EL TRANSISTOR BIPOLAR

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María Antonia Botella Segura
hace 7 años
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1 L TRASISTOR IOLAR La gráfica esquemática muestra el transistor como interruptor. La resistencia de carga está colocada en serie con el colector. l voltaje Vin determina cuando el transistor está abierto (corte) o cerrado (saturación); cuando está en corte no hay flujo de corriente por la carga y cuando está saturado permite el flujo de corriente por la carga. Oscar Ignacio otero Henao l Transistor ipolar Si Vin es un voltaje bajo no hay flujo de corriente por la unión, la corriente de base (I )=0 y por consiguiente no hay flujo de corriente en la carga, a esta condición se le llama interruptor abierto y el transistor opera en la región de ORT (abierto). ÁLULOS Si el transistor está en corte el Vin debe estar por debajo de 0,7v si el transistor es de silicio (Si) o 0,3v si es de germanio (Ge), ya que la juntura entre es un diodo; esto garantiza que no hay flujo de corriente por la base ya que la unión necesita como mínimo el voltaje de polarización directa del diodo que hay entre. ara garantizar el corte del transistor los circuitos de conmutación se diseñan de modo que Vin sea menor que + 0,3v. ara energizar la carga, el transistor debe operar en condición de transistor cerrado, esto se hace elevando el voltaje Vin a un valor suficiente para llevar el transistor a SATURAIÓ (cerrado). La condición de saturación es cuando la corriente de colector () es lo suficientemente alta para que todo el voltaje de alimentación (+) aparezca en los terminales de resistencia de carga. Idealmente está dada por la expresión: Vin Rb Q ( Se aplica la ley ohm al colector [1] ( ( [2] [1] en [2] queda: ( sat ) [3]

2 Oscar Ignacio otero Henao 2 = hfe = ganancia en corriente directa. ara saturar el transistor, Vin debe ser suficiente, para poder entregar la corriente de base necesaria, ecuación [2]. Realizando una malla (LKV) en el circuito de se puede calcular el Vin así: + LKV Subidas = aídas Vin Vrb Vbe Aplicando ley de Ohm para Vrb queda: Vin ( sat ) Rb 0, 7v Reemplazando con la [2] queda: Vin ( Rb) 0,7v [3] Vin + - Rb +Vbe- +VRb- Q Si el voltaje de la base es igual o mayor al dado en la ecuación [3], el transistor funciona en la región de saturación (interruptor cerrado) y la totalidad del voltaje de alimentación (+) es aplicado a la carga (R L ) Sin embargo, este comportamiento no es del todo exacto. Supóngase que la tensión Vin conmuta entre 0v y 5v como se ve en la figura de la derecha. Si el análisis fuera válido, la tensión de salida Vo o V L sería la indicada en la figura con trazo discontinuo, pero la realidad se observa en el trazo continuo; o sea, que la salida alcanza los valores previstos por el análisis de voltaje continuo después de transcurrido un cierto tiempo, ese tiempo es denominado retardo de propagación y es debido a las capacitancias del emisor y del colector (e y c) del transistor bipolar.

3 Oscar Ignacio otero Henao 3 jemplo: a. uál es la magnitud del voltaje de entrada necesario para saturar el transistor? b. uánta corriente circula por la carga cuando el transistor está saturado? c. uál es la magnitud de la corriente de base necesaria para saturarlo? Reemplazamos en la ecuación [1]: 24v ( ( ( 15, A R/. b) 16 Reemplazamos en la ecuación [2]: 24v ( sat )) ( sat )) ( sat )) 10mA R/. c) Reemplazamos en la ecuación [3]: Vin Rb 0,7v Vin (10mA 1k ) 0,7v Vin 10,7v R/. a) OMARAIÓ DL TRASISTOR OMO ITRRUTOR Y U ITRRUTOR MÁIO TRASISTOR OMO ITRRUTOR O tiene partes móviles por ende O sufre desgastes O tiene contactos físicos expuestos y no hay sustancias que impidan la buena conmutación O presenta rebotes al conmutar O produce arco eléctrico con carga inductiva al momento de la desconexión l transistor es más rápido en la conmutación, está en el orden de los micro segundos ( s). ITRRUTOR MÁIO SI tiene partes móviles por ende SI sufre desgastes Si posee contactos físicos expuestos y la suciedad y el polvo pude afectar la buna conmutación SI presenta rebotes SI produce arco eléctrico con carga inductiva al momento de la desconexión debido a la fuerza contra electromotriz l interruptor mecánico es más lento en la conmutación, está en el orden de los mili segundos (ms).

4 Oscar Ignacio otero Henao 4 VARIATS DL IRUITO ÁSIO uando la carga se encuentra conectada como se ve en la figura se presentan las siguientes interpretaciones: Rc + uando el transistor está en la región de ORT la corriente circula por la carga y queda energizada. uando el transistor está en la región de SATURAIÓ no hay circulación de corriente por la carga, pero si por la unión - del transistor. Vin Rb Q R carga Una aplicación muy utilizada del transistor como interruptor es la energización de la bobina de un relevo para manejar salidas que utilizan diferentes valores de voltaje e incluso tipo de voltaje diferente; es un método sencillo de acoplar las secciones lógica y de salida en un circuito. l diodo en anti paralelo con la bobina del relevo tiene como función cortocircuitar la fuerza contra electromotriz inducida en la bobina en el instante que se desenergiza. Si el diodo no existe, la fuerza contra electromotriz se presenta como un transitorio de alto voltaje y podría dañar el transistor. URVA ARATRÍSTIA DL TRASISTOR Observe que la característica de entrada es la curva del diodo de base emisor y es independiente de Vce. Las curvas características de cada transistor son ofrecidas por el fabricante en las hojas de datos respectivas (datasheet). La característica de salida viene dada por rectas horizontales (fijado un valor de, la corriente de colector es independiente de la tensión de salida). La corriente de colector vale veces la de base. l parámetro significa "ganancia" de corriente del transistor bipolar. Las curvas características se representan así:

5 Oscar Ignacio otero Henao 5 OFIGURAIOS ÁSIAS uando el transistor bipolar aparece en un circuito electrónico, se dan unas conexiones típicas que se denominan base común, emisor común y colector común. n la configuración ase común la terminal de base es común a la "entrada" y a la "salida", tal como se ve en la figura. n la configuración misor común, la terminal común es el emisor. n la configuración olector común, la terminal común es el colector. ase común misor común olector común ase omún V V V V

6 Oscar Ignacio otero Henao 6 misor omún olector omún V V V V V V V V

7 Oscar Ignacio otero Henao 7 RGIOS D TRAAJO Región Activa s la región intermedia que se encuentra entre la región de ORT y la de SATURAIÓ. n esta región la corriente de colector () depende principalmente de la corriente de base (), del y de las resistencias que tengan conectadas en el colector y en el emisor. sta región es la mas importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un Amplificador. n la región activa, una pequeña variación de voltaje entre la AS y MISOR ( Vin) provoca una variación grande de la corriente de MISOR ( ). La ganancia de tensión es igual a: ( ) Vo A Vi ara que amplifique el transistor, la unión se polariza inversamente y la unión se polariza directamente. Región de Saturación Un transistor está saturado cuando la corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, ( = = Imáx). ste caso se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector veces más grande ( ). Región de orte β Vce 0,2v Vcb = si es positivo el transistor es Vcb = si es negativo el transistor es uando = 0 por consiguiente 0 Vbe < 0,7v si es de silicio, = 0, o sea, Vce es una magnitud grande.

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