2 Electrónica Analógica TEMA II. Electrónica Analógica

Transcripción

1 TEMA II Electrónica Analógica Electrónica II Electrónica Analógica 2.1 Amplificadores Operacionales. 2.2 Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales. 2.3 Filtros. 2.4 Transistores. 2 1

2 2.4 Transistores Materiales semiconductores Funcionamiento básico Polarización de un transistor Zonas de trabajo Punto de trabajo Q Análisis de circuitos con transistores bipolares El transistor de efecto de campo 3 El transistor Dispositivo semiconductor que permite el control y regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña. Existe una gran variedad de transistores: Bipolares, Most, Fet. Los símbolos que corresponden al bipolar son los siguientes: El nombre se refiere a su construcción como semiconductor. Un circuito con un transistor NPN se puede adaptar a PNP. 4 2

3 Funcionamiento básico Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad por la Base por lo que la lámpara no se encenderá. Toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor. Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequeña circulará por la Base yuna intensidad muy grande dese el Emisor al Colector. IE > IC > IB ; IE = IB + IC ; VCE = VCB + VBE 5 Polarización No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP. La unión base - emisor se polariza directamente y l La unión base - colector inversamente. 6 3

4 Polarización El Transistor como amplificador de corriente: Ganancia en corriente típicamente Polarización 8 4

5 Zonas de trabajo CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto. IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat SATURACION.- Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. La tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector. Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. Como si fuera un interruptor. ACTIVA.- Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente. La ganancia relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base: ß = IC / IB 9 Resumen: Saturación Corte Activa VCE ~ 0 ~ VCC Variable VBC ~ VCC ~ 0 Variable IC Máxima = ICEO lang=en-gb~ 0 Variable IB Variable = 0 Variable VBE ~ 0,8v < 0,7v ~ 0,7v 10 5

6 Punto de trabajo (Q) Obtener el punto de trabajo Q de un dispositivo consiste básicamente en obtener el valor de las diferentes tensiones y corrientes que se establecen como incógnitas en el funcionamiento el mismo. El análisis del punto de trabajo de un dispositivo, se puede llevar a cabo de dos formas diferentes: analítica (realizando un análisis matemático de todas las ecuaciones implicadas) o gráfica ( recta de carga en continua). Método analítico, se basa en resolver el sistema de ecuaciones que se establece teniendo en cuenta: Las leyes de Kirchoff aplicadas a tensiones y corrientes. El comportamiento del T según la región de funcionamiento. Las relaciones eléctricas del circuito de polarización usado. 11 Análisis de circuitos con transistores bipolares Obtener el punto de trabajo Q de un dispositivo consiste básicamente en obtener el valor de las diferentes tensiones y corrientes que se establecen como incógnitas en el funcionamiento el mismo. El análisis del punto de trabajo de un dispositivo, como ya se sabe, se puede llevar a cabo de dos formas diferentes: analítica (realizando un análisis matemático de todas las ecuaciones implicadas) o gráfica ( recta de carga en continua). Método analítico, se basa en resolver el sistema de ecuaciones que se establece teniendo en cuenta: Las leyes de Kirchoff aplicadas a tensiones y corrientes. El comportamiento del T según la región de funcionamiento. Las relaciones eléctricas del circuito de polarización usado. 12 6

7 Análisis de circuitos con transistores bipolares Seis variables definen el comportamiento de los TB npn: IB, IC, IE, VCE, VBE y VBC Tres estructuras de funcionamiento: emisor común, base común y colector común Normalmente los fabricantes suelen dan la información correspondiente a emisor común. Donde: IE = IB + IC ; VCE = VBE VBC Para obtener el punto Q solamente es necesario: IBQ, ICQ ; VCEQ y VBEQ 13 Análisis de circuitos con transistores bipolares Dado que lo que se busca son las tensiones y corrientes en continua: a) Anular los generadores de corriente o tensión alterna (los de tensión se sustituyen por cortocircuitos y los de corriente por circuitos abiertos). b) Sustituir por circuitos abiertos los condensadores y por cortocircuitos las inductancias. c) El punto Q se encuentra siempre sobre la recta de carga en continua. d) Un método para elegir el punto Q adecuado se basa en representar previamente la recta de carga, para poder evaluar las diferentes posibilidades. 14 7

8 Análisis de circuitos con transistores bipolares Rectas de carga en continua para transistores bipolares: Curva característica Recta de carga Punto Q Entrada: IB=f(VBE) IB=re(VBE) A partir de la intersección de IB=f(VBE) e IB=re(VBE) se obtiene IBQ y VBEQ. Salida: IC=g(VCE) IC=rs(VCE) El punto Q sobre es la intersección entre la recta IC=rc(VCE) y la curva IC=g(VCE) correspondiente a IBQ. 15 El transistor La corriente se controla mediante tensión: Cuando funcionan como amplificador suministran una corriente de salida que es proporcional a la tensión aplicada a la entrada. Se empezaron a construir en la década de los 60. Características generales: Por el terminal de control no se absorbe corriente. Una señal muy débil puede controlar el componente. La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico. Existen dos tipos de transistores de efecto de campo: JFET (transistor de efecto de campo de unión) MOSFET: ocupan menos espacio que los bipolares -> circuitos integrados. 16 8

9 El transistor Los tres terminales se denominan: Puerta (G, Gate), Fuente (S, Source), y Drenaje (D, Drain) Pueden ser de canal P: o de canal N: Parámetros FET de canal N Parámetros FET de canal P 17 El transistor La curva característica del FET define con precisión como funciona este dispositivo. En ella distinguimos tres regiones o zonas importantes: Zona lineal.- El FET se comporta como una resistencia cuyo valor depende de la tensión VGS. Zona de saturación.- El FET, amplifica y se comporta como una fuente de corriente controlada por la tensión que existe entre Puerta (G) y Fuente (S), VGS. Zona de corte.- La intensidad de Drenador es nula. Existen tres configuraciones típicas: Surtidor común (SC), Drenador común (DC) y Puerta común (PC) La más utilizada es la de surtidor común que es la equivalente a la de emisor común en los transistores bipolares. Los FET se utilizan para amplificar señales débiles. 18 9

10 El transistor 19 El transistor Al variar VDS varia ID permaneciendo constante VGS. Zona lineal: al aumentar VDS aumenta ID. Zona de saturación: al aumentar VDS produce una saturación de ID que hace que ésta sea constante: El transistor trabaja como amplificador Zona de corte: se caracteriza por tener una ID nula. Zona de ruptura: indica la máxima VDS que soportará el transistor. Cuando VGS es cero, ID es máxima

11 El transistor CARACTERÍSTICAS DE TRANSFERENCIA: Indican la variación de ID en función de VGS. HOJAS DE CARACTERÍSTICAS DE LOS FET: VGS y VGD.- son las tensiones inversas máximas soportables por la unión PN. IG.- corriente máxima que puede circular por la unión puerta-surtidor cuando se polariza directamente. PD.- potencia total disipable por el componente. IDSS.- corriente de saturación cuando VGS=0. IGSS.- corriente que circula por el circuito de puerta cuando la unión puerta surtidor está polarizado en sentido inverso