capitulo ii "transistores"
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Unidad IITRANSCRIPT
TRANSISTORES
En 1947 los Físicos Walter Brattain, William Shockley y John Bardeen, de los
laboratorios Bell hacen el descubrimiento del transistor (Contracción de los términos
Transfer Resistor ).
Es un dispositivo electrónico empleado como amplificador de corriente y de voltaje, y
consiste de materiales semiconductores que comparten límites físicos en común. Los
materiales más comúnmente empleados son el silicio y el germanio, en los cuales son
agregados las impurezas. En los semiconductores del tipo-n, hay un exceso de
electrones libres, o cargas negativas, mientras que en los semiconductores del tipo-p hay
un deficiencia de electrones y por consiguiente un exceso de cargas positivas. Los
transistores son un componente importante en los circuitos integrados y son empleados
en muchas aplicaciones como receptores de radio, computadoras electrónicas, y
instrumentación de control automático (vuelos espaciales y misiles dirigidos). Desde su
invención anunciada en 1948, por los científicos norteamericanos William Shockley,
John Bardeen y Walter Brattain, diferentes tipos se han desarrollado. Ellos son
clasificados por lo general en bipolares y de efecto de campo. Un transistor bipolar
consiste de tres capas: las capas superior y la inferior, llamadas emisor y colector son de
un tipo de semiconductor, mientras que la del medio, llamada base es de del otro tipo de
semiconductor. Las superficies que separan, los tipos diferentes de semiconductores son
llamados juntura p-n. Los electrones pasan a través de las junturas de una capa hacia
otra. La acción del transistor es tal que si el potencial eléctrico en los segmentos son
determinados correctamente, una pequeña corriente entre el emisor y la base produce en
una gran corriente entre el emisor y el colector, produciéndose así la amplificación de
corriente. Un transistor de efecto de campo funciona de manera similar excepto que la
resistencia al flujo de electrones es modulada por un campo eléctrico externo. En un
junción field-effect transistor (JFET), el campo eléctrico controlador es producido por
una polarización inversa en la juntura p-n (una en la cual el voltaje es aplicado, de tal
manera que hace que el lado p sea negativo con respecto al lado n); en un MOSFET
(metal oxido semiconductor field effect transistor), el campo eléctrico es debido a una
carga en un capacitor formado por un electrodo de metal y una capa aislante de oxido
que separa el electrodo del semiconductor.
Capitulo 2
2.1 Clasificación de los transistores
pnp
BJT TRANSISTORES npn
SCR
GTO
TRIAC
TIRISTOR RTC
SITH
LASCR
de canal n
JFET de canal p
FET MISFET
de acumulación
MOSFET de vaciamiento
Tipos de Transistores
Existen distintos tipos de transistores, de los cuales, la clasificación más aceptada
consiste en dividirlos en transistores bipolares o BJT (bipolar junction transistor) y
transistores de efecto de campo o FET (field effect transistor). La familia de los
transistores de efecto de campo es a su vez bastante amplia, englobando los JFET,
MOSFET, MISFET, etc.
La diferencia básica entre ambos tipos de transistor radica en la forma en que se
controla el flujo de corriente. En los transistores bipolares, que poseen una baja
impedancia de entrada, el control se ejerce inyectando una baja corriente (corriente de
base), mientras que en el caso de los transistores de efecto de campo, que poseen una
alta impedancia, es mediante voltaje (tensión de puerta).
Transistores Bipolares. (BJT).
Transistores Bipolares de unión, BJT. PNP o NPN, (del ingles, Bipolar Junción
Transistor). El término bipolar expresa el hecho de que los huecos y los electrones
participan en el proceso de inyección de cargas y que se pueden dirigir hacia el material
polarizado de forma inversa.
El transistor bjt está compuesto por tres cristales que pueden ser de Silicio o Germanio,
y pueden ser del tipo NPN o PNP (ver dopado capitulo I) como se ve en la figura 2.1
Figura 2.1 transistor NPN y PNP en sus tres zonas
La zona N del transistor(izquierda) es el "Emisor", la zona central P es la "Base" y la
zona N(derecha es el "Colector". El Emisor está fuertemente dopado, la base tiene una
impurificación muy baja, mientras que el Colector posee una impurificación intermedia.
Los transistores son utilizados como interruptores electrónicos de potencia. Los
circuitos de excitación de estos se diseñan para que éstos estén completamente saturados
(activados) o en corte (desactivados). Los transistores tienen la ventaja de que
proporcionan un control de activación y de desactivación.
Transistor Bipolar de Heterojuntura
El transistor bipolar de heterojuntura (TBH) es una mejora del TBJ que puede manejar
señales de muy altas frecuencias, de hasta varios cientos de GHz. Es un dispositivo muy
común hoy en día en circuitos de muy alta velocidad de conmutación, generalmente en
sistemas de radiofrecuencia.
Los transistores de heterojuntura tienen diferentes semiconductores para los elementos
del transistor. Usualmente el emisor está compuesto por una banda de material más
larga que la base. Esto ayuda a reducir la inyección de portadores minoritarios desde la
base cuando la juntura emisor-base está polarizada en directa y esto aumenta la
eficiencia de la inyección del emisor. La inyección de portadores mejorada en la base
permite que ésta pueda tener un mayor nivel de dopaje, lo que resulta en una menor
resistencia. Con un transistor de juntura bipolar convencional, también conocido como
transistor bipolar de homojuntura, la eficiencia de la inyección de portadores desde el
emisor hacia la base está principalmente determinada por el nivel de dopaje entre el
emisor y la base. Debido a que la base debe estar ligeramente dopada para permitir una
alta eficiencia de inyección de portadores, su resistencia es relativamente alta.
El tiristor
Un tiristor es uno de los tipos más importantes de los dispositivos semiconductores, los
tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia. Se
operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado
conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los tiristores son
interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prácticos exhiben ciertas
características y limitaciones.
Dependiendo de la construcción física y del comportamiento de activación y
desactivación, en general los tiristores pueden clasificarse en ocho categorías:
1. Tiristores de control de fase o de conmutación rápida (SCR).
2. Tiristores de desactivación por compuerta (GTO).
3. Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC).
4. Tiristores de conducción inversa (RTC).
5. Tiristores de inducción estática (SITH).
6. Rectificadores controlados por silicio activados por luz (LASCR
2.2 El transistor sustentado con dos diodos
Un transistor es similar a dos diodos de propósito general, en él se marcan dos uniones,
una entre el emisor y la base y la otra entre la base y el colector. El emisor y la base
forman uno diodo, mientras que el colector y la base forman el otro diodo. Estos diodos
son denominados: "Diodo de emisor" y "Diodo de colector" , como podemos apreciar
en la figura 2.2 a y b en ambos casos tendremos transistores tipo PNP y NPN, en donde
los emisores de ambos transistores están fuertemente dopados, las bases ligeramente
dopados y los colectores medianamente dopados.
( a ) ( b )
Figura 2.2 transistor representado por capas y diodos
2.2.1 El transistor con polarización
Para que un transistor pueda funcionar correctamente, se tienen que cumplir una serie
de condiciones, como son:
El espesor de la base sea muy pequeño
El emisor esté mucho más dopado que la base
Esté bien polarizado, es decir a las tensiones adecuadas.
Cuando un transistor tipo NPN se polariza como aparece en la figura 2.3, se podría
esperar que sólo circule corriente entre el emisor y la base, las cuales se encuentran con
las uniones polarizada en forma directa, y que no circule corriente entre la unión base y
colector debido a la polarizada inversa que esta tiene, para entender el flujo de
corrientes analicemos el siguiente párrafo.
Cuando enfrentamos dos cristales uno del tipo P y otro tipo N, existirá en el momento
de enfrentarlos un flujo de corriente en las superficies de ellos, recordemos que este
flujo de corriente se les llama corrientes de fuga y es mínima, pero en el momento que
encuentren su equilibrio eléctrico dejaran de fluir electrones de una capa a otra, este
proceso se presenta cuando los cristales no están polarizados. Pero si unimos tres capas
de cristales ya sean PNP o NPN y los polarizamos entonces el proceso funcionara de la
siguiente forma:
Hagamos primero el análisis del transistor npn, cuando se halla polarizado, si
provocáramos una "Difusión" de cargas negativas en exceso por el cristal N debido a un
alto dopado, estas cargas(electrones) trataran de cruzan de la zona N a la zona P(muy
delgada), cuando lo logran, encuentran un hueco y se recombinan. Esto hace que en las
uniones entre las zonas n y p se generen iones positivos y negativos figura 2.3, esta
difusión y recombinación se da hasta llegar al equilibrio.
Figura 2.3 difusión y recombinación de los electrones en el transistor
Secundariamente se provocará una barrera de potencial de 0,7 V (para el Si) y 0.3 (para
Ge), pero como son tres capas, entonces se crean dos zonas de recombinación y dos
barreras de potencial, una en la unión E-B (We) que seria de un espesor pequeño debido
a la polarización, y otra en la unión C-B.(wc)de un espesor mayor por la polarización
inversa. Si VBB es mayor al valor de barrera de potencial, fluirán grandes cantidades de
electrones desde el emisor hasta la base, en este punto los electrones tendrán dos
caminos a seguir, uno es salir de base hasta llegar al polo positivo de la fuente VBB, y el
otro es llegar hasta el colector del transistor, en el primer caso, la cantidad de electrones
que fluyen son en cantidades mínimas y esto es por el pobre dopado que existe, y en el
segundo caso, tendremos una mayor cantidad de electrones, y es debido al dopado que
tiene el colector.
El símbolo representativo de un transistor en sus dos versiones, son como el que se
muestra en la figura 2.3 a
Figura 2.3 a símbolos del transistor npn y pnp
Daños en un transistor
Para comprobar si un transistor funciona correctamente, separémoslo del circuito donde
se encuentre conectado, y con un óhmetro hacer lecturas en los tres puntos que se
encuentran referenciados al transistor como se muestra en la figura 2.4
Figura 2.4 comprobación de funcionamiento del transistor
Observe en la figura 2.4 que cuando se conecta el óhmetro digital entre la base y el
emisor, marcará una resistencia pequeña, y cuando esta conectado inversamente la
resistencia es alta.
Otras posibles averías son:
RCs (corto-circuito).
RCo (abierto).
VCC (no exista )
2.2 Corrientes en un transistor
Los arreglos que se manejaron para el comportamiento de un diodo son: Que se
polarice directamente el diodo figura 2.5a, y esto generara una curva como la de la
figura 2.5b
a b
Figura 2.5 Polarización y curva característica del transistor en la entrada
Para un transistor también tomamos criterios, es decir debemos considerar las leyes de
Kirchhoff, y señalaremos que todas la corrientes entrantes en un punto serán iguales a
las suma de las corrientes salientes, y se encuentran regidas por la ecuación 2.1
IE = Iemisor IC = Icolector
IB = Ibase
Ecuación de corrientes para un transistor bipolar :
IE = IC + IB ecuación 2.1
El transistor entonces es un amplificador de corriente, esto significara que si le
aplicamos una cantidad de corriente a través de la base, el colector entregará una
cantidad de corriente mayor a la aplicada, a este proceso se le llama amplificación. Esta
amplificación también se le conoce como factor β (beta) y es un dato propio de cada
transistor. Entonces la ecuación resultante para IC será:
Ic = β * Ib ecuación 2.2
Según la ecuación 2.2 las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito
(Vcc), pero en la realidad si lo hace, y para la corriente Ib también cambiaria
ligeramente se puede ver en la figura. 2.6
Figura 2.6 curva del transistor cuando cambia VCC
Normalmente los transistores presentan varias curvas, estas están en función de la
corriente que circule por la base, como se muestra en la figura 2.7, en ella se observara
también que existen tres regiones que analizaremos en el siguiente párrafo.
Figura 2.7 Curvas características de un transistor con sus regiones
2.3 Regiones operativas del transistor
Definamos cada una de las regiones que se marcan en la figura 2.7
Región de corte:
Un transistor esta en corte cuando la corriente de colector es igual a la corriente de
emisor = 0
(Ic = Ie = 0)
En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor, será el voltaje de
alimentación del circuito, como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje,
entonces interpretaremos que la corriente de base = 0 (Ib =0)
Región de saturación:
Un transistor está saturado cuando su corriente de colector y la corriente de emisor son
las mismas.
(Ic = Ie = I máxima)
En este caso la magnitud de la corriente, depende del voltaje de alimentación que tenga
el circuito, y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos casos,
suponemos que la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una
corriente de colector β veces más grande. (recordar que Ic = β * Ib)
Región activa:
Cuando un transistor no está ubicado en ninguna de sus regiones, es decir en la de
saturación ni en la región de corte, entonces está en una región intermedia, llamada
región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende fundamentalmente de
la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente de un amplificador dato
proporcionado por el fabricante) y de las resistencias que hayan conectadas en el
colector y emisor). Esta región es la mas importante cuando el transistor se esta
utilizando como un amplificador.
EJERCICIO:
De la figura 2.8 supongamos que IE sea la corriente de entrada y que tiene un valor de
IE = 100 mA, de esta cantidad se recombinará el 1 % de electrones en la base, entonces
IB = 1 mA , por otro lado en el colector tendremos el 99% de los electrones restantes.
Los signos como siempre, serán negativos cuando circulan en el mismo sentido del
electrón, y si estos van en sentido contrario serán positivos.
Figura 2.8 sentido de corrientes dentro de un transistor
Por comodidad cambiaremos la dirección a IE en la figura 2.8 y así poder obtener un
valor que sea positivo, y la ecuación resultante será:
IE = IB + IC
En donde las corrientes entrantes son las de la base y la de colector, y por lo tanto la
saliente es el emisor vea la figura 2.9
Figura 2.9 inversión de flechas
El Alfa y Beta del transistor
Una forma de medir la eficiencia del transistor BJT es a través de la cantidad de
electrones capaces de cruzar la base y alcanzar el colector. El alto dopaje de la región
del emisor y el bajo dopaje de la región de la base pueden causar que muchos más
electrones sean inyectados desde el emisor hacia la base que huecos desde la base hacia
el emisor. La ganancia de corriente emisor común está representada por βF o por hfe.
Esto es aproximadamente la tasa de corriente continua de colector a la corriente
continua de la base en la región activa directa y es típicamente mayor a 100. Otro
parámetro importante es la ganancia de corriente base común, αF. La ganancia de
corriente base común es aproximadamente la ganancia de corriente desde emisor a
colector en la región activa directa. Esta tasa usualmente tiene un valor cercano a la
unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998. El Alfa y Beta están más precisamente
determinados por las siguientes relaciones (para un transistor NPN):
2.4 El transistor polarizado
Configuraciones
Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada
una de ellas tienen características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de
aplicaciones.
Si conectáramos fuentes de tensión externas para polarizar al transistor, se obtendrían
las 3 configuraciones generales:
Base común (BC).
Emisor común (EC).
Colector común (CC).
A su vez cada una de estas configuraciones puede trabajar en las tres regiones
operativas del transistor, en el siguiente cuadro se analizan tres condiciones de los
transistores.
Zona Fuente Función
Zona activa VE directo y VC inverso Amplificador
Zona de saturación VE directo y VC directa Conmutador
Zona de corte VE inversa y VC inversa Conmutador
Las características de los transistores utilizados como amplificadores de señal varían de
acuerdo al tipo de zona que se utilice como común. El amplificador en EC es el que
tiene mayor aceptación, por tener una gran amplificación de potencia, una ganancia de
voltaje y ganancia en corriente grande.
El amplificador en emisor común, se restringe por tener una ganancia en amplificación
no mayor de uno, pero es ideal para acoplar fuentes de alta impedancia con cargas de
baja impedancia, además es un buen amplificador de ganancia en corriente
2.4.1 Configuración en base común (BC)
El transistor utilizado como amplificador en BC, presenta características como es,
ganancia de potencia intermedia, es decir entre la ganancia que tiene el EC y el CC,
tiene una ganancia de corriente igual a uno, no puede proporcionar una ganancia de
tensión, solamente la proporcionara cuando la impedancia de carga es mayor que la
impedancia de entrada.
Este tipo de amplificador BC es el menos utilizado con respecto al EC y CC, pero
presenta una característica importante.
La zona que más interesa en el amplificador es la zona activa, por lo tanto haremos un
análisis a profundidad en esta zona. La zona p de base suele ser muy estrecha en la
práctica, y el funcionamiento del transistor se analiza en la figura 2.10.
Figura 2.10 función del transistor en la zona activa
La fuente VE proporciona el voltaje requerido para polarizarlo directamente, entonces el
negativo de la fuente VE repele los electrones de la zona del emisor, algunos cruzan la
unión del cristal NP del emisor. Algunos de estos electrones cruzaran la segunda unión
del transistor (PN) y pasaran por la zona p de la base sin recombinarse. Debido a la
fuente VC existe la posibilidad que un electrón cruce la segunda barrera de potencial,
para después salir por el colector como se puede ver en la figura 2.11
Figura 2.11 movimiento de un electrón dentro de un transistor
Este es el efecto de un transistor con cristal NP, cuando se tiene que vencer las barreras
de potencial, el electrón tiene que pasar la primer barrera de potencial de la unión NP,
y posteriormente tendrá que bajar la barrera de la unión PN.
De los electrones emitidos por el emisor, aproximadamente un 1 % se recombina en la
base, y un 99 % llega al colector, esto es el efecto del transistor.
Como la base es muy estrecha y además está muy poco impurificada, entonces la
probabilidad de que un electrón se recombine en ella sea muy pequeña. El emisor emite
electrones, el colector los recoge, y la base es un dispositivo de control.
Además observe que el voltaje en la entrada del emisor es de valor muy pequeño, y el
voltaje en su salida tendrá que ser de un valor muy grande comparado con la entrada
Circuito polarizado en dc para base común
La terminología que se utiliza en un circuito de base común, es que su base es común
tanto en la entrada como en la salida del circuito, como se observa en la figura 2.12, y
los sentidos de corriente serán los sentidos convencionales. La flecha dentro del
circuito, define la dirección de la corriente, note que la IE =IC + IB, también observe que
las fuentes de alimentación permiten establecer una corriente en la dirección que se
indica en cada rama, finalmente tendremos que hacer tres consideraciones para el
circuito en base común.
1.- Cuando el transistor este trabajando en la región activa, la unión base - colector se
polarizaran inversamente, mientras que la unión base – emisor esta polarizado
directamente.
IC IE
2.- Cuando “trabaja” en la región de corte, la unión base – colector y base – emisor
tienen polarización inversa.
3.- En la región de saturación, la unión base – colector y base – emisor están
polarizadas en forma directa.
VBE = 0.7 V
4.- La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector, la base se
conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida.
En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. La impedancia de entrada es
baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de
emisor sale por la base. Si añadimos una resistencia de emisor, que puede ser la propia
impedancia de salida de la fuente de señal, un análisis similar al realizado en el caso de
emisor común, nos da la ganancia aproximada siguiente:
.
La base común se suele utilizar para adaptar fuentes de señal de baja impedancia de
salida como, por ejemplo, micrófonos dinámicos.
Hechas estas consideraciones obtengamos las ecuaciones resultantes para este circuito,
hagamos el análisis para la malla de entrada de la figura 2.12 en donde su ecuación
será:
Despejando la corriente de base tendremos:
Como la corriente de base dependerá de la propia resistencia en la base entonces
Sustituyendo la ecuación 2.3 en la ecuación 2.2 , obtenemos la corriente de colector,
que su valor dependerá de β
Alfa (α)
Podemos decir que α trabaja bajo dos parámetros, uno es para d.c y la otra para a.c, pero
en la mayor de las veces las magnitudes tanto para αd.c como para αa.c son muy
similares en valor, por lo que se puede utilizar la magnitud de una para sustituir a la
otra. El primer caso que tocaremos será para d.c, entonces αd.c es una relación entre la
corriente de colector y la corriente de emisor y esta definida por la letra α.
Las variables IC e IE son las corrientes que se darán en el punto de operación, los valores para α suelen ser desde 0.9 hasta 0.998 Ejemplo: Para el circuito de la figura 2.13 que es de base común determinar para condiciones estáticas a) el valor de voltaje VCB y b) el valor para lB ., cuando el transistor presenta una β= 80, c) explique la función de los capacitores.
ecuación 2.3
ecuación 2.4
Solución : Las fuentes VEE, y VCC presentan valores de 7 Volts y 15 Volts respectivamente a) La ecuación de entrada para el circuito será
VBE + IE RE - VEE = 0
Despejando IE
VEE - VBE 7V - 0.7 V RE 2.2 K
Como IE = IC Ahora para la ecuación de salida - VCB + IC RC - VCC = 0
VCB = - IC RC + VCC = 15 Volts – (2.86 mA) ( 4.7 K) = 15 V – 13.44V VCB = 1.55 Volts Recuerde que el colector se polariza inversamente b.- la corriente de base será :
c). Los capacitares que se encuentran en los extremos del circuito cumplen con una doble función 1.- A frecuencias bajas se comportan como un circuito abierto. 2.- A frecuencias altas se comportan como corto circuito. d) La curva característica será:
= IE = = 2.86 mA.
Ejemplo: El circuito de la figura 2.14a es un transistor en base común que funcionará en condiciones estáticas, ahora con los valores que ahí se marcan, calcule a) IE = b) VC = c) VCE . Este problema puede tener dos alternativas para su solución
Primera alternativa: Normalmente estamos familiarizados con circuitos que se representan con sus respectivas simbologías, pero no estamos acostumbrados a analizar los esquemas sin esta simbología figura 2.14a, y que en la mayoría de los circuitos profesionales así se marcan. Por lo tanto hagamos un circuito tradicional con sus fuentes como es el de la figura 2.14b.
a) La ecuación de entrada para el circuito será
VBE + IE RE - VBB = 0 Despejando IE
VBB - VBE 8V - 0.7 V RE 2.2 K
Como IE = IC b) Ahora para la ecuación de salida
VCB + IC RC - VCC = 0
VCB = VCC - IC RC = 10 Volts - (3.31 mA) ( 1.8 K) = 10 V - 5.958 V VCB = 4.042 Volts
= IE = 3.31 mA.
c) VCE = VCB - VBE pero; VBE = (- 0.7 V ) negativo por su sentido de corriente = 4.042 V + (0.7 V) VCE = 4.74 V Notas:
- Al no existir una Rb en la base del transistor, implica que el voltaje en esa base es cero (0) porque la corriente es tan pequeña que se considera cero.
- Ahora la tensión en el diodo emisor sabemos que tiene un valor de (- 0.7 V), pero la pregunta sería; porque aparece el signo menos, la respuesta se puede fundamentar; por los sentidos que llevan las corrientes en el circuito debido a las fuentes presentes.
- Observe que hay una caída de tensión debido a un flujo de corriente entre base y emisor , es decir llevará un sentido de un potencial positivo a uno negativo, por lo tanto en el emisor del transistor tendrá un voltaje de -0.7 V. Entendámoslo de otra manera; si la base del transistor presenta un valor de 0 volts (VB=0V) , entonces la tensión en el emisor no puede tener el mismo signo que la base. Segunda alternativa:
a) IE= ? Refiriéndonos a la figura 2.15, sabemos que el voltaje que existe del lado derecho de la resistencia Rc es de un valor de -0.7 volts , y del lado izquierdo tiene un valor de -8 V , entonces su voltaje en este resistencia es de: VRe = -0.7 V – (- 8)
= 7.3 V aplicando ley de ohm en la entrada tendremos VRe 7.3 IE = = = 3.318 mA. Re 2.2 k Compare este resultado con el obtenido en la primer solución b) VC = ? VC = VCC - ICRC = 10 V – (3.31 mA)( 1.8K) VC = 4.04 volts = VCB
C VCE = ?
VCE = VCB - VEB
= 4.04V - (-0.7)V VCE = 4.74 Volts
Observe que los resultados en ambos casos son similares.
El amplificador de base común para a.c
http://www.unicrom.com/Tut_amplificador_transistor_pequena_senal.asp La polarización de un transistor es la responsable de establecer las corrientes y tensiones que fijan su punto de trabajo en la región lineal (bipolares) o saturación (FET), regiones en donde los transistores presentan características más o menos lineales. Al aplicar una señal alterna a la entrada, el punto de trabajo se desplaza y amplifica esa
señal. El análisis del comportamiento del transistor en amplificación se simplifica enormemente cuando su utiliza el llamado modelo de pequeña señal obtenido a partir del análisis del transistor a pequeñas variaciones de tensiones y corrientes en sus terminales.
En un amplificador de transistores bipolares aparecen dos tipos de señales, de
corriente continua d.c y corriente alterna a.c La componente en continua o DC polariza
al transistor en un punto de trabajo localizado en la región lineal. Este punto está definido
por tres parámetros: ICQ, IBQ y VCEQ.
El comportamiento de un circuito lineal , tal como se muestra en la figura 2.16, puede
ser desarrollado a través de dos corrientes (I1 e I2) y dos tensiones (V1 y V2).
En función de las dos variables seleccionadas como independientes, ese circuito lineal
puede ser desarrollado mediante cuatro tipos de parámetros ({Z}, {Y},{H},{G})
Los parámetros {H} o h o híbridos son los que mejor caracterizan el comportamiento
lineal de pequeña señal de un transistor bipolar. Estos parámetros relacionan la V1 e I2
con la I1 y V2 mediante la siguiente ecuación
Definamos algunos parámetros:
El modelo para circuitos en parámetros h de un circuito lineal se indica en la figura
2.17
Un circuito lineal, que puede ser un transistor actúa como amplificador de señal, y lo
analizaremos su comportamiento cuando sea excitado con una fuente de señal externa
VS, con una impedancia interna RS y la completaremos con una carga ZL , tal como se
indica en la figura 2.18
El circuito lineal puede ser sustituido por su modelo equivalente en parámetros {H}
agregando las variables Rs , Vs y ZL agregados a la (figura 2.17) resultando el circuito
de la figura 2.19.
Existen cuatro parámetros importantes que van a caracterizar completamente el
circuito: ganancia en corriente, impedancia de entrada, ganancia en tensión e
impedancia de salida.
Ganancia de corriente
Se define la ganancia de corriente de un circuito, AI, como la relación entre la I
intensidad de salida e intensidad de entrada, es decir;
El resultado de la ecuación 2,8 se obtiene de las ecuaciones que resultan del circuito de la figura 2.19
Sustituyendo I2 en V2 y despejando, se obtiene:
Impedancia de entrada
Se define a la impedancia de entrada del circuito como Zi , y es la relación entre la
tensión de entrada y corriente de entrada.
Obteniendo la ecuación de el circuito de entrada se demuestra que
Nótese que la impedancia de entrada depende de la carga ZL
Ganancia de tensión
Se define la ganancia en tensión como AV, y es la relación entre la tensión de salida y la
tensión de entrada. Como se demuestra a continuación, la ganancia AV se puede
expresar en función de la AI y la Zi , de forma que:
Impedancia de salida
Se define a la impedancia de salida como Zo, y es vista a través del nudo de salida del
circuito lineal como la relación entre la tensión de salida y la corriente de salida,
suponemos que el generador de entrada es nulo, y en ausencia de carga (ZL = infinito).
Obteniendo y sustituyendo en las ecuaciones de salida se demuestra que:
Nótese que la Zo depende de la resistencia Rs de entrada. La impedancia de salida
“vista” desde el nudo de salida es Zo||ZL.
Estos cuatro parámetro permiten definir dos modelos simplificados muy utilizados en al
análisis de amplificadores: modelo equivalente en tensión y modelo equivalente en
intensidad.
El modelo equivalente en tensión (figura 2.20) utiliza el equivalente Thèvenin en la
salida
Y para la intensidad (figura 2.21) utiliza el modelo equivalente en Norton.
Ambos modelos son equivalentes y están relacionados por la ecuación 2.12.
La resistencia RS de la fuente de entrada de la figura 2.20, influye en las expresiones de
las ganancias de tensión o intensidad cuando se refieren a la fuente de excitación de
entrada.
En la figura 2.20, la ganancia de tensión referida a la fuente VS, AVS, se obtiene
analizando el divisor de tensión de la entrada formado por RS y Zi, dará como
resultando
De la misma manera, la ganancia de intensidad referida a la fuente IS (figura 2.21), AIS,
se obtiene analizando el divisor de corriente de entrada formado por RS y Zi, dará como
resultando
Despejando en 2.14 y 2.15 a AV y AI, y sustituyendo en la ecuación 2.12, se obtiene la
relación entre AVS y AIS, dando como resultado la ecuación 2.16
La componente en alterna o AC, generalmente de pequeña señal, introduce pequeñas
variaciones en las corrientes y tensiones en los terminales del transistor alrededor del
punto de trabajo.
Por esta razón debemos considerar el teorema de superposición, en donde este teorema
ayuda a encontrar:
1.- Valores de tensión, en una posición de un circuito, que tiene mas de una fuente de
tensión.
2.- Valores de corriente, en un circuito con más de una fuente de tensión
El teorema de superposición establece que el efecto de dos o más fuentes de voltaje que
tienen sobre una resistencia, es igual, a la suma de cada uno de los efectos de cada
fuente tomados por separado, sustituyendo todas las fuentes de voltaje restantes por un
corto circuito.
Ejemplo:
Se desea saber cual es la corriente que circula por la resistencia RL (resistencia de
carga). R1 = 2 kilohmios R2 = 1 kilohmio
RL = 1 kilohmio V1 = 10 voltios V2 = 20 voltios
Como hay dos fuentes de voltaje, se utiliza una a la vez mientras se cortocircuita la
otra. En este caso para el circuito de la figura 2.16 se toma en cuenta la fuente V1. Y como segundo diagrama lo notaremos como aquel que toma en cuenta solamente a V2
Dependiendo de la fuente considerada para cada caso, se obtiene una corriente que
circulara por la resistencia RL y después estas dos corrientes se suman para obtener la
corriente total en esta resistencia
Primero se analiza el caso en que sólo está conectada la fuente V1.
Se obtiene la corriente total que entrega esta fuente obteniendo la resistencia equivalente
de las dos resistencias en paralelo R1 y RL
Req= RL // R2 = 0.5 (kilohms)
A este resultado se le suma la resistencia R1 (R1 esta en serie con Req.) Resistencia
total = RT = R1 + Req. = 0.5 + 2 = 2.5 kilohmios
De esta manera se habrá obtenido la resistencia total equivalente en serie con la fuente.
Para obtener la corriente total del circuito, se corto-circuitara la fuente V1
Para obtener la corriente total del circuito se utiliza la Ley de Ohm: I = V / R
Itotal = 10 Voltios / 2.5 kilohmios = 4 miliamperios (mA.)
Por el teorema de división de corriente se obtiene la corriente que circula por RL: IRL =
[I x RL // R2] / RL
donde RL // R2 es el paralelo de RL y R2 (se obtuvo antes Req. = 0.5 kilohmios)
Sustituyendo valores:
IRL = [4 mA x 0.5 kilohmios] / 1 kilohmio = 2 mA. (miliamperios)
El caso de la fuente V2 se desarrolla de la misma manera, sólo que se deberá
cortocircuitar la fuente V1. En este caso la corriente debido sólo a V2 es: 8 mA.
Sumando las dos corriente se encontrará la corriente que circula por la resistencia RL
del circuito original.
Corriente total = IT = 2 mA. + 8 mA. = 10 mA. (miliamperios).
Si se tiene la corriente total en esta resistencia, también se puede obtener su voltaje con
solo utilizar la ley de Ohm: VL= IT x RL
Si aplicamos el teorema anteriormente visto, entonces la IC, IB y VCE del transistor tiene
dos componentes: una en corriente continua y otra en corriente alterna, de forma que:
donde ICQ, IBQy VCEQ son componentes DC, e ic, ib y vce son componentes en alterna,
condicionando que ic << ICQ, ib << IBQ y vce << VCEQ
La configuración base común se emplea normalmente como un amplificador de a.c.
para altas frecuencias. Sin embargo, lo simplificaremos al considerar su
comportamiento solamente en bajas frecuencias, y para hacerlo necesitamos utilizar la
propuesta de los parámetros híbridos.
En un transistor polarizado normalmente se debe cumplir las siguientes condiciones
(Vcb >0 , Vbe>0), Vbc y Ic no dependen de Veb. Y se puede esperar que los siguientes
parámetros se cumplan:
ó
ecuación 2.6
sean pequeñas. Y son valores comunes:
Hrb= 10-3
Hob= 10-6
ecuación 2.7
Por medio de las ecuaciones (2.6) y (2.7) pueden obtenerse los parámetros híbridos de
hib y hfb. Si ignoramos los términos de fuga, se obtiene de la ecuación 2.6(9.5) la
siguiente relación:
Ahora de la ecuación 2.7 tendremos:
= αAIcboexp( AVbc)
=A(Ic + αIcbo)
= AIc
=
donde Ic esta en mA (como antes, se toma A=40 V^-1).
Por la ecuación 9.5)
En una aplicación real, la impedancia de carga Zl = 1/Yl no excede normalmente de
.100 K Ω (por lo general es mucho menor), en consecuencia, es una aproximación muy buena no tomar hob en comparación con Yl (ver ecuación .98). Empleando las ecuaciones 9.59, las ecuaciones 7.95 a 7.98 se reducen a
En un caso típico se podría tener Zl = 2 K Ω, hib =10 Ω (lo cual corresponde a Ic = 2.5 mA: ver la ecuación (9.58) y hrb=10^-3(ver la ecuación 9.57 Entonces
La ganancia de voltaje a bajas frecuencias de un amplificador base común es
comparable en magnitud a la del emisor –común, pero es de signo opuesto (como el
amplificador con FET fuente común, el amplificador emisor-comun invierte la fase de
voltaje de entrada). La impedancia de entrada del circuito base.comun es mucho menor
que la del emisor común. Esto se debe a que la ganancia de corriente en el base común
es prácticamente la unidad, mientras que el emisor común la ganancia se aproxima a
β(ver la ecuación 9.8)
Es importante hacer notar aquí que la ganancia de entrada en baja frecuencia de un
amplificador base común es proporcional a hfb = α, mientras que la de emisor común es
proporcional a hfe =β = α/( α+1) (ver ecuación 7.95) Por lo tanto, la ganacia de un
amplificador base común depende mucho menos de las variaciones de β que la de un
emisor común general.
La ecuación 9.64 sirve en parte para el comportamiento del amplificador base común en
altas frecuencias. Se hizo notar, en la subsección 9.5.1 que hfe (y por lo tanto, la
ganancia de emisor común) decrece en altas frecuencias debido al tiempo de paso y
otros efectos, supóngase. Por ejemplo, que hfc decrece de 60 , para bajas frecuencias a
un valor de 20 para una frecuencia Ft (para simplificar , se ignora el hecho de que hfe es
entonces compleja) La ganancia de emisor común decrecerá en un factor de 3, mientras
que por la ecuación (9.64) hfb (y de aquí la ganancia de base común) decrecerá en
menos de un 4%
La frecuencia a la que hfe cae hasta la mitad se expresa con el símbolo ft y es
comúnmente especificada por el fabricante del transistor. A esta frecuencia, la ganancia
de base común decrece hasta cerca de la unidad de su valor en baja frecuencia (ver la
ecuación 9,64) mientras que la ganancia de emisor común decrece por un gran factor del
orden β. Los amplificadores de emisor común se vuelven de este modo inaceptables a
frecuencias menores que ft. Los valores de ft difieren ampliamente para diferentes tipos
de transistores, encontrándose desde menos de 1MHz hasta varios GHZ.
La impedancia de salida del amplificador base común, en baja frecuencia depende de la
impedancia del generador Zg, pero es, por lo general, bastante alta.
Si la impedancia del generador es muy baja(Zg<<hib)
suponiendo, como antes, que hib=10 Ω. Si, por otra parte, Zg es del orden de unos
cuantos miles de Ω, el segundo termino del lado derecho de la ecuación (9.36) se vuelve
despreciable y Zsal=1/Ysal llega aproximadamente a su valor limite, 1/hob=1M Ω. El
circuito base común se aproxima mucho a una fuente de corriente. Un punto al que se
regresara brevemente.
Un amplificador base común se puede polarizar en la misma forma que un emisor
común. . La única diferencia es que la señal de entrada alimenta al emisor(se omite por
supuesto el condensador de paso del emisor) y que la base esta a tierra para c.a. Habría
de observarse que la resistencia de emisor R3 esta en paralelo con la de la entrada; sin
embargo: esto no constituye un problema, porque, como se ha visto, la impedancia de
entrada de un simplificador base común es muy baja(10 ohms mas o menos), mientras
que R3 tiene un valor de varios miles de ohms, generalmente. En radio frecuencias la
carga resistiva R2 es remplazada con frecuencia por un circuito resonante LC, como se
ve en la figura 9.12b). Esto constituye un amplificador de frecuencia selectiva con una
ganancia máxima en la vecinidad de la frecuencia de resonancia wo=1/^raíz cuadrada
de LC).Notese que en la figura 9.12b) el potencial medio (c.d) del colector es Va: el
voltaje del colector puede variar de Va-Vb a Va + Vb durante el ciclo de radio
frecuencia.
La muy alta impedancia de la configuración base común la hace muy útil como fuente
de corriente constante. Un arreglo típico se muestra en la figura 9.13. El potencial de c.d
de la base se mantiene constante por un diodo zener (el condensador de paso Cb en las
figuras 9.12 resulta inútil a frecuencia 0) la corriente de salida-Io se da por
donde el Vz es voltaje mantenido a través del diodo Zener. La admitancia de salida
-δIo/δVo = -δIc/δVcb se da por la ecuación con Zg=R3 (si esto no es obvio, considerese
R3 como un generador para el voltaje de salida de c, a, en circuito abierto es 0),
Supóngase, por ejemplo que se requiere una fuente de corriente de 5 mA.. Una elección
razonable de los valores de los componentes seria Vz=5.6 V, R3=1Kohm
Por la ecuación 9.58, hib=5 ohms <<R3; de las ecuaciones 9.57 y 9.63, con Zg=1Kohm
se obtiene
y la corriente del emisor es
Siempre que R3 no sea muy pequeña, Vbc permanecerá de hecho constante y a .6 V
sobre todo el rango de trabajo, por lo tanto la ganancia de voltaje en baja frecuencia es
prácticamente la unidad.
Como el voltaje emisor sigue al de la base, al amplificador colector común se le llama
algunas veces seguidor de emisor. Suponiendo que la resistencia del condensador de
acoplamiento de salida es despreciable a la frecuencia de operación, Zl consiste en R3
en paralelo con la carga extrema si se hace usi de las ecuaciones 9,69 y 9.70
El amplificador colector común es, por lo tanto, un intermediario útil entre generador de
alta impedancia y una carga de baja impedancia,
Las ecuaciones 9.69 y 9.71 son por supuesto aproximadas. Unas expresiones mas
exactas de las propiedades del seguidor se pueden obtener utilizando las ecuaciones de
transformación que se dan en el apéndice F, para proporcionar los parámetros híbridos
de colector común.
A bajas frecuencias, según se vio en la subsección 9.5.1, hre es muy pequeña y hfe= β
es grande como una buena aproximación
donde hie=(hfc/40Ic)(ver la ecuación 9.22) y hoe tiene un valor aproximado entre 10^-4
y 10^-5 S. Por lo tanto, los parámetros hibridos del colector común difieren de los de
emisor común en los aspectos muy importantes: mientras que hre tiene el valor de 10^-3
aproximadamente, hrc vale casi exactamente la unidad hre tiene signo opuesto a hfc.
Si, como sucede con frecuencia la admitancia de carga total Yl=1/Zl es mucho mayor
que hoe las ecuaciones (7.95) a(7.98) se transforman en
Se ve ahora que las ecuaciones (9.69) y (9.71) dan una buena aproximación cuando
hieYl<<hfe esto es cuando Zl>>1(40Ic) ver ecuación 9.22
En relación a la ecuación 9.77 se observa que el segundo termino de la parte derecha de
la ecuación domina al primero, a menos que Zg sea extremadamente grande(esto es, a
menos que Zg > hfe/hoe =10^6 ohms) asi pues en condiciones normales
Se podría obtener el mismo resultado, por supuesto Io=5mA,Zsal=500Kohms.
Conectando un resistor de 500 kohms en serie con una batería de gran magnitud. Sin
ventajas del circuito de la figura 9.13 son ahora ovias.
Para lograr una operación estable, el diodo zener se debe polarizar por medio de una
corriente de c. d. De un mili ampere, aproximadamente. La elección de Va,R1 no es
critica, siempre que Va-Vz sea mayor que unos cuantos volts y por supuesto que (Va-
Vz)/R1 >1mA. En el ejemplo que se acaba de presentar, Va =10V,R1=2Kohms pueden
ser bastante adecuados.
El rango de voltaje de salida para el que se dispone de una corriente Io prácticamente
constante, se limita por el hecho de que el transitor tiene que estar polarizado
normalmente(por consiguiente Vo>Vz) y no debe exeder sus valores máximos de
operación, tanto de potencia como de voltaje. El limite superior de V0 en relación a la
línea de tierra se fija por cualquiera de las expresiones(Vo-Vc)<Pmax/Io ó
Vo<Vcemax-Vz. Para concluir esta subsección se hace notar que las propiedades
eléctricas del amplificador con FET compuerta-común ever 6.5b problema 6.12 es
similar al de base común de un transistor
2.4.1 Configuración en emisor común (EC)
Emisor común, figura 2.16 la señal ingresa entre la base y sale por el colector. Tiene en general baja impedancia de entrada y alta de salida. Tiene ganancia tanto en tensión como en corriente, por lo que podemos afirmar que es un amplificador de potencia. La señal de salida queda invertida en 180 grados con respecto a la de entrada.
Figura 2.16 en transistor en emisor común
Esta configuración (EC) es la más utilizada. De la misma forma que se hizo el análisis de la configuración en BC en el que se analizo la zona activa, ahora para esta configuración (EC) también lo haremos
Figura 2.17 Flujos de corriente en el transistor EC
En la figura 2.17 se observa como en el caso anterior que solo el 1 % se recombina y el 99 % no se recombina. La dirección de IE la cambiamos respecto a la figura 2.16 .
Ganancia de corriente βcc:
A veces (casi siempre) se desprecia la IB, por ser muy pequeña, en comparación con la IC.
La curva característica de en circuito en Emisor-común es como se muestra en la figura siguiente:
Circuito con polarización de emisor
Si se quiere amplificar, se necesitan circuitos cuyos puntos Q sean inmunes a los cambios en la ganancia de corriente, esto es, nos interesa que el punto Q sea lo más estable posible. Para este propósito ahora se analizará el "Circuito de polarización de Emisor-común", como se puede apreciar en el siguiente circuito:
El propósito es amplificar, por esa razón el transistor tiene que trabajar en la zona ACTIVA. Como queremos trabajar en la zona activa VBE = 0.7 V. Por lo tanto, analicemos la malla de entrada, la tensión VC será de 4.3 V. Entonces la intensidad IE por la resistencia RE será de:
La malla de salida será:
Trasladando los valores a un gráfico se quedaran de la siguiente forma:
¿Que ocurre si la βcc varía?
Si βcc = 150 solo varía IB.
Si la IB varia y los demás parámetros los mantenemos igual, el punto Q no varía y entonces el transistor se autorregulara.
"El punto Q es muy estable".
aproximación de IC = IE. Sin esta aproximación tenemos:
En estas condiciones el valor de βcc ahora si influye.
Y tendríamos: VCE = 8,77 V
Con βcc = 150:
Con βcc = 50:
Tiene una pequeña variación en su valor, pero podríamos considerar que es bastante estable, y es bueno para trabajar en la zona activa.
Ejemplo. El circuito del transistor BJT de tipo npn de la figura 2.18 tiene una β= 100, la base se
conecta al terminal positivo de una fuente de 5 V a través de una resistencia de 100
KΩ, el colector se conecta al terminal positivo de otra pila de 10 V a través de una
resistencia de 100 ohmios, el emisor se conecta a los terminales negativos de ambas
pilas. En estas condiciones a) calcule la corriente de colector.
Figura 2.18 Transistor en EC para obtener una corriente colector
Solución: a)
Ejemplo. 2
Un transistor BJT del tipo NPN de la figura 2.19, tiene una β =100, se conecta a una
fuente de 30 V , el colector se conecta al terminal positivo de la pila a través de una
resistencia de 330 ohmios . La base también se conecta al mismo terminal positivo de la
pila a través de una resistencia de 560 kohms. El emisor de conecta directamente al
terminal negativo de la pila. Calcule la tensión entre colector y emisor.
Figura 2.19 El transistor en EC para obtener voltaje entre emisor-colector
Ejemplo. En la figura 2.20 se tiene un transistor con una β =100 y =20 V
¿cuál sería la zona de trabajo del transistor ?
Figura 2.20 transistor trabajando en la región de corte
Solución:
Si es la región de corte entonces:
Como 0
Entonces el transistor trabaja en la región de corte
Ejemplo. Dado el circuito de la figura 2.21 determine en que zona de trabajo se encuentra el
transistor si (β =100).
Figura 2.21
Ejemplo
Un transistor BJT del tipo NPN se encuentra en un circuito electrónico que presenta las
siguientes tensiones entre sus terminales: UEB=-0.7 V y UCB=-0.7 V. Bajo estas
condiciones, a) ¿en qué zona está trabajando el transistor?.
Ejemplo.
El transistor de la figura2.22, tiene una β =100, alimenta una carga de 1kohmio a partir
de una batería de 15V. Calcular la potencia disipada por el transistor en los dos casos
siguientes: a) UE=0 V b)UE=30 V.
Figura 2.22 El transistor disipando potencia
2.42 . Configuración en colector común ( emisor seguidor)
Amplificador emisor seguidor (ES), o colector común (CC), se ilustra en la figura 2.24.
Su salida se toma de emisor a tierra en vez de tomarla de colector a tierra, como en el
caso del EC. Este tipo de configuración para el amplificador se utiliza para obtener una
ganancia de corriente y ganancia de potencia.
El EC tiene un desfasamiento de 180° entre las tensiones de base y colector. Esto es,
conforme la señal de entrada aumenta de valor, la señal de salida disminuye. Por otra
parte, para un Es, la señal de salida esta en fase con la señal de entrada. El
amplificador tiene una ganancia de tensión ligeramente menor que uno. Por otro lado,
la ganancia de corriente es significativamente mayor que uno.
Análisis en ca y diseño de amplificadores emisor seguidor.
Los procedimientos para diseño y análisis de amplificadores ES son los mismos que
para amplificadores EC. Los únicos cambios se dan en las ecuaciones que los rigen y
las variables que se afectan son para Rca, Rcd y la tensión de salida. La salida para el
ES está dada por
Transistores pnp
Comparamos los transistores npn y pnp de la figura 2.23
Figura 2.23 transistor NPN Y PNP
El emisor emite, el colector recoge y la base recombina. El sentido de las corrientes es el contrario al de los electrones.
EJEMPLO:
Para entender como podríamos resolver un planteamiento de un problema que presente transistores tipo NPN tendríamos que utilizar el circuito de la figura 2.23 y . Con un tipo de transistor 2N3906 , veamos la figura 2.24
TRANSISTOR NPN TRANSISTOR PNP
Figura 2.24 Transferir un transistor PNP un NPN
Para cambiar de un transistor PNP a un NPN hagamos la siguiente propuesta:
Cambiar el signo de las tensiones.
Cambiar el signo de las corrientes.
Despreciamos IB para hacer los cálculos y cambiamos de sentido IR1 y IR2 para no andar con negativos:
Cambiamos los sentidos de IB, IC y IE para no andar con negativos:
Malla de salida:
Recta de carga y gráfica:
La intensidad de base no suele importar el signo, solo tenemos que saber para este caso que es saliente. Es conveniente tomar como base a los transistores npn".
Tener cuidado con esto, para el ejemplo que hemos hecho saldrán negativos. Solo hay que cambiar el criterio en las corrientes.
2.4.3 POLARIZACIÓN Y ESTABILIZACIÓN DEL TRANSISTOR BIPOLAR
Los objetivos de la estabilización en los transistores son las siguientes:
Dibujar un esquema de un circuito de polarización por división de tensión. Calcular, en un circuito de polarización por división de tensión, la corriente por
el divisor, la tensión de base, la tensión de emisor, la tensión de colector y la tensión colector-emisor.
Obtener la recta de carga y calcular el punto de trabajo (Q) de un circuito de polarización por división de tensión.
Dibujar un esquema de un circuito de polarización de emisor con dos fuentes de alimentación y calcular VRE, IX, VC y VCE.
Recordar cómo se utilizan los transistores pnp en el circuito de polarización por división de tensión.
Comparar los diferentes tipos de polarización y describir las características de cada uno.
Polarización por divisor de tensión Presentaremos dos formas de análisis IDEAL EXACTO: Aproximación ideal
El circuito de la figura 2.25 lo utilizaremos como el método ideal
Figura 2.25 El transistor con polarización por divisor de tensión
Ahora aplicaremos Thévening a la figura 2.25 dando como resultado el circuito de la Figura 2.25a
Figura 2.25a aplicando el teorema de thavening
Aproximamos: RTH = 0. Malla de entrada:
VBE, pero es una variación pequeña respecto a VTH, entonces es casi constante la IC.
Método exacto
Aprovechamos lo calculado anteriormente hecho, y utilizando la figura 2.25c
Interesa que RTH/ influya poco respecto a RE. Hacemos RE 100 veces mayor que RTH/
Pero es difícil que se cumpla esto porque RTH es el paralelo de R1 y R2, ver figura 2.25 y de estas dos resistencias la más pequeña suele ser R2,si separamos esta parte del circuito entonces quedara:
Para que esto funcione correctamente hemos dicho que se tiene que cumplir lo siguiente:
Pero siponemos R2 muy pequeño, la IR2 es grande y es aproximadamente IR1.
Análisis aproximado
Hagamos un breve resumen de lo visto anteriormente para tener una mejor compresión veamos los circuitos de las figuras 2.26a y 2.26b. .
Circuito de polarización de base (resistencia en la base).
Figura 2.26a
Circuito de polarización de emisor (resistencia en emisor).
Figura 2.26b
En este tipo de polarización lo analizaremos con más detenimiento ya que reviste una mayor importancia.
Utilizar dos fuentes no es conveniente, cuando son del mismo valor se suele modificar el circuito de tal forma que solo se usa una fuente de alimentación.
Ahora se mueve la resistencia horizontal, y la ponemos verticalmente y como tenemos 10 V en los dos lados se pueden unir quedando un circuito como el de la figura 2.26d :
Figura 2.26d El transistor BJT estabilizado con una fuente
Y así nos hemos ahorrado una fuente de alimentación, y a este arreglo lo nombramos "Circuito de polarización por división de tensión".
Método del análisis aproximado
Utilizando la figura 2.27 para hacer este análisis
Figura 2.27 análisis aproximado
Sí despreciamos IB las ecuaciones resultantes serán:
EJEMPLO:
Con el circuito de la figura 2.28 y con los valores que ahí se marcan apliquemos las ecuaciones que hemos explicado anteriormente.
Entonces veamos si la aproximación es buena se tendrá que cumplir
Tiene que funcionar bien para los tres valores que marca el catálogo.
CATÁLOGO:
Para comprobarlo veamos la recta de carga con señales de corriente continua (la de alterna se analizara más adelante).
¿Qué curva pasa por ese punto Q?
Si cambiamos el transistor, Q es el mismo pero varía la IB. No cambia la recta de carga ni el punto Q, lo que cambia es la IB, se "Auto adapta". El punto Q es muy estable, prácticamente no cambia de sitio, para hacer los cálculos no hemos usado la para la IB.
Polarización por divisor de tensión en corriente alterna:
Cuando amplificamos la onda es muy importante la impedancia de entrada (Zi) y tiene que ser de un valor concreto. Su valor es:
No se puede hacer la Zi todo lo pequeña que se quiera Para resolver este problema se toma en vez de 0,01RB E
Y así Q se hace bastante estable Circuito de polarización con 2 fuentes de alimentación
En el análisis que se haga todos los circuitos estarán en la región ACTIVA.
Malla de entrada:
Malla de salida:
Recta de carga con fuentes de corriente continua:
Gráficamente:
Será importante que el punto Q esté centrado (lo veremos más adelante). Si el punto Q no saliese centrado, se podría cambiar la colocación, variando los valores de las resistencias y de las pilas como veremos más adelante
2.4.4 Uso de los transistores para excitar LED Para polarizar los LED´s podemos usar los 2 circuitos vistos anteriormente. En los circuitos con polarización de base, se establece un valor fijo para la corriente de base, y en los circuitos de polarización de emisor se establece un valor fijo para la corriente de emisor. Debido al problema de la ganancia de corriente, los circuitos con polarización de base, generalmente, se diseñan para conmutar entre la saturación y el corte, mientras que los circuitos con polarización de emisor normalmente se diseñan para funcionar en la zona activa.
Circuito de polarización de base. o Corte (LED apagado) o Saturación (LED encendido)
Circuito de polarización de emisor: o Corte (LED apagado) o Activa (LED encendido)
Transistor con polarización de base como excitador para el LED
Dado el circuito 1 como se observa, el interruptor tiene dos posiciones, la posición A y la posición B, analizaremos cada una de ellas:
Circuito 1
Posición A
El interruptor esta abierto en esta posición por lo que la corriente de base es cero, entonces el transistor está en "Corte".
Posición B
Se cierra el interruptor, se analiza el circuito para ver en que zona se encuentra el transistor.
Habría que ver si con esta intensidad la luminosidad del LED es suficiente, sino se le dan retoques. Llegados a este punto, si quisiéramos variar el valor de la intensidad variaríamos VCC y RC. Ahora comprobamos si estamos en saturación:
Hemos visto que estamos en saturación fuerte. En este circuito si variamos variásemos a βcc = 150 no influiría en el LED.
Transistor con polarización de emisor como excitador para el LED
El circuito 2 presenta una resistencia en el emisor, que proporciona una mayor
estabilidad al transistor, igualmente como se explico en el circuito 1 tendrá dos
posiciones A y B
Circuito 2
Posición A
Interruptor abierto, la corriente de emisor es cero, por lo que el transistor está en "Corte".
Posición B
Interruptor cerrado analizamos en que zona se encuentra el transistor.
Para comprobar si el transistor está en zona activa analizaremos la malla de salida, que presentara la siguiente ecuación:
La unión BC en inversa (C más positivo que B), por lo tanto el transistor está en "Activa". ¿Si variamos Vcc influye en algo en el circuito? R.- No influye, esto se debe a que no varía su IC, el punto Q es muy estable
Comparación de los dos circuitos
Circuito 1: Según que LED puede variar su tensión 2 V, 2,2 V, 2,3 V, 1,8 V...Y esto influiría en la IC, entonces si cambio un LED por otro va a iluminar un poco más o menos.
Circuito 2: Las variaciones antes nombradas no influyen en este caso al LED, luego es mejor. Además nos ahorramos la RC que hemos quitado, por lo tanto es mejor el circuito 2, el circuito con polarización de emisor como excitador para el LED.
El transistor en la conmutación
Analizaremos uno de los circuito típicos que se usan en electrónica digital.
Vamos a ver si la hipótesis es correcta:
La hipótesis es correcta, estamos en saturación. Ahora comprobaremos si es saturación normal o fuerte:
Y la salida se aproxima a cero: V0 = 0 V.
Veamos que ocurre si a la entrada le metemos por ejemplo una onda cuadrada:
Así el circuito se comporta como un INVERSOR. Para que a la salida en lugar de 0 V y
15 V tengamos 0 V y 5 V, se cambia la pila VCC de + 15 V a VCC = + 5 V.
2.4.5 Modelo de Ebers-Moll
Este modelo describe el funcionamiento en corriente continua del transistor BJT., el análisis se centrara en el transistor npn ya que todas las ecuaciones que vamos a presentar para éste son aplicables al pnp sin más que cambiar el signo de todas las corrientes y tensiones. En apariencia el BJT no es más que dos uniones pn enfrentadas, que comparten el nodo (la base del transistor). Por ello una primera aproximación al modelado podría consistir la propuesta de la Figura 2.2 en ella aparecen dos diodos PN enfrentados y dispuestos de tal forma que los ánodos de ambos diodos coinciden en el terminal de base, el transistor. El diodo de la izquierda representa a la unión emisor y el de la derecha a la de colector. En párrafos siguientes haremos el análisis de las ecuaciones para comprender la función que tiene en un transistor BJT El modelo Ebers-Moll Modelos para señales fuertes Las corrientes continuas en el emisor y el colector en operación normal son determinadas por:
Modelo Ebers-Moll para transistores NPN
Modelo Ebers-Moll para transistores PNP
La corriente interna de base es principalmente por difusión y
Dónde:
IE es la corriente de emisor.
IC es la corriente de colector.
αT es la ganancia de corriente directa en configuración base común. (de 0.98 a
0.998)
IES es la corriente de saturación inversa del diodo base-emisor (en el orden de
10−15 a 10−12 amperios)
VT es el voltaje térmico kT / q (aproximadamente 26 mV a temperatura
ambiente ≈ 300 K).
VBE es la tensión base emisor.
W es el ancho de la base.
La corriente de colector es ligeramente menor a la corriente de emisor, debido a que el valor de αT es muy cercano a 1,0. En el transistor de unión bipolar una pequeña variación de la corriente base-emisor genera un gran cambio en la corriente colector-emisor. La relación entre la corriente colector-emisor con la base-emisor es llamada ganancia, β o hFE. Un valor de β de 100 es típico para pequeños transistores bipolares. En una configuración típica, una señal de corriente muy débil circula a través de la unión base-emisor para controlar la corriente entre emisor-colector. β está relacionada con α a través de las siguientes relaciones:
Eficiencia del emisor:
Otras ecuaciones son usadas para describir las tres corrientes en cualquier región del transistor están expresadas más abajo. Estas ecuaciones están basadas en el modelo de transporte de un transistor de unión bipolar.
Dónde:
iC es la corriente de colector.
iB es la corriente de base.
iE es la corriente de emisor.
βF es la ganancia activa en emisor común (de 20 a 500)
βR es la ganancia inversa en emisor común (de 0 a 20)
IS es la corriente de saturación inversa (en el orden de 10−15 a 10−12 amperios)
VT es el voltaje térmico kT / q (aproximadamente 26 mV a temperatura
ambiente ≈ 300 K).
VBE es la tensión base-emisor.
VBC es la tensión base-colector.
Modelos para señales débiles
Modelo de parámetro h
Modelo de parámetro h generalizado para un BJT NPN. Remplazar x con e, b o c para las topologías EC, BC y CC respectivamente.
Otro modelo comúnmente usado para analizar los circuitos BJT es el modelo de parámetro h. Este modelo es un circuito equivalente a un transistor de unión bipolar y permite un fácil análisis del comportamiento del circuito, y puede ser usado para desarrollar modelos más exactos. Como se muestra, el término "x" en el modelo representa el terminal del BJT dependiendo de la topología usada. Para el modo emisor-común los varios símbolos de la imagen toman los valores específicos de:
x = 'e' debido a que es una configuración emisor común.
Terminal 1 = Base
Terminal 2 = Colector
Terminal 3 = Emisor
iin = Corriente de Base (ib)
io = Corriente de Colector (ic)
Vin = Tensión Base-Emisor (VBE)
Vo = Tensión Colector-Emisor (VCE)
Y los parámetros h están dados por:
hix = hie - La impedancia de entrada del transistor (correspondiente a la
resistencia del emisor re).
hrx = hre - Representa la dependencia de la curva IB–VBE del transistor en
el valor de VCE. Es usualmente un valor muy pequeño y es
generalmente despreciado (se considera cero).
hfx = hfe - La ganancia de corriente del transistor. Este parámetro es
generalmente referido como hFE o como la ganancia de corriente
continua (βDC) in en las hojas de datos.
hox = hoe - La impedancia de salida del transistor. Este término es
usualmente especificado como una admitancia, debiendo ser invertido
para convertirlo a impedancia.
Como se ve, los parámetros h tienen subíndices en minúscula y por ende representan que las condiciones de análisis del circuito son con corrientes alternas. Para condiciones de corriente continua estos subíndices son expresados en mayúsculas. Para la topología emisor común, un aproximado del modelo de parámetro h es comúnmente utilizado ya que simplifica el análisis del circuito. Por esto los parámetros hoe y hre son ignorados (son tomados como infinito y cero, respectivamente). También debe notarse que el modelo de parámetro h es sólo aplicable al análisis de señales débiles de bajas frecuencias. Para análisis de señales de altas frecuencias este modelo no es utilizado debido a que ignora las capacitancias entre electrodos que entran en juego a altas frecuencias.
Problema: Dado el seguidor de emisor de la figura 5..2 Calcúlense a) AI, AV, Zi y Zo a) utilizando el modelo simplificado en colector común. b) utilizando el modelo simplificado en emisor común. Compruébese que el resultado obtenido en los dos incisos anteriores es el mismo, teniendo en cuenta las relaciones entre los parámetros h en colector común y en emisor común.
Datos: Rs = 500 , RL = 5 k, hie = 1100 , hfe = 50, hoe = 24 A/V.
Solución:
a) AI = – hfc = (1+hfe) = 51
AV = AIRL/Zi = 0.9957;
Zi = hic – hrchfcRL = hie + (1+hfe)RL = 256.1 K
Zo = – (RS+hic)/(hrchfc) = (RS+hie)/(1+hfe) = 31.37 b)
AVS = AVZi/(Zi+RS) = 0.9938
Zo' = Zo || RL = 31.18
Problema Para el amplificador de la figura 5.4, calcule a) AV, AI y Zi en función de los parámetros h y los elementos del circuito de polarización. Utilice el modelo simplificado.
Solución. a) AV = RLAI / Zi AI = – hfeRB / [(1+RL/RC)(RB+hie)] Zi = hieRB / (hie+RB); EL TRANSISTOR BIPOLAR COMO AMPLIFICADOR. Los transistores se encuentran dentro de los denominados elementos activos, ya que, bajo determinadas condiciones, son capaces de entregar a una cierta resistencia de carga, una potencia mayor que la existía en su entrada. La aplicación de esta propiedad permite la utilización del transistor bipolar como amplificador de señal o de ganancia de tensión, es decir, un BJT es capaz de manejar una señal a.c que se tiene en la entrada, para dar lugar a una señal de a.c a la salida amplificada. Este razonamiento no contradice el principio de conservación de la energía, ya que la energía entregada a la carga procede de la fuente de alimentación. El amplificador se encarga de transformar la energía procedente de una señal de continua, en otra de alterna. Para operar como amplificador el BJT ha de estar polarizado en la región activa directa. Los elementos de polarización deberán ser seleccionados para garantizar el funcionamiento en esta región (resistencias, fuentes). El principio de operación del transistor como amplificador se basa en el concepto de pequeña señal, y exige que en todo el rango de señal, el BJT no pase a corte o saturación. La configuración más simple de amplificador que podemos encontrar es la mostrada en la figura 2.13, en ella aparecen dos resistencias una en el colector y la otra en la base.
La entrada del circuito tiene dos componentes: VBB e Vi , en donde VBB es una señal para la polarización del transistor, y v i es de pequeña señal, que es la tensión que se desea amplificar. Para analizar el comportamiento como amplificador es necesario: 1) Localizar el punto de trabajo, Q. 2) Realizar un análisis en pequeña señal en Q.
1) El punto de trabajo
Las coordenadas del punto Q dependen de los parámetros de la red de polarización: RB , RC , y VBB , Vi . El valor de la resistencia RB se suele tomar para localizar al punto Q, en una región intermedia, entre corte y saturación para que optimice el rango de operación, no deberá elegirse de valores excesivamente bajos para evitar que entre en saturación. La resistencia de colector define la pendiente de la recta de carga en las curvas de salida. A mayor pendiente, mayor excursión de tensión para los mismos niveles de intensidad de colector, lo cual equivale a mayor ganancia en tensión. No obstante, para un valor de Rc demasiado elevado, el transistor se puede colocar en saturación.
2) Análisis en pequeña señal
Para que el BJT se encuentra polarizado en el punto Q situado en la zona activa directa, se consideran nulas las polarizaciones de d.c y se analiza el comportamiento del circuito excitado exclusivamente por las señales de a.c de entrada (v i ). De este modo, se calculan las oscilaciones de las variables sobre el punto de operación. El valor de la ganancia depende de las coordenadas del punto de operación (Q), esto quiere decir que la red de polarización (VCC , RB y R C ) influyen indirectamente en la ganancia del amplificador. Asimismo, para mayores cargas (R c ) mayor ganancia en tensión. El signo negativo procede de la inversión de señal a la salida (amplificador inversor).
Ejemplo: Analicemos al transistor como dispositivo de amplificación, utilizando el circuito de la figura 2.15, observe que no existen fuentes de d.c y se debe a que nos interesa ver al transistor en condiciones dinámicas. Con los valores de resistencia que se observan en el circuito tanto en la entrada como en la salida, calculemos el factor de amplificación.
Rent= R1 Rsalida= RL
Solución:
Recta de carga:
Cuando se toca el termino polarización, debemos entender que el funcionamiento que efectué el circuito será con voltajes de c.d, si fijáramos un voltaje de fuente constante en el circuito, se establecerá un nivel de corriente y voltaje fijos para estas fuentes, y le llamaremos punto de operación ó punto Q (en donde Q se deriva de de las siglas en ingles quiescent point), en la figura 2.13 se marca un posible punto de operación Q en la región activa, en donde Q1 se refiere a un voltaje de polarización dado por las fuentes externas, y Q2 es otro valor de voltaje dado por la misma fuente. El circuito por realizar puede diseñarse para que opere en un punto establecido dentro del área activa del transistor, de forma que habría que fijar primero los puntos máximos de voltaje y corriente del circuito.
El transistor podría estar con una polarización tal que pueda operar fuera de los limites de trabajo que establezca el fabricante, pero existe la posibilidad de dañar al dispositivo, ó disminuir la vida útil del mismo. Si por alguna razón no se polariza el circuito con fuentes externas de d.c, implicaría estar apagado y el punto Q estaría en el origen del cuadrante de las X e Y.
Prosiguiendo con el circuito de la figura 2.13 y una vez visto como se obtuvo el punto Q del transistor, analicemos como se proyecta la recta de carga utilizando la malla de salida, en donde nos proporcionara una ecuación que relaciona las variables IC y VCE.
La ecuación anterior nos proporciona la información necesaria para ubicar nuestra recta de carga, y para crearla la forma mas simple es fijar dos parámetros que al unirlos se forma la recta, para ello fijemos a uno de los dos parámetros que resultara de igualar IC = 0 , si este valor lo sustituimos en la ecuación 2.6 tendremos el primer parámetro.
Si ahora proponemos que VCE = 0 y sustituimos en la ecuación 2.6 nos resultara que tendremos el segundo parámetro y la IC estará en función de VCC y de RC, ahora trazando una línea entre estos dos puntos tendremos la recta de carga para este circuito, como se ve en la figura 2.14
Hemos dicho que el transistor podía trabajar como un amplificador y también como un conmutador, y que el punto Q dependerá de la IB y que puede caer en cualquier punto de la recta.
Conmutación: SATURACIÓN y CORTE.
Amplificación: ACTIVA.
IB =50 µA
IB =40 µA
IB =30 µA
20 µA
IB =10 µA
IB = 0 µA
VCE = VCC
º Q1
º Q2
Figura 2.14 localización de los parámetros VCE
Recta de
carga
Como hemos dicho anteriormente, el valor de IB depende de la RB, por lo tanto podemos controlar la posición del punto Q variando el valor de la RB. Condiciones de saturación y corte para un transistor bipolar cuando RB varia
Analicemos brevemente la estabilidad de este circuito de polarización de base común
Debemos considerar que la β puede variar por diversas razones, por lo tanto el punto es inestable.
EJEMPLO: β = 150 EJEMPLO: β = 50
IB = 30 mA IB = 30 A IC = 150( 30 mA ) = 4.5 mA IC = 50 (30 mA ) = 1.5 mA VCE = 1.5 V VCE = 10.5 V
observemos que al variar la beta (β) varia la VCE, y por lo tanto la posición del punto Q
dispositivos optoelectrónicos Fototransistor
Optoacoplador con Fototransistor Anteriormente hemos visto lo que ocurría cuando el transistor en corte, ahora veremos lo que ocurre dentro del transistor cuando estamos en corte.
El emisor no emite si dejamos la base al aire, pero aún y eso hay generación térmica de los minoritarios (electrones).
Vamos a usar esa corriente, en estos dos nuevos dispositivos optoelectrónicos veremos
que ocurre con esa corriente de minoritarios.
Fototransistor
Es un transistor con la base al aire. Veamos que ocurre dentro del transistor:
Ocurre la generación térmica y se cierra una malla para los electrones minoritarios. Se pinta de negro el transistor dejando una rendija para que entre la luz. Con esto tenemos fotones que hacen que la corriente aumente, cuanto más fotones halla más aumentará la corriente.
En esta parte podemos ver el comportamiento del fotodiodo, que aumenta su corriente gracias a los fotones de luz que recibe.
Para analizar esto veremos un símil equivalente, esto es un circuito que se comportaría como un fototransistor.
IR = IS + If pero despreciamos If, además debido al efecto de la luz se crea una corriente que se suma a la IR, por lo tanto tenemos:
IR = IS + Iluz
Fot C
C R
sensible a la luz.
Optoacoplador con Fototransistor
Esta basado en el Fototransistor
Veremos el uso del Optoacoplador con Fototransistor con un ejemplo.
EJEMPLO: Detector de paso por cero
Como su propio nombre indica su objetivo es detectar cuando el circuito pasa por cero.
Revisando el catálogo: Esta gráfica solo se cumple en el caso de que se esté en activa.
Ahora tenemos que saber donde nos encontramos. Hipótesis: SATURACIÓN.
Como vemos trabaja en Saturación (los Optoacopladores siempre trabajan en Saturación, al diseñarlos hay que tener en cuenta esto).
En el pico de la onda de entrada Vsal = 0 V. Se le dan distintos valores hasta que se salga de saturación, que ocurrirá en un punto cerca de 0 V. Después pasará a saturación y ya no emitirá luz.
En cada paso por cero hay un pico en el que pasa de saturación a corte y luego a saturación seguido. Con esto se detecta el paso por cero. Además de aislar el circuito de la red.
Resumiendo: Este circuito es un detector de paso por cero y además está aislado de la red.
Aplicación: En osciloscopios, ya que en estos hay que saber cuando se pasa por cero
Problemas
Problema 1
Calcular la recta de carga y el punto Q de un transistor en forma gráfica.
Solución:
Hipótesis: Activa.
Fijándonos en el dibujo vemos que estamos en activa, por lo tanto la suposición es
correcta. Calculamos la recta de carga como se ha visto en la teoría, y finalmente
tenemos:
Problema 2
Analizar en el siguiente circuito los casos de conmutación para cada uno de los
siguientes casos:
Cuando: a) VBB = 0 V b) VBB = 10 V
Solución:
Este es un circuito típico en el que los transistores están conmutando (conduce, no
conduce, conduce, etc...).
a) VBB = 0 V
El circuito queda de la forma siguiente:
Algún A va a Q2 pero lo despreciamos. Vemos que el zener está en ruptura:
Hay que saber ahora si el Led está encendido con esa corriente.
Ahora hay que ver en que zona trabaja el transistor Q2.
Como se ve el transistor Q2 trabaja en activa. Resumiendo vemos como a quedado:
Q1 CORTE.
Q2 ACTIVA.
LED se enciende.
b) VBB = 10 V
Hipótesis: Q1 SATURACIÓN
El zener está en inversa, no funciona. Comprobamos si la hipótesis es correcta.
Si estuviera en activa:
Si se encuentra en saturación se cumple:
Si se cumple, está en SATURACIÓN.
Aplicación: Si tuviéramos un tren de pulsos a la entrada:
Esto nos podría valer, por ejemplo, para controlar alarmas
Problema 3
Calcular el valor de Vsal en el circuito de la figura de forma exacta:
Solución:
Lo hacemos de forma exacta, como nos lo pide en el enunciado. Hipótesis: Activa.
Todo esto se ha hecho suponiendo que estamos en Activa. Ahora hay que comprobarlo.
Los 2 transistores están en activa, por lo tanto, la hipótesis es correcta y los resultados
son válidos.
Problema 4
Calcular el valor de ILED en el circuito de la figura:
Solución:
Aplicamos Thévenin a la parte izquierda del circuito un vez colocado adecuadamente
para aplicar este teorema:
Cuidado con la malla de entrada, siempre es por BE y en este caso está arriba.
El valor de esa ILED es positivo porque es una intensidad saliente, si fuese entrante sería
negativa. Ahora comprobaremos si la suposición de activa es correcta, para ello el valor
de VCE tendría que ser negativo.
EL THIRISTOR O SRC (Silicón-Controlled-Rectifiers)) Este semiconductor en conducción virtualmente se comporta como un diodo común, con su ánodo y su cátodo, pero ciertamente no es un diodo común, la diferencia física se localiza en su patilla de control o puerta (gate), que en su símbolo se representa por una conexión más fina que, sale o entra con cierta inclinación por un lado del cátodo. En el momento de conectar la tensión al SCR, éste no conduce, debido a la especial constitución de la unión ánodo-cátodo que, para su cebado necesitan de una pequeña corriente que los haga entrar en conducción abrupta (en avalancha), cosa que no ocurre mientras no esté activada la mencionada puerta (gate), la cual requiere de una corriente de encendido muy baja en comparación con la corriente que suele atravesar el conjunto ánodo-cátodo del diodo. Una vez entra en conducción el 'diodo', permanecerá en conducción mientras haya una corriente mínima circulando a través de la unión. Por lo tanto, sólo dejará de conducir cuando se de la siguiente circunstancia; Cese el paso de corriente por la unión del SCR y esto puede lograrse por diversos motivos, estos son algunos de los motivos:
Cortar la corriente por un medio mecánico (por un interruptor)
Mediante el cruce de la unión ánodo-cátodo (por un pulsador)
Prueba de un SCR con un ohmímetro.
Si no existe corriente en la compuerta el SCR no conduce. Lo que sucede después de ser activado el SCR, se queda conduciendo y se mantiene así. Si se desea que el tristor deje de conducir, el voltaje +V debe ser reducido a 0 Voltios. Si se disminuye lentamente el voltaje (tensión), el tristor seguirá conduciendo hasta que por el pase una cantidad de corriente menor a la llamada "corriente de mantenimiento o de retención", lo que causará que el SCR deje de conducir aunque la tensión VG (voltaje de la compuerta con respecto a tierra no sea cero. Como se puede ver el SCR , tiene dos estados:
Estado de conducción, en donde la resistencia entre ánodo y cátodo es muy baja
Estado de corte, donde la resistencia es muy elevada Los usos típicos incluyen control del calentador, y control del horno y del horno
El SCR también es llamado un Circuito Candado por la forma en la cual estan los dos transistores que lo componen.
Relay - Relé - Relevador El Relé es un interruptor operado magnéticamente. Este se activa o desactiva (dependiendo de la conexión) cuando el electroimán (que forma parte del Relé) es energizado (le damos el voltaje para que funcione). Esta operación causa que haya conexión o no, entre dos o más terminales del dispositivo (el Relé).
Esta conexión se logra con la atracción o repulsión, de un pequeño brazo llamado armadura, por el electroimán. Este pequeño brazo conecta o desconecta los terminales antes mencionados. Por ejemplo: Si el electroimán está activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C y D. Si el electroimán se desactiva, conecta los puntos C y E. De esta manera se puede tener algo conectado, cuando el electroimán está activo, y otra cosa conectada, cuando está inactivo , cuando está inactivo
Ventajas del Relé: - Permite el control de un dispositivo a distancia. No se necesita estar junto al dispositivo para hacerlo funcionar. -El Relé es activado con poca corriente, sin embargo puede activar grandes máquinas que consumen gran cantidad de corriente.
Con una sola señal de control, puedo controlar varios Relés a la vez.
Configuración emisor seguidor o colector común. Amplificador a transistores
El amplificador seguidor emisor, también llamado colector común, es muy útil
pues tiene una impedancia de entrada muy alta y una impedancia de salida baja.
Nota: La impedancia de entrada alta es una característica deseable en una
amplificador pues, el dispositivo o circuito que lo alimenta no tiene que entregarle mucha corriente (y así cargarlo) cuando le pasa la señal que se desea amplificar.
Este circuito no tiene resistencia en el colector y la salida está conectada a la resistencia del emisor (ver la figura
El voltaje se salida "sigue" al voltaje en el emisor, sólo que es de un valor ligeramente menor (0.6 voltios aproximadamente)
Ve = Vb - 0.6 Voltios
La ganancia de tensión es: Av = Vout / Vin = Ve / Vb.
Como Ve es siempre menor que Vb, entonces la ganancia siempre será menor a 1.
La impedancia de entrada se obtiene con la siguiente fórmula: Zin = (β + 1) x Re
Donde: β es la ganancia de corriente del transistor (dato del fabricante)
Del gráfico anterior. Si Re = 2.2 Kilohmios (2.2 K) y β = 150
Zin = (β + 1) x Re = (150 + 1) x 2200 Ohmios = 332,000 Ohmios (332 K)
Este amplificador aparenta una impedancia de entrada de 332,000 Ohmios a la
fuente de la señal que se desea amplificar. Este tipo de circuito es muy utilizado
como circuitos separadores y como adaptadores de impedancia entre las fuentes de señal y las etapas amplificadoras.