Download - Recortadores y Bjt Uni 2012
Circuitos recortadoresCircuitos recortadores
• Los recortadores Los recortadores recortan una parterecortan una parte de la de la señal de entrada, señal de entrada, sin variar la parte sin variar la parte restanterestante de la forma de onda. de la forma de onda.
• Hay dos categorías: En Hay dos categorías: En serieserie y en y en paraleloparalelo..
• En serieEn serie: la tensión de salida se mide en la : la tensión de salida se mide en la resistencia de cargaresistencia de carga..
• En paraleloEn paralelo: la tensión de salida se toma : la tensión de salida se toma en la en la rama del diodorama del diodo. .
Aplicaciones de los Aplicaciones de los diodos.diodos. Recortadores. Recortadores.
Recortadores en serie.Recortadores en serie.
t
vi
+
-
+
-vi vo
v
vo
t0
t
vo0
Con fuenteCon
fuente
El diodo conduceEl diodo no conduce
+
-
+
-vi vo
vo
tV
0
vo tV0
a)
+
-
+
-vi vo
b)
+
-
+
-vi vo
vc)
d)
Nota: diodos ideales
• a) a) vvi i > 0V> 0V D conduce, vD conduce, voo=v=vii
vvii< 0V< 0V D no conduce, D no conduce, vvoo=0v=0v
Recortadores en serie.Recortadores en serie.
vo
t0
+
-
+
-vi vo
a)
t
vi
Recortadores en paralelo.Recortadores en paralelo.
+-+
-vi vo
t
vi
vo0
vo
t0
vo
t
V
0
vo
t
V
0
Con fuenteCon
fuente
El diodo conduceEl diodo no conduce
a)
+-+
-vi vo
b)
vi
+-
+
-vo
v
c)
+-
+
-vo
vvi
d)
Nota: diodos ideales
Recortadores en paraleloRecortadores en paralelo..
vi
+-
+
-vo
v
c)
t
vi
vo
t
V
0
c) vi > V D conduce, vo=V vi < V D no conduce, vo = vi
vi
+-
+
-vo
v-vi + vo = 0 vo = V-vi + vo = 0 vo = V
Con fuenteCon
fuente
vi < V
vi < V
““EL TRANSISTOR DE EL TRANSISTOR DE UNION BIPOLAR (BJT)UNION BIPOLAR (BJT)““EL TRANSISTOR DE EL TRANSISTOR DE
UNION BIPOLAR (BJT)UNION BIPOLAR (BJT)
INTRODUCCIONINTRODUCCION
• La palabra transistor se deriva de La palabra transistor se deriva de TransTransfer Resfer Resistoristor o resistencia de o resistencia de transferencia.transferencia.
• El transistor es un dispositivo El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que electrónico semiconductor que se se comporta como una resistencia comporta como una resistencia variablevariable que depende de una señal que depende de una señal eléctrica de control, que al variar el eléctrica de control, que al variar el valor de la señal de control varía la valor de la señal de control varía la cantidad de corriente que pasa por cantidad de corriente que pasa por el transistor.el transistor.
BJT:Transistores bipolares de unión.
FET: Transistores de efecto de campo.
JFET: Transistores de efecto de campo de unión.
MESFET: Transistores de efecto de campo de metal semiconductor.
MOSFET: Transistores de efecto de campo de metal-oxido-semiconductor.
Tipos de transistoresTipos de transistoresBJT
PNP
NPN
FET
JFET
MESFET
MOSFET
Canal N Canal P
Canal N Empobrecimiento
EnriquecimientoCanal P
Canal N
Canal P
Canal N
APLICACIONESAPLICACIONES
Los transistores se utiliza como amplificadores de señal. Conmutador electrónico, Diseño de circuitos digitales lógicos, memorias de PC y otros.
APLICACIONESAPLICACIONES
Los transistores se utiliza como amplificadores de señal. Conmutador electrónico, Diseño de circuitos digitales lógicos, memorias de PC y otros.
Transistores bipolares Transistores bipolares BJTBJT
Construcción de DiodosConstrucción de Diodos
Símbolo del diodo
Los diodos se construyen uniendo dos tipos distintos de semiconductores: uno llamado “tipo Ntipo N” y el otro “tipo Ptipo P”. El primero constituye el cátodoel cátodo, mientras que el segundo el el ánodoánodo. Así, el diodo está polarizado directamente cuando el material tipo P tiene un potencial más positivo que el material tipo N:
I
D
VD
+
+ R
+ A CP N
Del inglés "Bipolar Junction Transistor" [BJT]; dispositivo electrónico de estado sólido consistente en tres capas semiconductoras, PNP o NPN, que permite controlar el paso una corriente en función de otra.
Se utilizan tres capas semiconductoras, con dos de tipo P y una dos de tipo P y una de tipo Nde tipo N (transistor PNPPNP), o dos tipo N y una tipo Pdos tipo N y una tipo P (transistor NPNNPN), conformando lo que se conoce como “transistor bipolartransistor bipolar”, debido a que su corriente eléctrica están formadas por dos tipos dos tipos de cargas, huecos y electrones.de cargas, huecos y electrones.
Tipos de Transistores:Tipos de Transistores:
P N P
Transistor PNPTransistor NPN
EMISOR
E
COLECTOR
C
BASEB
P NNCOLECTOR
BASE
EMISOR
E C
B
Símbolo del transistor
Construcción de transistores Construcción de transistores BJTBJT
C
E
BC
E
B
Transistor NPN
Capa de EmisorCapa de Emisor: Tamaño medio, fuertemente : Tamaño medio, fuertemente dopada diseñada para emitir o inyectar dopada diseñada para emitir o inyectar electrones.electrones.
Capa de la BaseCapa de la Base: Capa pequeño, ligeramente : Capa pequeño, ligeramente dopada diseñada para pasar electrones.dopada diseñada para pasar electrones.
Capa del ColectorCapa del Colector: Tamaño grande, muy poco : Tamaño grande, muy poco dopado diseñada para colectar electrones.dopado diseñada para colectar electrones.
P NNCOLECTOR
BASE
EMISOR
E C
B
Transistor NPN
Transistor BJTTransistor BJT 4 modos de operación 4 modos de operación en función de la polarización de las
2 uniones p-n BJT npn
Directa Z.
SATURACIÓNDIRECTA
Z.InversaSATURACIÓN
INVERSA
CORTE
CORTE
Un transistor puede pensarse como compuesto por dos diodos: el diodo Emisor-Basediodo Emisor-Base y el diodo Base-Colectordiodo Base-Colector.
La forma normal de alimentar un transistor es aplicando una polarización directapolarización directa a la unión o juntura Emisor-Base y una polarización inversapolarización inversa a la juntura Base-Colector:
Transistor PNP Transistor NPN
E C
B+ +
P N P
+ +
E C
B
P NNPolarización
DirectaPolarización
Inversa
Polarización de los transistoresPolarización de los transistores
Aunque podría pensarse que ambos terminales pueden operar indistintamente uno de otro, no es así, ya que la capa semiconductora utilizada en el Colector está especialmente preparada para manejar una gran corriente, a pesar de estar polarizada inversamente.
Llamando VEE al voltaje aplicado a la unión Emisor-Base, y VCC al aplicado a la unión Base-Colector, la circulación de corriente para un transistor PNP será:
E C
B
+ +
P N P
VCCVEE
IE
IB
IC
CBE III
Polarización de los transistoresPolarización de los transistores
Polarización del transistorPolarización del transistor
Esta es la configuración más típica de un transistor, y se muestra en el siguiente circuito esquemático para un Tr. NPN:
C
E
B
IB
IC
IE
Para analizar el efecto que tiene la polarización sobre este circuito, pueden determinarse las características de entrada-salida.
•Un terminal es común a entrada y salida.
•De los tres terminales que tiene un transistor, dos actúan como terminales de entrada (control).•Dos de los tres terminales actúan como terminales de salida.
Transistores bipolares.Transistores bipolares.ConfiguracionesConfiguraciones
Salida
is
+
-
CuadripoloEntrada
ie
+
-Ve Vs
Tecnología ElectrónicaTecnología Electrónica
Transistores bipolares.Transistores bipolares.ConfiguracionesConfiguraciones
BASE COMÚNBASE COMÚN EMISOR COMÚNEMISOR COMÚN
Colector (N)Emisor (N)
B (P)
VEB VCB
ICIEVCE
C
E
B
VBE
IB
IC
Configuración de Base ComúnConfiguración de Base Común
Se le denomina configuración de Se le denomina configuración de Base común debido a que la base es Base común debido a que la base es común o hace referencia a las común o hace referencia a las terminales tanto de entrada como de terminales tanto de entrada como de salida, en este, es común tanto a la salida, en este, es común tanto a la terminal de Emisor como a la de terminal de Emisor como a la de colector.colector.
Configuración en Base comúnConfiguración en Base común Curvas características Curvas características
Características de entradaCaracterísticas de entrada Características de salidaCaracterísticas de salida
Configuración de Emisor ComúnConfiguración de Emisor Común
Se le denomina configuración de Se le denomina configuración de Emisor común debido a que el Emisor común debido a que el Emisor es común o hace referencia a Emisor es común o hace referencia a las terminales tanto de entrada como las terminales tanto de entrada como de salida, en este, es común tanto a de salida, en este, es común tanto a la terminal de base como a la de la terminal de base como a la de colector.colector.
Tecnología ElectrónicaTecnología Electrónica
Transistores bipolaresTransistores bipolaresConfiguración en emisor comúnConfiguración en emisor común
VCE
IE
IC
IBVBE
Configuración “emisor común” en activa
Configuración “emisor común” en activa
C
E
B
El terminal común es el
emisor
El terminal común es el
emisor
Para controlar IC, debemos tener una corriente IB
que será proporcionada por VBE
Para controlar IC, debemos tener una corriente IB
que será proporcionada por VBE
La corriente de entrada es IB
(controla la corriente de salida IC)
La corriente de entrada es IB
(controla la corriente de salida IC)
La tensión de entrada es VBE
La tensión de entrada es VBE
La corriente de salida es IC
La corriente de salida es IC
La tensión de salida es VCE
La tensión de salida es VCE
Amplificador de polarización universalAmplificador de polarización universal
El esquema del circuito es el que se muestra a continuación:
)( ECCCEC RRIVE
El circuito está conformado por un divisor resistivo, compuesto por RR11 y RR22 (conectado a la base del transistor) y una resistencia RREE (conectado al emisor).
En este caso, se define la recta de cargarecta de carga por:
EC
R1
R2
RE
RC
Configuración emisor comúnConfiguración emisor común
REGION ACTIVA
AMPLIF.LINEAL
REGIÓN DE CORTE
RE
GIÓ
N D
E S
AT
UR
AC
IÓN
Curvas característicasCurvas características
VCE =10V
VCE =20V
VCE =1V
Característicasde base
VBE [V]0,4 0,6 0,8
IB [A]
0,2
0
20
40
60
80
0VCE [V]5 10 15 200
IC [mA]
0
2
4
6
8
IB =90A
Característicasde colector
IB =70A
IB =50A
IB =30A
IB =10A
IB =0A
Características de salidaCaracterísticas de salidaCaracterísticas de entradaCaracterísticas de entrada
• Tres zonas: activa, saturación y corteTres zonas: activa, saturación y corte• ActivaActiva: corresponde a la parte lineal de las : corresponde a la parte lineal de las
características. En ella se verifica: características. En ella se verifica: IICC==ββIIBB, el , el transistor se comporta como una transistor se comporta como una fuente de fuente de corriente controlada por corrientecorriente controlada por corriente, es un , es un amplificador.amplificador.
• SaturaciónSaturación: Es la zona a la izquierda del codo : Es la zona a la izquierda del codo de las características. En ella: de las características. En ella: IICC < < ββIIBB. V. VCECE es de es de unas décimas de voltio. La unión B-E y la unión unas décimas de voltio. La unión B-E y la unión C-B deben estar polarizadas en directa. El C-B deben estar polarizadas en directa. El transistor se comporta como una transistor se comporta como una resistenciaresistencia..
• CorteCorte: : El transistor está El transistor está cortadocortado, , IIBB=0, I=0, ICC=0, I=0, IEE=0=0
Características de salida de un Características de salida de un transistor NPN en Emisor Comúntransistor NPN en Emisor Común
Transistor NPN Transistor NPN Zonas de funcionamientoZonas de funcionamiento
VCB > 0VBE > 0
IC·IB
activa
IB
IC
VCB
P
VBE IE
N
N
V
R
IC0,IE
0
IB0
corte
V
VCB N
N P
VBE
R
VCB < 0 VBE >0 VCE 0
IC< β IB
saturación
IE
IB
IC
VCB N
N P
VBE
R
V
Curvas de salida y recta de Curvas de salida y recta de carga. Transistor NPN.carga. Transistor NPN.
Curvas de salidaCurvas de salida
IB=0A
IB= 100A
IB= 200A
IB= 300A
IB= 400AIC [mA]
VCE [V]0
40
20
4 2 6
10
30
Aplicando la ley de tensiones de Kirchhoff a la malla de salida:
-VCE+I.RC+6V = 0
I=-IC 6V= VCE+IC.RC
VCE= 0V IC= 6V/200Ω =30mA
IC = 0 VCE = 6V
Aplicando la ley de tensiones de Kirchhoff a la malla de salida:
-VCE+I.RC+6V = 0
I=-IC 6V= VCE+IC.RC
VCE= 0V IC= 6V/200Ω =30mA
IC = 0 VCE = 6V
10 K
2 V
6 V
IC
IB
C
B
E
VCE
Recta de cargaRecta de carga
β =100β =100
Pto. de trabajoPto. de trabajo
200 ΩC
E
VCE
I
Punto de trabajo.Punto de trabajo.
• Se llama punto de Se llama punto de trabajo del transistor a trabajo del transistor a cualquier pto. de la recta cualquier pto. de la recta de carga en el que se de carga en el que se encuentre trabajando el encuentre trabajando el transistor.transistor.
10 K
200 Ω
2 V
6 V
IC
IB
C
B
E
VCE
V2V 0,2mA,I 20mA,I es trabajode pto. El
activa.en transistor6VV0V
2V0,2K20mA6V
06RI-V:V de valor el Veremos
20mA0,2mA100IβI :activaen estár transistoel Si
0,2mA10K
2VI
CEBC
CE
CCCECE
BC
B
V
V2V 0,2mA,I 20mA,I es trabajode pto. El
activa.en transistor6VV0V
2V0,2K20mA6V
06RI-V:V de valor el Veremos
20mA0,2mA100IβI :activaen estár transistoel Si
0,2mA10K
2VI
CEBC
CE
CCCECE
BC
B
V
Punto de trabajoPunto de trabajo
IB=0A
IB= 100A
IB= 200A
IB= 300A
IB= 400AIC [mA]
VCE [V]0
40
20
4 2 6
10
30Recta de cargaRecta de carga
Pto. de trabajoPto. de trabajo
• Se llama punto de trabajo del transistor a cualquier Se llama punto de trabajo del transistor a cualquier pto. de la recta de carga en el que se encuentre pto. de la recta de carga en el que se encuentre trabajando el transistor.trabajando el transistor.
Relaciones entre beta y alfaRelaciones entre beta y alfa
Se cumplen las siguientes relaciones:
De las expresiones anteriores se deduce que (despreciando la corriente de inversa de polarización):
ECCBE IIIII ;
BBCCBEC IIIIIII
1
)(
El factor “” se conoce como “ganancia de corriente ganancia de corriente continua en emisor comúncontinua en emisor común”, y en las especificaciones técnicas se lo suele denominar “hhFEFE”.(Puede tener un rango de 50 a mas de 400)
B
CI
I
El factor “” se conoce como “ganancia de corriente ganancia de corriente continua en base comúncontinua en base común”. ( 0.9 – 0.998)
Limites de operaciónLimites de operación
• Para cada transistor hay una región de Para cada transistor hay una región de operación sobre las características, las operación sobre las características, las cuales aseguran que no se rebasen los cuales aseguran que no se rebasen los valores máximos y que la señal de valores máximos y que la señal de salida con una distorsión mínima.salida con una distorsión mínima.
• Todos los limites de operación para un Todos los limites de operación para un transistor se definen en las hojas de transistor se definen en las hojas de especificaciones.especificaciones.
Transistor comoconmutador
Límites de operaciónLímites de operación
Para cada transistor, existe una zona de operación, dentro de la cual debe trabajar, para que exhiba una distorsión mínima.
En la siguiente característica se muestra un aspecto de lo indicado:
RE
GIÓ
N D
E S
AT
UR
AC
IÓN
ZONA DERECHAZO
REGIÓN DE CORTE5 10 15 200
IC [mA]
0
2
4
6
8
IB =90AIB =70A
IB =50A
IB =30A
IB =10A
IB =0A
ZONA DETRABAJOCOMO AMPLIFICADOR
VCE [V]
VCEmáx
PCmáx
ICmáx
VCEsat
ICEO
Límites de operaciónLímites de operación
Todos los límites de operación para un transistor vienen definidos en sus hojas de especificaciones técnicas. Entre las más relevantes pueden citarse:
• corriente máxima de colectorcorriente máxima de colector: Normalmente figura en las especificaciones como “corriente continua de colector.
• voltaje máximo entre colector y emisor, Vvoltaje máximo entre colector y emisor, VCEOCEO: Indica el voltaje
máximo permitido entre el colector y el emisor, cuando la base está desconectada o polarizada inversamente.
• VVCE mínimoCE mínimo: Indica el voltaje VVCEsatCEsat o voltaje mínimo que se puede
aplicar para no caer en la zona de saturación.
• PPC máxC máx: Representa la máxima potencia de disipasión del colector
(y define la curva azul de la gráfica anterior).