor

del 10% del mismo, tomando igualmente, 0 como nivel inferior.

En resumen, los retardos introducidos por el transistor son:

= +

= +

Y siempre

> ()

En las hojas de especificaciones de transistores construidos para tal aplicacin, se

encuentra informacin sobre dichos tiempos para unas corrientes de base y de colector

determinadas.




V. PROCEDIMIENTO

Se eligi armar un circuito inversor o tambin llamado en conmutacin a base de resistencias

y transistor. El circuito que se armar es:

El voltaje tiene que ser mayor o igual al voltaje .

Anlisis

Se le suministra un voltaje para polarizar al transistor = 10, as como tambin se le

suministra un voltaje a la base = 5.

Se inicia con el anlisis de los elementos a utilizar. Se procede primero con el tipo de

transistor a utilizar, en este caso se utilizar un transistor 2N2222A. Se revisa la hoja de

especificaciones (DATASHEET) para elegir una corriente de colector mxima.

Al revisar la hoja de especificaciones se da la eleccin de la corriente de colector = 10

con una ganancia de corriente = 75. Entonces se puede hallar la corriente de base de la

siguiente manera:




=

=10

75

= .

La corriente de colector () y la corriente de base () nos serviran para hallar las

resistencias de colector () en saturacin y la resistencia de base () en corte

respectivamente.

Hallando la resistencia de colector () en saturacin

0 = + () + = 0.2

= ()

=10 0.2

10 103

= = .

Hallando la resistencia de base () en corte:

0 = + + = 0.7

=

=5 0.7

0.133 103

= . = .

Entonces el circuito quedara as:

Analizando con el Switch cerrado:

= 5

= 0.085

Analizando con el Switch abierto:




= 0

= 10.07

Haciendo corto la entrada = 0, entonces el voltaje de = 3.35

Calculando el tiempo de conmutacin

= . () =

= . () =

= . () =

=

= + = + =

= + = + =




VI. CONCLUSIONES

Como se vio en el circuito diseado, la corriente de colector debemos especificarla y analizarlo de manera terica, revisando las hojas de especificaciones.

El tiempo de conmutacin se verifica lo especificado en () que el tiempo de desconexin () es mayor que el tiempo de conexin ( ).

Las resistencias halladas son calculas de manera terica pero como en lo real no existen esos valores se tom su equivalencia.

Se tiene que tener cuidado al verificar la base, el emisor, y el colector, ya que se puede destruir el transistor.




VII. ANEXO

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