5. EL TRANSISTOR TRABAJANDO EN CONMUTACION. En líneas generales, el transistor puede trabajar de dos formas diferenciadas:

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1 5. EL TRANSISTOR TRABAJANDO EN CONMUTACION EL TRANSISTOR En líneas generales, el transistor puede trabajar de dos formas diferenciadas: 1." En la zona lineal de una recta de carga. 2. a En conmutación, es decir, bloqueado y saturado. Cuando el transistor trabaja en la zona lineal. el principio de su funcionamiento es el "control de corriente», que consiste en que pequeñas variaciones de la corriente de entrada lb originan variaciones más importantes en la corriente de salida le. En esta zona, la relación entre le e lb es el parámetro h fe, tal como se expresa de forma gráfica en la figura Ap-3. El funcionamiento del transistor en conmutación, sólo le permite dos posibilidades de trabajo: 1} Bloqueado, es decir, sin circulación de corriente, al no estar polarizada la base del transistor lo suficiente. En la figura Ap-4 la base tiene O V, o sea, la misma tensión que el emisor y se recordará que para empezar a conducir un transistor de silicio, NPN, precisa que la base sea positiva respecto al emisor en unos 0,7 V. Cuando el transistor está bloqueado su tensión de salida es la máxima. ff0frabíjar~;:-;> ~ N.:f~~A:.~~~~~~ + B (p) e C(N) E(N) ~;~~~~E~9~; +5V le' o av vsal - 5V 1

2 2) Saturado, lo que supone Que el transistor es atravesado por la máxima corriente posible, le SATURACION, con lo que la tensión de alimentación del circuito se queda, prácticamente toda, en la resistencia de carga situada en el colector del transistor, mientras que en el colector la tensión de salida es nula. Esta situación es sólo teórica, puesto Que si no tuviese tensión el colector, el transistor no conduciría. En la práctica, cuando el transistor está saturado, la tensión entre colector y emisor es del orden de 0,3 V. (Ver la figura Ap-5.) Cuando la V BE directa del transistor origina la saturación del mismo ya no se mantiene la relación entre la le y la lb' que en la zona lineal era h FE ; en este caso es superior y para asegurar la saturación del transistor la relación por lo menos debe llegar al doble que en la zona lineal, o sea, a 2. h FE +5V i "f Ó I V SAL -ov. " En la figura Ap-6 se observa el comportarnientode un transistor trabajando en saturación. La señal cuadrada de entrada se obtiene a la salida invertida. Sobre la figura Ap-6 se pueden deducir las siguientes condiciones de trabajo del transistor. ENTRADA VE'---~--t ~ SAUDA ~ <: V s ENTRADA SATUR_ ~,co"'~rudai ::JLCORTE VCESAT SATUR 2

3 Bloqueo IC=O Saturación.-Cuando Y Ve y Re permiten se cumpla que = VeE Vs SAT = 0,25 V; le Finalmente en la figura Ap-7 se muestra el esquema de dos transistores con las polarizaciónes típicas éntre sus electrodos: a la izquierda en funcionamiento en la zona lineal y a la derecha trabajando en saturación, En el primer caso le 'a. hfe, Y en el segundo caso, le la ' '/2. hfe. (El factor 1/2 se toma para asegurar la saturación). = = + 'e! l't4 ~17L I!! I + 0'6 V 3V B :; If 12V -J ii - E B vl -_, E Teniendo en cuenta estas características fundamentales del comportamiento de los diodos y transistores, a continuación se exponen seis ejemplos de cálculo y diseño de circuitos con transistores. Los tres primeros se refieren al trabajo del transistor en conmutación y los tres finales al trabajo en la zona lineal y cálculo de etapas amplificadoras, 3

4 1.er EJERCICIO DISEÑO DE UN CIRCUITO SIMPLE DE CONMUTACION Dadas las características del transistor se 107, hallar los valores de las resistencias Rs Y Rc Que forman el circuito de conmutación de la figura Ap-8; teniendo en cuenta que en saturación se desea que circule una le SAT = 60 ma... Los niveles lógicos aplicados a las bases para el bloqueo y la saturación son de O y 5 V, respectivamente, y la polarización del circuito es de 10 V. se 107 (NPN) DATOS: PTOTAL = 25ÚmW. +10V le máx h FE V BE = 100mA = 200!le::: 60 mal = 0'7 (lc::::60mai le = 60mA (SATURACIONI.< 'SL Ve ov O ( +5 V. (SATl lb.. 1 V BE = 07 V SAṬ s:«: 1.º Cálculo de Rc. En la figura Ap-9 se ha dibujado la curva de máxima potencia para conocer la zona permitida de trabajo del transistor. También se ha trazado la recta de. carga, puesto Que Quedan determinados dos puntos:. 'c=o, VCE= 10V y el le=60ma. VeE=OV Se ha calculado la Re sobre la misma figura Ap-9, plicando la ley de Ohm en el punto de saturación, habiendo obtenido un valor teórico para ella de 166 ohmios. En la práctica se tomará como resistencia de carga una de valor normalizado de 170 ohmios. 2. Q Cálculo de la lben saturación. I lb> _C_ (SATURACION) h FE.4

5 EN SATURACION 100 ZONA PROHIBIDA P T = 250mW. '<.::::-.:::;:.~~.~:-:':---' - - -; -:- rz.: _.,.--.: _:~._.. _-':~~-~. ~~--.""-:.-~-::...--:~ - ". o.cifi;uito.~ Con u:: r?cta.dé. carga ~'l.. 'culv'á:::'de -' ~ -,,: ':;~.<:' ~"~'~1fJ~ictrp~.~"ot~rjCí::~:~;?:ti,~j';- ':~:' :,";0: 2 En la práctica, para mayor seguridad: le 60 lb = 2-- = 2--= h FE, 200 0,6 ma. 3.2 Cálculo de' R B para permitir la saturaci6n con 5 V de entrede Según la figura Ap.l O, +5V r--l---~~r A Ile= GOmA

6 5-07 RB = 0,00~6 7 K (aproximadamente). Finalmente, en la figura Ap-10 bis se muestra el circuito completo una vez diseñado. +10V 'C=60mA SALIDA llj -o ENTRADA (+5V)~.sL 1 2. o EJERCICIO DISEÑO DE UN CIRCUITO DE CONMUTACION LA AlIMENTACION PARA DE UN LEO Diseñar un circuito basado en el transistor se 107 (NPN) Que, trabajando en saturación, al aplicarle a su base 2,7 V conduzca una corriente de 20 ma para activar un diodo LEO, que en esta situación absorbe 1,7 V..La alimentación del circuito, que se refleja en la figura Ap-11, es de 6 V Y el coeficiente hfe para -esta le será de 90..: 1.º Cálculo de la Re suplementaria al diodo LEO. Vc=leRe+VL +VeE Ve-VL -VeE Re = --::_-=---==le Si el transistor está saturado, VCE.;-.= Re = Ve-VL le V (aproximadamente) 6-1,7 = --'---= 215 ohmios. 0, ~--

7 El valor de la resistencia normalizada más próximo es de 220 ohmios. 2.Q Cálculo de la le. En la práctica, cuando el transistor está saturado: le 0,020 Ig=2- =2 =OA4mA. h FE Q Cálculo de Re. Teniendo en cuenta que en un transistor de Si la BE de saturación es del orden de los 0.7 V, aplicando la ley de Ohm al circuito de entrada mostrado en la figura Ap-12: 'B= O"44mA YSE = 0"7 V J / -..J,..

8 2,7-0,7 ---'---= ohmios (normalizada: 4K7). 0,00044 El circuito, una vez diseñado por completo, se ofrece en la figura Ap Ve = 2'7V R B = 4K7 se 107 3,er EJERCICIO: CARACTERISTICAS DE UN TRANSISTOR EN SATURACION +5Ve--~~--_~ 9

9 ~ Si el transistor del circuito de la figura Ap-14 está saturado y en su diseño se ha usado un coeficiente de seguridad 2. es decir. lb = 2. Ic/hFE averiguar: 1.0 hfe; 2. Validez de la Re = 470 Resistencia de carga mínima. n. y 1.º Cálculo de hff c- ' mA; hfe = la 0.5mA le 2-= 10 2-= lb 0, Es válida la Re = 470 ohmios? es 20 mw. Cuál es la Rmin que puede colocarse La Potmax del transistor como carga? En la figura Ap-15 se éomienza dibujando la curva de máxima potencia para 20 mw y después la recta de carga para 470 ohmíos. que al quedar en la zona permitida sí es válida. 'cima) 16 ' ' 14 ', ' 12 " '1 10 ZONA PROHIBIDA Pa,r~ calcular I~ Rmin se traza en la figura Ap-15 la recta tangente a la curva de m~xlma potencia y se analiza. para deducir el valor de la resistencia correspendiente, el punto de saturación: le = 16 ma Y VeE = O, de donde: Re min = ~_. 5 0,016 = 312 ohrnios.