UNIVERSIDAD DE SONORAElectrónica industrial

INTEGRANTES:Soto Buitimea Misael

López Figueroa Aarón AlejandroMolina Espinoza Manuel EduardoCastillo Gonzales Jesús AlbertoArce Escobedo Armando Alberto

PRACTICA 3Saturación de transistor BJT.

Horario: 12:00 – 13:00

Objetivos

2.1.- Determinar los parámetros del transistor TIP41 o equivalente y proponer una resistencia de carga de acuerdo a las especificaciones establecidas en la hoja de datos del transistor. 2.2.- Comparar el comportamiento térmico del BJT con y sin disipador de calor usando un sensor de temperatura electrónico. 2.3.- Diseñar los circuitos en PCB de acuerdo a las especificaciones dadas.2.4.- Graficar los resultados para ambos PCB de temperatura (y) – tiempo (x), durante 5 minutos. 2.5.- Simular los circuitos en Livewire o Multisim.

Introducccion

En esta práctica se estudiara las características y comportamiento del transistor bjt cuando se emplea como un dispositivo de conmutación, utilizando para ello un circuito típico, el inversor básico en emisor común, que constituye además uno de los circuitos lógicos fundamentales de la electrónica de potencia. Así como un análisis térmico de un sistema electrónico. Igualmente, se presentara un marco teórico que incluye información básica acerca del tema principal de la práctica.

Marco teórico

El transistor es un dispositivo de tres zonas o capas. Podemos tener una zona de material tipo n en medio de dos zonas de material tipo p, en este caso se denomina transistor pnp, o bien tener una zona tipo p con dos zonas tipo n a cada lado, en cuyo caso estaríamos hablando de un transistor npn.

Figura 1.1 estructura del transistor bjt.

La zona central se denomina base, y las laterales emisor y colector. Cada una de las zonas consta de un terminal por donde extraer las corrientes. Estos terminales se representan por la inicial del nombre de la zona respectiva: E (emitter), B (base) y C (colector).

El emisor ha de ser una región muy dopada (de ahí la indicación p+). Cuanto más dopaje tenga el emisor, mayor cantidad de portadores podrá aportar a la corriente.

La base ha de ser muy estrecha y poco dopada, para que tenga lugar poca recombinación en la misma, y prácticamente toda la corriente que proviene de emisor pase a colector, como veremos más adelante. Además, si la base no es estrecha, el dispositivo puede no comportarse como un transistor, y trabajar como si de dos diodos en oposición se tratase.

El colector ha de ser una zona menos dopada que el emisor. Las características de esta región tienen que ver con la recombinación de los portadores que provienen del emisor. En posteriores apartados se tratará el tema.

Funcionamiento del transistor

El transistor bipolar es un dispositivo de tres terminales gracias al cual es posible controlar una gran potencia a partir de una pequeña. En la figura 1.2 se puede observar un ejemplo cualitativo del funcionamiento del mismo. Entre los terminales de colector (C) y emisor (E) se aplica la potencia a regular, y en el terminal de base (B) se aplica la señal de control gracias a la que controlamos la potencia. Con pequeñas variaciones

de corriente a través del terminal de base, se consiguen grandes variaciones a través de los terminales de colector y emisor. Si se coloca una resistencia se puede convertir esta variación de corriente en variaciones de tensión según sea necesario.

Figura 1.2 ejemplo del funcionamiento

Regiones de funcionamiento

En función de las tensiones que se apliquen a cada uno de los tres terminales del transistor bipolar podemos conseguir que éste entre en una región u otra de funcionamiento. Por regiones de funcionamiento entendemos valores de corrientes y tensiones en el transistor, que cumplen unas relaciones determinadas dependiendo de la región en la que se encuentre.

Corte

Cuando el transistor se encuentra en corte no circula corriente por sus terminales. Concretamente, y a efectos de cálculo, decimos que el transistor se encuentra en corte cuando se cumple la condición: IE = 0 ó IE < 0 (Esta última condición indica que la corriente por el emisor lleva sentido contrario al que llevaría en funcionamiento normal). Para polarizar el transistor en corte basta con no polarizar en directa la unión base-emisor del mismo, es decir, basta con que VBE=0.

Activa

La región activa es la normal de funcionamiento del transistor. Existen corrientes en todos sus terminales y se cumple que la unión base-emisor se encuentra polarizada en directa y el colector base en inversa.

Saturación

En la región de saturación se verifica que tanto la unión base-emisor como la base-colector se encuentran en directa. Se dejan de cumplir las relaciones de activa, y se verifica sólo lo siguiente:

donde las tensiones base-emisor y colector-emisor de saturación suelen tener valores determinados.

Curvas características

Entendemos por curvas características de un transistor la representación gráfica de las relaciones entre sus corrientes y tensiones. Esta información es muy útil para el diseñador a la hora de elegir uno u otro transistor para un circuito, pues permite tanto observar todas las características del mismo, como realizar el diseño en sí.

Las curvas características son representaciones gráficas de 3 variables. En los ejes X e Y se colocan dos de las variables, y se dibuja una curva para cada uno de los valores de la tercera variable.

En función de qué tres variables se elijan para representar una curva característica, y si se consideran curvas de entrada o salida, se pueden definir los siguientes tipos de gráficas en los transistores bipolares:

Tabla 1.1 curvas características

En emisor común

Como se comentó en el apartado anterior, las curvas características son la representación de diversas variables (tensiones o corrientes) de un transistor bipolar en coordenadas cartesianas. En el caso concreto de curvas de salida en emisor común, las variables a representar son (tabla 1.1): IC, VCE e IB En la figura 1.3 se observa las curvas características indicadas. Se representa en el eje Y la corriente de colector (IC), en el eje X la tensión colector-emisor (VCE), y se dibuja una curva para cada uno de los valores de la corriente de base (IB) que se consideren, por ejemplo en la figura se toma el intervalo de 10 a 70 µA. A partir de estas curvas es posible determinar el punto de trabajo del transistor, es decir, las tensiones y corrientes del mismo, una vez polarizado.

Figura 1.3 curva característica en emisor común.

Es posible identificar las distintas regiones de funcionamiento de un transistor bipolar en sus curvas características. En la figura 1.4 se muestran las curvas características en emisor común con la indicación de cada una de las regiones de funcionamiento. Atendiendo a la definición dada de regiones de funcionamiento se identifican de la siguiente forma:

Región de corte. Cuando no circula corriente por el emisor del transistor, lo cual se puede aproximar como la no circulación de corriente por el colector y la base, luego la zona corresponde a corriente IB=IE=IC=0.

Región de saturación. En esta región se verifica que la tensión colector-emisor es muy pequeña (VCE ≤ 0,2V, zona próxima al eje de coordenadas). Región activa. El resto del primer cuadrante corresponde a la región activa

Figura 1.5 región de funcionamiento.

Desarrollo

Para el desarrollo de esta práctica se realizó cada uno de los objetivos específicos dichos anteriormente. De tal manera se empezó con los cálculos para determinar el valor de la resistencia de base que utilizaríamos mas adelante para nuestro circuito.

Cálculos:La Beta del Tip 120 es 1000.VB = 5V

RB = 5VIB ≈ Potenciómetro de 5KΩ

1210

=1.2Amp=Ic

IB(Sat)=1.2 Amp1000

=1.2 X 10−3 Amp

RB= 5V1.2Amp

=4.1666Ω

Imágenes de la realización de la práctica.

Simulaciones digitales.

Fig.1.1: simulación tridimensional de PCB

Fig.1.2: Simulación en Proteus®

Fig1.3: pistas de PSIM®

Fig. 1.4: Diferencias de temperatura: con disipador.

Fig. 1.5: Diferencia de temperatura: sin disipador.

La medición de la temperatura se realizó por medio de una interfaz arduino y un LM35 como sensor.

Fig. 1.6: medición de temperatura

Mediciones con Arduino® en físico.

Fig. 1.7: medición de temperatura sin el disipador.

Fig.1.8: medición de temperatura con disipador.

Conclusión

La práctica presentó bastantes problemas a la hora de conectar los componentes; la placa PCB, aunque no representó un gran problema a realizar, siempre tendía a puentear entre los componentes y la tierra. Las conexiones fueron algo fácil de realizar y el acomodamiento práctico, pero en sí la soldada fue el verdadero problema.Cabe destacar que, debido a un problema con la resistencia en la base, el transistor BJT se quemó, logrando algunos datos. El problema fue que a la hora de reducir toda la resistencia variable a cero, no había resistencia que amortiguara el voltaje en base, lo cual causó un deceso al inocente transistor; afortunadamente se lograron las mediciones.Fuera de los problemas, la práctica fue un éxito, logramos obtener datos suficientes para realizar las mediciones y obtener los resultados teóricos.