2.4 Transistores. Dispositivo semiconductor que permite el control y regulación. Los símbolos que corresponden al bipolar son los siguientes:

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 El transistor bipolar Funcionamiento básico Polarización Zonas de trabajo Punto de trabajo Q Análisis de circuitos con transistores bipolares 3 El transistor bipolar Dispositivo semiconductor que permite el control y regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña. 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 Para que trabaje en modo activo: La unión base - emisor se polariza directamente y La unión base - colector se polariza inversamente. VCB IC VEB IC IB IB VBE IE VBC IE Transistor NPN Transistor PNP invertido 6 3

4 Polarización El Transistor como amplificador de corriente: + Ganancia en corriente en emisor común entre 50 y 200. Un valor típico es 100, pudiendo ser para dispositivos especiales. 7 Polarización La corriente de emisor: IE = IC + IB IE = [( + 1)/ ]*IC IC = * IE El transistor se puede considerar una fuente dependiente de corriente controlada por corriente es la ganancia en corriente en base común menor que 1. Pequeños cambios en producen grandes cambios en. 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. t 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 Zonas de trabajo ICE ACTIVA VCE CORTE 10 5

6 Zonas de trabajo Saturación Corte Activa VBE ~ 0,8v < 0,7v ~ 0,7v VCE =0,2 ~ 0 ~ VCC Variable IC < IB = ICEO~ 0 = IB IB Variable = 0 Variable 11 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 el funcionamiento el mismo en su punto más estable. 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. 12 6

7 Punto de trabajo (Q) 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 Punto de trabajo (Q) 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 Punto de trabajo. Ejemplo 1 En saturación VCE=0,2 -> VCE=0: = IC sat * RC RC IC sat = /RC RB (0, /RC ) EB En corte IC=0: = VCE = ICRC +VCE (, 0) 15 Punto de trabajo.ejemplo 1 RC RB EB RC Q IBQ=100 A = ICRC +VCE Pendiente de la recta de carga: -1/RC 16 8

9 Punto de trabajo. Ejemplo 2 RC RC+RE EB RB R RE Q IBQ=100 A = ICRC +VCE + IERE Pendiente de la recta de carga: -1/(RC+RE) 17 Análisis con transistores Considerar el circuito i de la figura: VCC RC vi RB vo V GND Si trabaja en conmutación es un Inversor lógico digital básico. 18 9

10 Análisis con transistores La relación I IC = * IE únicamente se cumple para la zona activa: Suponemos que el transitor está en zona activa. 1. Se calcula Ic utilizando la ecuación: IC = * IE 2. Se calcula Vc utilizando la ecuación: VC = VCC -RC*IC 3. Se verifica si VC >= a- Si VC >= 0.7 nuestra suposición es correcta 3.b- Si VC < 0.7 el transistor está en saturación La saturación ocurre cuando se fuerza una corriente IC mayor de la que el transistor puede soportar en modo activo. La máxima IC sin que el transistor se salga del modo activo se evalúa para VCB =