Transistor como interruptor

Programas: Sek I/II, A-level (Electronics), electronics courses

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Objetivo

Ver cómo una pequeña corriente de base controla una gran corriente de colector, y medir la ganancia de corriente del transistor.

El montaje

Una fuente de 6 V. Circuito de base: un interruptor, una resistencia de 4,7 kΩ y un amperímetro — hasta la base de un transistor NPN (\(\beta\) = 100). Circuito de colector: una bombilla de 6 V / 0,5 W y un amperímetro — hasta el colector. El emisor está conectado al borne negativo de la fuente. El interruptor está cerrado.

Procedimiento

1. Anote las lecturas de los dos amperímetros y halle el cociente entre la corriente de colector y la corriente de base.
2. Abra el interruptor y vuelva a cerrarlo. Observe la bombilla.
3. En la tarjeta de parámetros de la resistencia de base, sustituya 4,7 kΩ por 47 kΩ. Anote de nuevo las dos corrientes y halle su cociente.
4. En la tarjeta de parámetros del transistor, cambie la ganancia de corriente \(\beta\) de 100 a 200.

Resultado esperado

La corriente de base es de aproximadamente 1,1 mA, la de colector de unos 82 mA — la bombilla luce casi a pleno brillo. El cociente de corrientes es de unos 73, menor que \(\beta\): el transistor está en saturación, y la corriente de colector la limita ahora la bombilla, no la base. Sin corriente de base el transistor está cortado, y la bombilla se apaga. Con la resistencia de 47 kΩ la corriente de base es de unos 0,11 mA, la de colector de unos 11 mA, y la bombilla no luce aunque circula corriente: el filamento solo se calienta hasta 960 K; el cociente de corrientes es igual a \(\beta\) = 100. Con \(\beta\) = 200 la corriente de colector se duplica, hasta 23 mA, mientras que la corriente de base apenas cambia. En un transistor real \(\beta\) no es algo que se elija: varía entre transistores del mismo tipo, de 100 a 300, y el cociente de corrientes con la resistencia de 47 kΩ mostrará la \(\beta\) del transistor concreto que use.

Preguntas

1. ¿Cuántas veces menor es la corriente que enciende la bombilla que la corriente de la propia bombilla?
2. ¿Por qué el cociente de corrientes es menor que \(\beta\) con la resistencia de 4,7 kΩ, pero igual a ella con 47 kΩ?
3. ¿Cuál es la mayor resistencia de base que todavía lleva el transistor a saturación con esta bombilla?

Respuestas

1. Unas 73 veces: una corriente de base de aproximadamente 1,1 mA enciende una corriente de bombilla de unos 82 mA.
2. Con 4,7 kΩ la corriente de base de 1,1 mA permitiría \(\beta \cdot I_B\) ≈ 110 mA, más de lo que deja pasar la bombilla a 6 V, unos 82 mA. El transistor está saturado: la tensión entre colector y emisor es pequeña, la bombilla y la fuente fijan la corriente, y una corriente de base adicional no la aumenta. Con 47 kΩ, \(\beta \cdot I_B\) ≈ 11 mA está muy por debajo de lo que dejaría pasar la bombilla, el transistor trabaja en la zona activa, y la corriente de colector es igual a \(\beta\) veces la corriente de base.
3. La saturación necesita un \(\beta \cdot I_B\) de al menos la corriente de la bombilla, así que \(I_B\) ≥ 82 mA / 100 = 0,82 mA. En la resistencia de base caen aproximadamente 1,1 mA · 4,7 kΩ ≈ 5,2 V, así que \(R_B\) ≤ 5,2 V / 0,82 mA ≈ 6,3 kΩ, unos 6 kΩ. En la práctica se usa una resistencia varias veces menor, para mantener un margen frente a la dispersión de \(\beta\).