A mediados de la década de 1960, Motorola Semiconductor registró los transistores 2N3906 PNP y 2N3904 NPN en paquetes TO-92 de plástico. Dado que estos transistores están ampliamente disponibles a bajo coste y son muy resistentes, los principiantes y los investigadores pueden adquirirlos en grandes cantidades. En este artículo, presentaremos las especificaciones del transistor 2N3904, su principio de funcionamiento, un ejemplo de circuito aplicado, el transistor equivalente y sus aplicaciones.
Descripción de los transistores 2N3904
Los transistores 2N3904 son transistores bipolares de unión (BJT) de tipo NPN fabricados con silicio. Se utilizan habitualmente en aplicaciones de circuitos electrónicos como interruptores o amplificadores.
Especificación 2N3904
- Corriente – Colector (Ic) (máx.): 200 mA
- Ganancia de corriente continua o hFE (máx.): 300
- Ganancia de corriente continua o hFE (mín.): 100 a 150 mA, 10 V
- Voltaje colector-emisor (Vce): 40 V
- Voltaje base-emisor (Vbe): 6 V
- Voltaje colector-base (Vcb): 60 V
- Saturación Vce (máxima) en condiciones Ib, Ic: 500 mV a 50 mA, 500 mA
- Potencia máxima: 800 mW
- Frecuencia – Conversión: 100 MHz
- Paquete/caja: TO-39-3, TO-205AD
Configuración de pines 2N3904
El transistor 2N3904 consta de tres pines:
- Pin1 (emisor): la corriente fluirá a través de este terminal.
- Pin 2 (base): este pin controla la polarización del transistor.
- Pin 3 (colector): suministro de corriente para todo el terminal.
Principio de funcionamiento de los transistores 2n3904
En un transistor 2N3904, la mayoría de los portadores de carga son electrones, por lo que siempre tienen carga negativa. El estado de este transistor puede cambiar de polarización inversa a polarización directa para conducir, dependiendo de un pequeño voltaje en el terminal base (como 0,7 V).
Condiciones normales de funcionamiento:
- Voltaje de base (Vb) > voltaje del emisor (Ve).
- Voltaje del colector (Vc) > voltaje de la base (Vb).
Si el pin base está conectado al terminal GND, tanto el terminal emisor como el colector se polarizan en sentido inverso o se dejan abiertos. Del mismo modo, una vez que se envía una señal al pin base, se polariza en sentido directo.
El valor de alta ganancia del transistor 2N3904 es 300, lo que determina su capacidad de amplificación. El suministro de corriente máximo a través del terminal colector es de 200 mA, por lo que no se pueden conectar cargas que consuman más de 200 mA a través de este transistor. Una vez que se suministra corriente al terminal base, el transistor puede polarizarse. Esta corriente IB debe limitarse a 5 mA.
Cuando el transistor NPN 2N3904 está completamente polarizado, permite que fluya un máximo de 200 mA a través de dos terminales específicos, a saber, el emisor y el colector. Esta etapa concreta se denomina región de saturación. Además, los terminales colector-emisor/colector-base son capaces de manejar tensiones típicas de 40 V y 60 V, respectivamente.
Una vez que la corriente de base se separa, el transistor se apaga, por lo que esta fase se denomina región de corte, y el VBE puede ser de alrededor de 600 mV.
Ejemplo de circuito 2n3904
El circuito de flash LED que utiliza el transistor 2N3904 se muestra en la siguiente figura. El circuito se puede construir utilizando componentes básicos como una placa de pruebas, cables de conexión, una pila de 9 V, un condensador, un LED de 5 mm, un flash LED y resistencias de 1 K, 10 K y 4,7 K.
Este circuito utiliza una batería de 6 V CC para alimentarse. Dado que hay un transistor NPN en este circuito, una vez que el pin base de este transistor se conecta a GND, los terminales como el emisor y el colector se polarizan en sentido inverso. Además, una vez que se suministra una señal al pin base de este transistor, se conecta para polarizarse en sentido directo. Este sencillo circuito de parpadeo de LED se utiliza en diferentes dispositivos, como timbres, sistemas de alarma o luces estroboscópicas.
Transistores 2N3904 frente a 2N2222A
A continuación se muestra una comparación entre los transistores 2N3904 y 2N2222A:
| Specification | 2N3904 | 2N2222A |
|---|---|---|
| Transistors Type | NPN | NPN |
| Maximum Collector Current | 200 mA | 800 mA |
| Maximum Collector-Emitter Voltage | 40V | 40V |
| Maximum Collector-Base Voltage | 50V | 50V |
| Maximum Emitter-Base Voltage | 5V | 6V |
| Maximum Frequency | 300 MHz | 500 MHz |
| Package Type | TO-92 | TO-18, TO-92 |
Transistores equivalentes 2n3904
Algunos transistores equivalentes al 2N3904 son:
BC636, BC547, BC549, BC639, 2N2222 TO-18, 2N2222 TO-92, 2N2369, 2N3906, 2N3055, 2SC5200, etc.
2N3904 Aplicación
- Amplificadores
- Módulos controladores (controladores LED, motor o relé)
- Interruptores
- Reguladores de tensión
- Convertidores
- Temporizadores
- Moduladores de frecuencia
- PWM (modulación por ancho de pulso)
- Circuitos de procesamiento de señales
- Circuitos de audio
- Circuitos de alimentación
- Comparadores
Prueba de frecuencia característica del transistor 2N3904
Equipo necesario:
- Osciloscopio Tektronix MSO34-BW500
- Generador de señales Tektronix AFG31251
- Multímetro digital
- Medidores de fuente digital *2
- Placa experimental completa para parámetros de transistores CC/CA
La frecuencia característica del transistor 2N3904 se puede medir utilizando osciloscopios Tektronix, generadores de señales y medidores de fuente Keithley para realizar pruebas de parámetros de CA en dispositivos transistores. Dado que la frecuencia de funcionamiento real del transistor es mucho mayor que la frecuencia de corte de ganancia de corriente de baja frecuencia fβ, la ganancia de corriente CA es inversamente proporcional a la frecuencia de funcionamiento, y el «producto ganancia-ancho de banda» del transistor es constante, aproximadamente igual a la frecuencia de trabajo cuando el módulo de la ganancia de corriente del emisor común es 1.
La medición de la frecuencia característica de los transistores bipolares consiste en acoplar una pequeña señal de entrada de CA de alta frecuencia de una frecuencia específica a la base a través de un condensador, cambiar las condiciones de polarización de CC del transistor de configuración de emisor común y, de ese modo, cambiar la ganancia de corriente de CA para estudiar la relación entre la frecuencia característica del transistor y el punto de funcionamiento de CC.
Configuración y prueba del punto de funcionamiento estático
El rango de funcionamiento del 2N3904 se muestra en la siguiente figura:
Para garantizar que el transistor funcione en la región de amplificación, el punto de funcionamiento de CC del transistor se establece en IC = 1 mA. Cuando no hay ninguna señal de CA conectada, el diagrama del circuito de trabajo estático del transistor se muestra en la siguiente figura:
Ajuste la salida IB de SMU1 y observe que el valor de corriente IC de SMU2 es aproximadamente 1 mA para garantizar que el transistor funcione en la región de amplificación. El IB es aproximadamente 2,8 uA y el voltaje BE VBE es 0,636 V, según las mediciones realizadas con un multímetro.
Prueba de los parámetros H del transistor 2N3904: HIE y HFE
Con un ajuste razonable del punto de funcionamiento estático y una entrada de señal pequeña de CA, el transistor puede ser equivalente a un circuito lineal de dos puertos, representado por componentes de CA de corriente y tensión. Donde Ib y Vbe son las variables de entrada del transistor, e Ic y Vce son las variables de salida. Los parámetros h del transistor reflejan las características de CA de pequeña señal del transistor en determinadas condiciones estáticas fijas.
Conecte la salida del generador de señales a la interfaz BNC situada en el lado izquierdo de la entrada CA de la placa experimental y conecte el canal 1 del osciloscopio a la interfaz BNC situada en el lado derecho de la salida CA de la placa experimental.
Configure la salida de la fuente de señal en una onda sinusoidal de 1 kHz, ajuste la amplitud de la señal de salida de la fuente de señal y utilice el canal 2 del osciloscopio para comprobar la forma de onda de tensión entre los dos terminales de R1 (conecte la interfaz con conector banana marcada como Entrada). Calcule el valor efectivo de la corriente Ib de modo que Ib sea aproximadamente igual a 0,5 uA.
Ajuste la salida de la fuente de señal a una onda sinusoidal de 1 kHz y cambie la amplitud de salida. Cuando el valor efectivo del voltaje entre los dos terminales de R1 medido por el osciloscopio es de 50 mVrms, y dado que R1 = 100 kohms, Ib es aproximadamente igual a 0,5 uA.
Él
«hie» es la resistencia de entrada cuando la salida está en cortocircuito y refleja la capacidad del voltaje base para controlar la corriente base con el voltaje de salida Vce sin cambios.
ℎ𝑖𝑒 = 𝑣𝑏𝑒/𝑖𝑏 = 𝑣𝑏𝑒/𝑣𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡∗ 𝑅1
En condiciones en las que las condiciones de prueba anteriores permanecen sin cambios, el valor efectivo de Vbe medido por 2 canales del osciloscopio es de 5,7 mVrms.
hie = Vbe/ib = Vbe/Vib * R1 = 5,7/50 * 100K = 11400, donde Vbe es el valor efectivo de Vbe y Vib es el valor efectivo de la tensión de entrada en las condiciones de prueba anteriores.
Hemocromatosis
HFE es un término que se utiliza habitualmente para referirse a la «ganancia de corriente continua» de un transistor bipolar de unión (BJT). Refleja la capacidad de la corriente de base ib para controlar la corriente del colector ic. A continuación se muestra la fórmula de HFE:
ℎ𝑓𝑒 = 𝑖𝑐/𝑖𝑏
𝑖𝑐= voutput / R2
donde «𝑖𝑐» representa la corriente del colector y «𝑖𝑏» representa la corriente de la base, «voutput» es el valor efectivo de la tensión de salida y «R2» es la resistencia de la carga conectada entre el colector y la fuente de alimentación.
Resultado:
𝑖𝑐= voutput / R2 = 17,3 mV / 100 ohmios = 0,173 mA
Cálculo de la frecuencia característica (fT)
Mida la frecuencia de corte fβ del transistor y calcule su frecuencia característica fT utilizando el método del «producto ganancia-ancho de banda».
Aumente gradualmente la frecuencia de salida de la fuente de señal desde 1 kHz y observe la amplitud de la señal AC OUT en el lado derecho de la placa experimental utilizando el osciloscopio. Cuando la amplitud de la señal de salida caiga 3 dB (el valor pico a pico cae a la mitad), registre la frecuencia de salida fβ de la fuente de señal, lo que indica la frecuencia de corte del transistor en el punto de trabajo actual.
A 1 kHz, el valor pico a pico de la salida AC OUT es de aproximadamente 38 mV, y a 1,4 MHz, el valor pico a pico de la salida AC OUT es de aproximadamente 19,2 mV.
Calcule la frecuencia característica fT del transistor utilizando la fórmula del producto ganancia-ancho de banda:
fT = hfe × fβ
fT = 228 * 1,4 = 319,2 MHz
donde fβ es aproximadamente igual a 1,4 MHz.
Verifique la frecuencia característica fT del transistor utilizando una fuente de señal de alta frecuencia y un osciloscopio con un ancho de banda de 500 MHz. Si el ancho de banda del osciloscopio y la fuente de señal es superior a 200 MHz, puede utilizar la fuente de señal para escanear la señal de entrada en el rango de frecuencia por encima de CC-200 MHz, y probar las características de amplitud-frecuencia de la señal de salida (AC OUT) en el osciloscopio, y calcular la amplificación de corriente hasta 1 manualmente para encontrar el punto de frecuencia característica fT. Verifique que los valores de frecuencia propia calculados mediante el método del producto ganancia-ancho de banda sean precisos.
