GUÍA 5: TRANSISTORES

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1 3º Electrónica Rogelio Ortega GUÍA 5: TRANSSTORES 1. LASFAÓN DE TRANSSTORES PNP ipolar (JT) NPN TRANSSTOR anal P (JFET P) Unión anal N (JFET N) Efecto de campo (FET) Metal Oxide Semiconductor anal P (MOSFET P) anal N (MOSFET N)

2 3º Electrónica Rogelio Ortega 2. TRANSSTOR DE UNÓN POLAR (JT) Un transistor bipolar está formado por dos uniones PN en contraposición. Físicamente, el transistor está constituido por tres regiones semiconductoras unidas a los pines o terminales denominados emisor (E), base () y colector (). Existen 2 tipos de transistores bipolares: Transistor PNP Transistor NPN Las simbologías son, PNP NPN E E a) ondiciones de funcionamiento Las condiciones normales de funcionamiento de un transistor NPN se dan cuando el diodo base emisor se encuentra polarizado en directa y el diodo base colector se encuentra polarizado en inversa. En esta situación gran parte de los electrones que fluyen del emisor a la base consiguen atravesar ésta, debido a su poco grosor y débil dopado, y llegar al colector. b) El transistor posee tres zonas de funcionamiento Zona de saturación: El diodo colector está polarizado directamente y es transistor se comporta como una pequeña resistencia. En esta zona un aumento adicionar de la corriente de base no provoca un aumento de la corriente de colector, ésta depende exclusivamente de la tensión entre emisor y colector. El transistor se asemeja en su circuito emisor colector a un interruptor cerrado. Zona activa: En este intervalo el transistor se comporta como una fuente de corriente, determinada por la corriente de base. A pequeños aumentos de la corriente de base corresponden grandes aumentos de la corriente de colector, de forma casi independiente de la tensión entre emisor y colector. Para trabajar en esta zona el diodo base emisor ha de estar polarizado en directa, mientras que el diodo base colector, ha de estar polarizado en inversa.

3 3º Electrónica Rogelio Ortega Zona de corte: El hecho de hacer nula la corriente de base, es equivalente a mantener el circuito base emisor abierto, en estas circunstancias la corriente de colector es prácticamente nula y por ello se puede considerar el transistor en su circuito colector emisor como un interruptor abierto. Los transistores se usan en su zona activa cuando se emplean como amplificador de señales. Las zonas de corte y saturación son útiles en circuitos digitales, vale decir, trabajan como interruptor abierto o cerrado. 3. TRANSSTOR DE EFETO DE AMPO (FET) El transistor de efecto de campo ( FET: Field Effect Transistor) es un semiconductor de tres terminales llamados Drenador (D), Surtidor o fuente (S) y ompuerta (G), que se emplea para una amplia variedad de aplicaciones que coinciden, en gran parte, con aquellas correspondientes al transistor JT. Existen dos tipos de transistores de efecto de campo: El transistor de efecto de campo de unión (JFET). El transistor de efecto de campo de metal óxido semiconductor (MOSFET). Las simbologías son, JFET MOSFET ANAL N ANAL P ANAL N ANAL P D D D D G G G G S S S S a) Diferencias entre el JT y FET La diferencia principal entre estas dos clases de transistores es: El transistor de unión bipolar (JT) es un dispositivo operado por corriente, y requiere que haya cambios de corriente en la base ( ) para producir cambios en la corriente de colector ( ). El transistor de efecto de campo (FET) es controlado por tensión y los cambios en tensión de la compuerta (V GS ) permiten cambios en la corriente de drenador ( D ).

4 3º Electrónica Rogelio Ortega Otras diferencias son las siguientes: Así como hay transistores bipolares NPN y PNP, existen transistores de efecto de campo de canal N y canal P. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el transistor JT es un dispositivo bipolar (el prefijo bi revela que el nivel de conducción es una función de dos portadores de carga, electrones y huecos). El FET es un dispositivo unipolar que depende únicamente ya sea de la conducción por electrones (canal N) o por los huecos (canal P). El término "Efecto de campo" en el nombre elegido amerita una explicación. Todos estamos familiarizados con la habilidad de un imán permanente de atraer limaduras de metal sin necesidad de un contacto físico directo. El campo magnético de un imán permanente actúa sobre las limaduras y las atrae hacia el imán a través de un esfuerzo por parte de las líneas de flujo magnético, para mantenerlas a tan corta distancia como sea posible. Para el FET se establece un campo eléctrico por medio de las cargas presentes que controlaran la trayectoria de conducción del circuito de salida, sin necesidad de un contacto directo entre la cantidad que controla y la que es controlada. En general, los FET son más estables con relación a la temperatura que los JT, y los FET son normalmente más pequeños en construcción que los JT, haciéndolos particularmente útiles en circuitos integrados (). Sin embargo, las características de construcción de algunos FET pueden hacerlos más sensibles al manejo que los JT. Una de las características más importantes del FET es su alta impedancia de entrada. En un nivel de 1 hasta varios cientos de mega ohms (MΩ), este dispositivo excederá con mucho los niveles típicos de resistencia de entrada de las configuraciones con transistores JT, una característica muy importante en el diseño de sistemas amplificadores lineales de A. Por otro lado, el transistor JT tiene una sensibilidad mucho mayor a los cambios en la señal aplicada. En otras palabras, la variación en la corriente de salida es por lo general mucho mayor para los JT que para los FET, con el mismo cambio en el voltaje. Por esta razón, las ganancias típicas de voltaje de A para amplificadores JT son mucho mayores que para FET. En general los FET son más estables con relación a la temperatura que los JT, y los FET son normalmente más pequeños en construcción que los JT, haciéndolos particularmente útiles en circuitos integrados ( ). Sin embargo, las características de construcción de algunos FET pueden hacerlos más sensibles al manejo que los JT. 4. ENAPSULADOS MÁS OMUNES DE TRANSSTORES TO 92 TO 220 TO 3

5 3º Electrónica Rogelio Ortega ANEXO: DESARROLLO DE EJEROS ON TRANSSTOR POLAR NPN 1. alcular los parámetros eléctricos existentes en el circuito? 1k 50k 12 V 5 V Aplicando ley de Kirchhoff de tensión tenemos: a) 12V 1k VE b) 5V 50k 0,7V 86A También se sabe que la ganancia de corriente β es aproximadamente 100, por lo tanto: c) A 8,6mA Reemplazando en ecuación a) se tiene: 12V 8,6mA1k V V 3, V E E 4 A continuación se presenta el circuito con las respectivas corrientes de base y colector, así como también el voltaje colector emisor m A D 1e009 1k 0.087m A D 1e009 50k V D 10M 12 V 5 V

6 3º Electrónica Rogelio Ortega 2. alcular la resistencia de base para que el transistor trabaje en saturación (ON)? En saturación el V E = 0V Aplicando ley de Kirchhoff de tensión tenemos: a) 12V 1k 0V 12mA b) 5V R 0, 7V 12mA c) 120A 100 Reemplazando en ecuación b) se tiene: 5V 120A R 0,7V R 35k A continuación se presenta el circuito con las respectivas corrientes de base y colector, así como también el voltaje colector emisor A D 1e009 1k 0.123m A D 1e009 35k V D 10M 12 V 5 V 3. alcular la resistencia de base para que el transistor trabaje en corte (OFF)? En corte el V E = 12V Aplicando ley de Kirchhoff de tensión tenemos: a) 12V 1k 12V A 0 R 7 b) 5V 0, V 0A c) 0A 100 Reemplazando en ecuación b) se tiene:

7 3º Electrónica Rogelio Ortega 5V 0A R 0, 7V R Esto quiere decir que R es muy grande, tal como se puede ver en el siguiente circuito esquemático A D 1e009 1k 0.888u A D 1e M V D 10M 12 V 5 V 4. alcular los parámetros eléctricos existentes en el circuito con polarización por divisor de voltaje? 12V 10k 3.3k 2.2k 1.0k Aplicando ley de Kirchhoff de tensión tenemos: a) 12V 3,3k V k E 1 b) 12V 1 10k ( 1 ) 2, 2k

8 3º Electrónica Rogelio Ortega c) ) 2,2k 0,7V k ( 1 1 d) 100 Reemplazando de ecuación d) en ecuación c) tenemos: e) ) 2,2k 0,7V 100 k ( 1 1 on ecuación b) y ecuación e) nos da el siguiente sistema de ecuaciones: 12,2k 2,2k 1 1 2,2k 102,2k 12 0,7 Resolviendo el sistema tenemos que 1 986A e 14,4A Por lo tanto ,4A 1, 44mA Reemplazando en ecuación a) tenemos: 12V 1,44mA 3,3k VE 1,44mA1k VE 5, 8V A continuación se indican los resultados según programa de simulación multisim 9. 12V 10k 3.3k D 1e m A 1.503m A D 1e u A D 1e V D 10M 2.2k 1.0k

9 3º Electrónica Rogelio Ortega En adelante se presenta el circuito de un amplificador de señal alterna senoidal 12V Ext Trig 10k 3.3k A _ 10uFPOL 10uFPOL 2.2k 1.0k 10uFPOL El voltaje pico y frecuencia del generador es de10 mv y 1kHz Del gráfico adjunto se puede indicar que la ganancia de voltaje del amplificador es: A v V V o i 1.135mV 10mV A v 113,5

10 3º Electrónica Rogelio Ortega ONLUONES SORE EL FUNONAMENTO DEL TRANSSTOR Del análisis anterior (comparación de cálculos matemáticos y programa de simulación), se puede comprobar lo siguiente: El transistor cuando trabaja como interruptor cerrado (saturación) el voltaje colector emisor tiende a cero voltios, mientras que cuando trabaja como interruptor abierto (corte) el voltaje colector emisor es cercano a la tensión de alimentación. Por otra parte cuando el transistor trabaja como amplificador el voltaje colector emisor es aproximadamente la mitad de la tensión de alimentación. A continuación se presentan los valores obtenidos por el programa de simulación en donde se acredita lo anteriormente señalado: En saturación V E = 0,696 V En corte V E = 11,998 V En amplificación V E = 5,528V Además podemos indicar que la ganancia de voltaje del amplificador A v = 113,5 la cual es muy cercana a la ganancia de corriente considerada para los cálculos β = 100 También podemos señalar en este apartado que el transistor NPN puede trabajar solamente si está bien polarizado, esto es que el diodo base emisor debe estar en polarización directa, es este caso el terminal de base positivo y el de emisor negativo. on lo anterior se logra que exista una pequeña corriente en la base y con esto la existencia de corriente de colector.

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