el transistor. - grudilec · 2019-06-12 · el transistor de unión principio de funcionamiento. el...

Hemos comentado que el desarrollo deldiodo semiconductor fue consecuencia dela válvula diodo, buscando otras ventajasde índole práctico.

En la misma línea y tratando de lograr un

equivalente semiconductor del tríodo (válvulatermoiónica con ánodo, cátodo y rejilla) seiniciaron investigaciones dando el fruto dese-ado con el descubrimiento del transistor.

El Transistor

El mundo del automatismo electrónico 89

EL TRANSISTOR.

Imágenes del transistor 1947 fabricado por William Shockley, John Bardeen, y Walter Houser Brattain

William Bradford Shockley John Bardeen Walter Houser Brattain

Historia del Transistor.

En julio de 1948, John Bardeen, WilliamShockley y Walter Houser Brattain, conti-nuando con las investigaciones, descubrenque al mezclar más elementos o cristalespertenecientes al grupo de los metaloides,midiendo valores resistivos y aplicándolesseñales o corrientes, obtenían como resul-tado una amplificación de éstas.

El nuevo semiconductor, bautizadocomo transistor, controlaba, polarizandosus uniones, su resistencia interna y estopermitía ser usado como conductor o ais-lante y especialmente como amplificadorde señales.

Sus fundamentos han sido descritoscomo el fenómeno físico más sorprendentey uno de los avances científicos más gran-des de nuestra época, y también el másimportante, dentro de la electrónica, des-pués de que, en noviembre de 1904,Fleming, estudiando el efecto Edison,inventó la válvula diodo, que posteriormen-te perfeccionaron Lee de Forest y Langmuirideando el tríodo.

El nombre original en inglés de este dis-positivo fue de transfer resistor, transferi-dor de resistencias, que abreviado quedócomo transistor.

La invención del transistor, anunciada enjulio de 1948, fue el resultado de investiga-ciones básicas en semiconductores quetuvo su inicio en los laboratorios de la BellTelephon.

Entre 1931 y 1932 fue cuando Becker yBrattain, en sus indagaciones, descubrieronque el efecto rectificador era una propiedadde los semiconductores.

Poco antes del comienzo de la segundaguerra mundial se comprobó que el silicioera un buen semiconductor y se comenzó ausar como rectificador de señal en el radarque se usó durante la contienda.

Al fin de la guerra, se reiniciaron nueva-mente las investigaciones con Shockley a lacabeza del grupo.

Éste propuso que podía controlarse elnúmero de portadores de carga cerca de la

superficie de un semiconductor mediante laaplicación al mismo de una tensión eléctrica.

Cuando Bardeen y Brattain intentabanmejorar el tiempo de respuesta en unamuestra de germanio, descubrieron el efec-to transistor.

La aplicación de este efecto para ampli-ficar corrientes fue demostrada, el 27 dediciembre de 1947, colocando dos contac-tos metálicos separados apenas 0,05mmentre sí sobre la superficie de germanio.

Con pequeñas variaciones de corrienteaplicadas a un lado de la muestra, se cons-tataron grandes variaciones en el otroextremo.

Por esta contribución Bardeen, Brattainy Shockley recibieron el premio Nóbel defísica en 1956.

A partir de los años 50 la tendencia aluso de circuitos electrónicos incrementóconsiderablemente su demanda.

Así es como quedó construido el transistor enlos primeros años de su fabricación.

El grado de integración de la técnicaelectrónica en todos los campos de laindustria y de la economía es de tal nivelque ha pasado a ser considerada como unatecnología de carácter estratégico para losEstados Unidos, la Unión Europea, Japón ypor algunos países en proceso de industria-lización como Corea, Taiwán, Singapur,Hong Kong y muy recientemente China.

El Transistor

90 El mundo del automatismo electrónico

La tecnología electrónica representa unade las actividades económicas más gran-des del mundo (más del 50%) y con unafuerte tendencia a crecer.

Los productos electrónicos tienen un altovalor añadido y en su fabricación se requiere

personal con alto nivel de preparación.

Las diez compañías de electrónica másgrandes en el mundo son:

IBM, Matsushita Electric, NEC, Philips,SIEMENS, Toshiba, Hitachi, AT&T, Fujitsu ySONY.

El Transistor


ANECDOTARIO.

Es obligado comentar una leyenda relacionada con la invención del transistor.

Nos referimos al Incidente OVNI de Roswell que tiene que ver con la supuestacaída de una nave extraterrestre en Roswell, Nuevo México, EEUU, en 1947.

Algunos especialistas en ufología y gran parte del público se han interesado porlos acontecimientos de Roswell.

Se han escrito muchos libros y rodado películas sobre los presuntos sucesos,tanto novelas de ficción como informes serios y elaborados.

Los partidarios de la hipótesis extraterrestre consideran el caso Roswell como unode los acontecimientos ufológicos más importantes, ya que a partir de este suce-so comenzó la historia de la ufología moderna.

Los escépticos alegan que la hipótesis que sostiene que en Roswell cayó unanave extraterrestre se apoya en pruebas insuficientes o poco fiables y que pre-senta demasiadas incoherencias.

Sostienen además que existen otras explicaciones a los sucesos de Roswell queresultan mucho más admisibles que la hipótesis de naves extraterrestres.

Además se debe tomar en consideración el lucro comercial, a través de la ventade libros, entrevistas, etc, que obtienen varios de los principales involucrados queapoyan la hipótesis extraterrestre.

Supuesta autopsia de un extraterrestre que luego se demostróser un montaje.

El Transistor


Pero lo más sorprendente fue la vinculación de la invención del transistor con lasupuesta caída del OVNI…

Vamos a reproducir un texto, extraído de Internet, que se refiere al tema:

“Pero, hablando de noticias basura, Sierra riza el rizo al hacerse eco de las mani-festaciones de su colega STANTON T. FRIEDMAN, un físico y ufólogo famoso porcreerse todo tipo de historias disparatadas [Sierra, 1995d]. Friedman sostiene queel secretismo gubernamental en torno a Roswell tiene su origen en la importanciade la tecnología alienígena. Así, el ufólogo norteamericano se atreve a apuntar quela invención del transistor fue posible a partir del estudio del platillo volante estre-llado en Roswell. La prueba es que «el nacimiento oficial del transistor se produceel 23 de diciembre de 1947», seis meses después del incidente de Nuevo México.La memez de Friedman, para quien en medio año hay tiempo suficiente para enten-der la tecnología alienígena, adaptarla a las necesidades terrestres y probarla satis-factoriamente, no hace que suene la alarma en la cabeza de Sierra, sino al contra-rio. El ufólogo alicantino, en su delirio, advierte que los inventores del transistor«tuvieron conexiones políticas y con los servicios de inteligencia al más alto nivel»-¿podía ser de otra forma en plena guerra fría?- y apunta a uno de ellos, WILLIAMB. SHOCKLEY, como «el científico idóneo para recibir piezas de Roswell para sueventual manufacturación».”

“La disparatada idea de atribuir el nacimiento del transistor a tecnología alienígenano tiene nada que envidiar a las portadas de Noticias del Mundo, en las que eshabitual ver al presidente de Estados Unidos pasear por el campo charlando conun extraterrestre. El mismo ufólogo que hace cuatro años criticaba en Más Allá laabundancia de noticias sobre ovnis «basadas en fuentes inexistentes o descarada-mente falsas» [Sierra, 1991] se dedica ahora a hacer publicidad de una películacuyo autor se oculta en el anonimato, a dar más credibilidad a un productor televi-sivo con intereses económicos en el asunto que a patólogos que no tienen nadaque ganar, y a propalar las sandeces de un investigador ovni que ve conspiracio-nes y extraterrestres por todos lados. Este es el auténtico niño prodigio de la ufo-logía española.”

Curioso, ¿no?

Conviene echar una mirada hacia atrás.

Hemos visto, en páginas anteriores, laconducta de los componentes pasivos ytambién del diodo, cuyo comportamientose ha descrito de forma bastante exhausti-va hasta el punto de perder casi la nociónde qué utilidades puede tener, salvo lasdescritas y la de ser elemento clave en unafuente de alimentación.

Vamos, por ello, a insistir en ese puntoporque nos a servir para desentrañar elcomportamiento del transistor.

Un diodo es una válvula, valga el símil,una trampilla que situada en una tubería deagua sólo se abate (se abre) en un sentido,quedando cerrada en el otro, es decir:

El sentido del agua es la corrienteeléctrica.

Si colocamos un diodo en el circuito deuna bombilla observaremos que ésta luce lamitad debido a que el diodo hace desapa-recer medio periodo y esto traducido alidioma común significa que el circuito con-sume aproximadamente la mitad.

Por tal motivo deberemos entender quees posible colocar una bombilla de 125 V enun circuito de 230 V, con un diodo interca-lado, sin que se funda.

¿Esto qué nos indica?

Sencillamente:

Utilidades que nos permiten entender elcomportamiento del diodo.

Imaginemos una estufa eléctrica de2000W.

Colocamos dos interruptores, uno queactiva los 2000W y dispondremos del calorcorrespondiente a esa potencia.

En el circuito del otro interruptor interca-lamos un diodo y tendremos el calor quepueden emitir los 1000W y... ¡consumiendola mitad de la potencia total de la estufa!

La mayoría de placas de este estilo fun-cionan así.

Otra aplicación importante del diodo, nodescrita, es su incorporación en los electro-domésticos, en una zona insospechada:

¡En la clavija de alimentación!

Para dotar al aparato de una función,cada día menos necesaria pero no por elloimportante:

Que el electrodoméstico en cuestión seabitensión, es decir, que tenga la posibilidadde conectarlo indistintamente a 230/125voltios.

Llegados a este punto conviene que noshagamos toda una serie de preguntas rela-cionadas con el tema y que no estén condi-cionadas por la rigidez de un cuestionario.

Se trata de las interrogaciones simples,que se haría cualquier persona al enfrentar-se con un elemento nuevo.

El Transistor


El Transistor

• ¿Qué es un transistor?

• ¿Para que sirve realmente?

• ¿Sustituye a algún modelo de compo-nente que se haya quedado anticuado?

• ¿Cómo se identifica?

• ¿Cómo se compra?

• ¿Es caro?

• ¿Se desgasta con el tiempo?

• ¿Tiene incompatibilidades?

• ¿Puede prescindirse olímpicamente deél?

Empecemos…

Al iniciar este apartado se habla de losignificó su descubrimiento, nada menosque tres premios Nobel.

Esto de por sí ya tiene trascendenciaporque no van dando este tipo de enalteci-mientos todos los días.

La mayor parte de las preguntas que apriori nos hagamos, y muchas más, se iráncontestando en los próximos párrafos, perocomo ejemplo bastante concluyente vamosa adelantarnos explicando una utilidad quelo define con suficiente precisión:

Se trata de construir un variador de velo-cidad, o caudal, como queramos definirlo,de un ventilador del modelo que llevan lastorres de los ordenadores, donde se ubicala CPU, para que la velocidad del ventiladorse ajuste a la necesidad de evacuar el calordel procesador, en función del calor queéste desprenda.

Más adelante podremos entender mejoreste montaje, pero ahora la figura nos sirvepara justificar la presencia de un transistoren el circuito, del que explicamos somera-mente su funcionamiento.

El potenciómetro se encarga del ajuste,como casi todos los potenciómetros.

La NTC es quien capta la temperaturadel sistema.

Es una resistencia que, como ya vimos,varía negativamente en función de la tem-peratura, esto es, a mayor temperaturamenor resistencia.

Este montaje nos libera de estar pen-dientes de un ajuste manual de la veloci-dad.

Sólo diremos que el calor que absorbe laNTC obliga al transistor a dar paso a mayoro menor intensidad al ventilador.

El Transistor de Unión

Principio de funcionamiento.

El transistor es un elemento semicon-ductor que tiene la propiedad de podergobernar a voluntad la intensidad decorriente que circula entre dos de sus tresterminales, que se llaman emisor y colector,a través de la acción de una pequeñacorriente, mucho más baja que la anterior,aplicada al tercer terminal, que recibe elnombre de base.


El transistor dispone de dos unionessemiconductoras, separadas por una finísi-ma capa de material.

Supongamos que se dispone de unaestructura formada por dos zonas de mate-rial semiconductor tipo N (formado por ger-manio o silicio sobre el que se ha difundidoo diluido un segundo material que tiene unexceso de electrones, tal como fósforo oarsénico) y entre ellos existe una capa muydelgada de otro, tipo P (formado a partir delmismo material base que el N, con la adi-ción de un segundo que produzca undefecto de electrones, tal como indio oboro).

El conjunto forma dos uniones: una P-Ny otra N-P produciéndose entre las treszonas un movimiento de electrones, similaral que se forma en el diodo, que provoca laaparición de dos regiones de transición enla que se generan unas pequeñas diferen-cias de potencial, de forma que las doszonas N quedarán a una tensión ligeramen-te más positiva que la zona P, intermedia.

El transistor bipolar es el más común delos transistores, y como los diodos, puedeser de germanio o silicio.

El transistor es un amplificador decorriente, esto quiere decir que si le intro-ducimos una cantidad de corriente por unade sus patillas (base), el entregará por otra(emisor), una cantidad mayor a ésta, en unfactor que se llama de amplificación.

A este factor se le denomina ß (beta) y esun valor propio de cada transistor.

IC (corriente que pasa por la patillacolector) es igual a ß (factor de amplifica-ción) por IB (corriente que pasa por la pati-lla base):

IC = ß x IB

IE (corriente que pasa por la patilla emi-sor) es del mismo valor que IC, sólo que, lacorriente en un caso entra al transistor y enel otro caso sale de él, o viceversa.

Según la fórmula anterior las corrientesno dependen del voltaje que alimenta el cir-cuito (VCE), pero en la realidad si, y lacorriente IB cambia ligeramente cuandocambia VCE, según puede observarse en lafigura.

El Transistor


a) Regiones b) Símbolo

Composición y símbolo del transistor NPN

a) Regiones b) Símbolo

Composición y símbolo del transistor PNP

El Transistor

Seguimos:

En todo transistor se cumple, respecto atensiones y corrientes, lo siguiente:

VCB + VBE = VCE IC + IB = IE

Además, insistimos, como un parámetromuy importante, tenemos que:

ß (beta ) = IC/IB

También se utiliza, en lugar de ß, el tér-mino hFE .

Ambos, ß ó hFE, representan la gananciade corriente colector-base cuando la resis-tencia de carga es nula.

Polarización

Si ahora se aplica una tensión exterior,procedente de una batería o de cualquierotro circuito de alimentación, a la primeraunión N-P, cuyas dos zonas se llaman emi-sor y base respectivamente, en forma direc-ta o con el negativo aplicado al emisor y elpositivo a la base, se producirá una circula-ción de corriente entre ambas regiones.

Aplicando una segunda tensión externaa la unión P-N restante, formada por la basey una tercera zona denominada colector, ensentido inverso (negativo a la base y positi-vo al colector) se conseguirá que la corrien-te de electrones que se generó con la pri-mera tensión aplicada sea atraída por ladiferencia de potencial positiva aplicada alcolector, a pesar de la fuerte oposición queorigina la unión base-colector polarizada ensentido inverso, con lo que la corriente quesalió del emisor puede llegar prácticamen-te en su totalidad al colector, salvo unapequeñísima fracción que saldría por laconexión de base.

Pues bien, esta fracción de corriente esla que es capaz de gobernar a la principal,ya que ésta será siempre un múltiplo de lade base.


Actualmente el semiconductor utilizado es prácticamente siempre silicio y sonmucho más abundantes los transistores N-P-N que los P-N-P.

Y para que no olvidemos nunca el sentido de la flecha, proponemos un juego depalabras:

En la unión PNP, P (“pincha”) (flecha hacia la base).

En la unión NPN, NP (“no pincha”) (flecha hacia fuera).

Transistor N-P-N y P-N-P.

Insistimos en la explicación.

Un transistor es similar a dos diodos, eltransistor tiene dos uniones: una entre elemisor y la base y la otra entre la base y elcolector.

El emisor y la base forman uno de losdiodos, mientras que el colector y la baseforman el otro.

Estos diodos son denominados: Diodode emisor (el de la izquierda en este caso) yDiodo de colector (el de la derecha en estecaso).

Este algo va a ser electrones o huecos através de las uniones P-N, según el tipo detransistor del que hablemos.

La zona de semiconductor que está enmedio, es decir, la base, siempre es máspequeña que las dos de los extremos, emi-sor y colector, bien sea en transistores P-N-P o N-P-N.

Aunque su estructura no sea excesiva-mente complicada, sería absurdo tener quedibujarla en un circuito cada vez que nosrefiriésemos a ellos, así pues, este tipo detransistores se representan esquemática-mente con el símbolo que ya hemos visto.

Según se conecte este potencial, vamosa obtener una polarización inversa o direc-ta. Pues bien, ahora, como tenemos dosuniones, todo se multiplica por dos, vamosa tener que conectar dos baterías externas,una por cada unión, y podemos tener cadaunión polarizada de una forma, es decir, lasdos polarizadas inversamente, las dosdirectamente, o una inversa y la otra direc-tamente.

Según tengamos polarizadas estas unio-nes, el transistor se comportará de unamanera distinta.

Diremos entonces que estamos traba-jando en una u otra zona.

Según como conectemos las dos baterí-as al transistor podemos conseguir cuatrocombinaciones diferentes:

El emisor conectado al borne positivo dela batería 1 y el colector al borne positivo dela batería 2.

Otra combinación sería el emisor alborne positivo de la batería 1 y el colector alborne negativo de la batería 2.

En la tercera combinación tendríamos elemisor al borne negativo de la batería 1 y elcolector al borne positivo de la 2 y, por últi-mo, el emisor conectado al borne negativode la 1 y el colector al borne negativo de la 2.

El Transistor


El colector es la parte querecibe “algo”, el emisor laque lo “emite” y la base es lazona intermedia por dondeva a pasar.

Para que los transistoresactúen es necesario aplicar-les una diferencia de poten-cial externa, que ya hemosleído se llama polarización.

El Transistor

Curvas de un transistor.

Para entender el modo de funcionamien-to de un transistor vamos a recordar cómose comportan las uniones P-N al conectar-las a una batería.

En primer lugar supondremos conectadala batería A (VBB) y desconectada la B (VCC),luego conectaremos la B desconectando laA, para finalizar conectando las dos a lavez.

Si sólo tenemos la batería A con suborne negativo conectado al emisor y elpositivo conectado a la base, y dejásemosal colector sin unir a la base (al tener des-conectada la batería B), tendríamos unaunión P-N, es decir, un diodo, polarizadodirectamente.

Curva característica de entrada

Si variamos el valor de la pila VBB de lamalla de entrada, tomando valores de IB yVBE podemos obtener la característica de(la malla de) entrada.

Como vemos, es la característica deldiodo base-emisor, y tiene una forma expo-nencial.

Los electrones (portadores mayoritarios)pasan del emisor (N) a la base (P), al seratraídos por el borne positivo de la bateríaproduciendo una corriente bastante intensa.

Si desconectamos la batería A (que unea la base con el emisor) y sólo conectamosla B (para unir el colector con la base), colo-cando el borne positivo con el colector y elnegativo con la base, tenemos una unión P-N inversamente polarizada y, por tanto, nose produce paso de corriente eléctrica.

Pero ¿qué ocurre al conectar las dosbaterías a la vez?

Conseguiremos una…

Curva característica de salida

Analizamos la malla de salida y obtene-mos distintas curvas para diferentes valoresde IB.

Ajustando VBB fijamos un valor de IB quevamos a mantener constante (por ejemploIB = 10 µA).

Ahora variando VCC medimos valores deVBE y IC y obtenemos la correspondientecurva de IB = 10 µA.

Hacemos lo mismo para IB = 20 µA,etc... Y así sucesivamente para diferentesvalores de IB.


Regiones operativas del transistor.

Región de corte:

Un transistor está en corte cuando:

corriente de colector = corriente de emi-sor = 0

(IC = IE = 0)

En este caso el voltaje entre el colector yel emisor del transistor es el voltaje de ali-mentación del circuito.

(Como no hay corriente circulando, nohay caída de voltaje, según la Ley de Ohm).Este caso normalmente se presenta cuandola corriente de base = 0 (IB =0)

Región de saturación:

Un transistor está saturado cuando:corriente de colector = corriente de emisor= corriente máxima, (IC = IE = I MÁXIMA)

En este caso la magnitud de la corrientedepende del voltaje de alimentación del cir-cuito y de las resistencias conectadas en elcolector o el emisor o en ambos, según laley de Ohm.

Este caso normalmente se presentacuando la corriente de base es lo suficien-temente grande como para inducir unacorriente de colector ß veces más grande.

(Recordar que IC = ß x IB)

Región activa:

Cuando un transistor no está ni en suregión de saturación ni en la región de corteentonces está en una región intermedia, laregión activa.

En esta región la corriente de colector(IC) depende principalmente de la corrientede base (IB), de ß (ganancia de corriente deun amplificador, es un dato del fabricante) yde las resistencias que hayan conectadasen el colector y emisor).

Esta región es la mas importante si loque se desea es utilizar el transistor comoun amplificador.

Recordar que en la zona activa cono-ciendo el valor de IB se puede calcular la IC (IC = ß x IB).

La zona de corte es desde IB = 0 haciaabajo (zona rallada) y no conduce

La unión del emisor con la base (JE) estápolarizada directamente (emisor conectadoal borne negativo y la base al borne positi-vo de la batería A) por lo que la barrera depotencial que hay entre ellos es muy estre-cha.

Sin embargo, en la unión base-colector,JC, al estar polarizado inversamente (colec-tor conectado al borne positivo y base alborne negativo de la batería B), la barrerade potencial es bastante ancha.

El Transistor


El Transistor

Al haber conectado las dos bateríasempieza el movimiento, los electrones (por-tadores mayoritarios en el material tipo N)se empiezan a desplazar desde el emisor(tipo N) a la base tipo (P), aproximándose alcolector (tipo N), y consiguen atravesar launión base-colector gracias a la atracciónque les produce el borne positivo de labatería a la que está conectado el colector.

¿Por qué no se recombinan los electro-nes y los huecos de la base?

La base es mucho más estrecha que elemisor y el colector; también está muchomenos dopada, por lo que los huecoslibres (portadores mayoritarios) son muyescasos.

Así que es muy difícil que un electrónencuentre un hueco para recombinarse, porlo que seguirá su camino atraído por elpotencial.

La corriente de base va ser pequeña alhaber pocos electrones y huecos que serecombinen, la del emisor y el colectorserán más grandes al producirse electronesen el borne negativo de la batería unida conel emisor, que van a atravesar a éste, parapasar después por la base y acabarán atra-vesando al colector para ir a parar al bornepositivo de la otra batería.

Según incrementamos la polarizacióndirecta va a aumentar el número de electro-nes del emisor que se desplazan, creciendoa la vez la corriente de colector, emisor ybase.

Si disminuimos esta polarización bajarántodas las corrientes hasta llegar a un puntoen que el transistor puede quedar cortado yno conducir la corriente.

Al potencial conectado al emisor se lellama VBE y al conectado al colector VCE,aumentando su valor o disminuyéndolo esla forma que tenemos para aumentar o dis-minuir las polarizaciones.

Los otros transistores que hemos nom-brado son los P-N-P, cuyo funcionamientoes muy parecido al de los que acabamos deexplicar (N-P-N).

En los P-N-P el emisor es un semicon-

ductor de tipo P, por lo que sus portadoresmayoritarios van a ser los huecos en vez delos electrones, la base es del tipo N (porta-dores mayoritarios los electrones) y elcolector es de tipo P (portadores mayorita-rios los huecos).

Las baterías también van a estar coloca-das de distinta forma, el borne positivo deuna batería va a estar unido al emisor, y elborne negativo de esta misma batería va aestar unido a la base, por lo que esta uniónva a estar polarizada directamente; por otrolado el colector y la base van a estar unidospor otra batería con su borne negativoconectado al colector y el positivo a labase, aquí la polarización va a ser inversa.

El funcionamiento en estos transistoreses prácticamente igual al de los anteriores,la diferencia más notable es que en el P-N-P lo que se está moviendo son los huecos,en lugar de los electrones, desde el emisor,atravesando la base hasta llegar al colector,por tanto el sentido de la corriente exteriorva a ser inverso al ser inversos los sentidosdel movimiento de huecos y de electrones.

En los P-N-P también nos encontramoscon que la base es muy estrecha y estámuy poco dopada, por lo que la recombi-nación de huecos y electrones vuelve a serpequeña y, en consecuencia, la corriente debase también lo será.

Sin embargo, las corrientes de emisor ycolector son grandes, como en el casoanterior.

Recta de carga estática

La recta que atraviesa la curva se deno-mina recta de carga y se compone de loslugares que puede ocupar el punto de tra-bajo del transistor.


Responde a la siguiente fórmula, quesería la ecuación de la malla de salida.

Toda recta se determina mediante dospuntos.

No hay intensidad de colector, por tantono hay caída de tensión en la RC y toda latensión de alimentación está entre colectory emisor.

El transistor conduce a tope.

Toda la tensión de alimentación cae en laresistencia de carga.

Los transistores en emisor común suelentrabajar como amplificadores (zona activa)o como conmutadores (zonas de cortesaturación).

El modo en que queramos que trabajendeterminará el circuito de polarización delmismo que utilicemos.

Punto de trabajo Q

Siempre está situado en la recta decarga y dentro de alguna curva, especifi-cando una cierta corriente de colector IC yuna determinada tensión colector-emisorVCE.

Para obtener el punto de trabajo Q plan-tearemos tres ecuaciones:

La de la malla de base, la de la malla decolector y por último la ecuación del tran-sistor:

Malla de base:

VCC-VBE = IBRB+(IC+IB)RE

Malla de colector:

VCC-VCE = ICRC+(IC + IB)RE

Ecuacion del transistor

IC = ß x IB

Modos de trabajo del transistor.

Puesto que el transistor tiene dos unio-nes, existen cuatro combinaciones segúnestén en polarización directa o inversa.

A cada una de estas combinaciones lallamamos modo de trabajo.

Tenemos, por tanto, cuatro modos detrabajo, según estén las polarizaciones decada unión.

En el modo activo directo, la unión emi-sor base está directamente polarizada y lacolector base inversamente polarizada.

El Transistor


ecuación de larecta de cargaVCC = VCE + RC x IC

Si IC = 0 transistor en corte

entonces VCC = VCE (punto en abscisas).

Si VCE = 0 transistor en saturación

entonces Ic = VCC/RC (punto en ordenadas)

El Transistor

En este modo, el transistor se compor-ta como una fuente de corriente controla-da. Decimos que se trata de una fuente decorriente controlada porque podemos con-trolar las corrientes que fluyen por el tran-sistor.

La corriente del colector, IC, dependedel valor de la corriente del emisor, lE, esdecir, si le aumenta también lo hará IC y,por el contrario, una disminución en le pro-vocará una disminución en IC.

Así pues, controlando lE, automática-mente controlaríamos IC.

El control de lE se lleva a cabo con elpotencial base emisor.

Este modo se podría asemejar a un grifonormal y corriente por el que fluye agua.

El agua sería la corriente de colector yabrir o cerrar un poco el grifo equivaldría avariar el potencial VBE.

El resultado sería un aumento o dismi-nución en el chorro de agua que en el tran-sistor se traduciría en un aumento o dismi-nución de la corriente del colector, IC.

De ahí que se diga que el transistorcuando trabaja en modo activo director secomporta como una fuente de corrientecontrolada.

El segundo modo se denomina decorte, que se produce cuando las dosuniones están polarizadas de forma inver-sa.

Podemos imaginamos dos diodos colo-cados de forma opuesta al paso de lacorriente. Como ya sabemos, en este casono circula corriente apreciable, razón por laque se llama modo de corte.

Se puede decir que, en este caso, eltransistor se comporta como un interruptorabierto.

Si, por el contrario, tenemos las dospolarizaciones de forma directa diremosque el transistor está en modo de satura-ción.

Aquí, las corrientes circulan como si prác-ticamente no existiese transistor alguno.

El transistor en, este caso, se comportacomo un circuito cerrado.

Los modos de corte y saturación soncomportamientos interruptor que, seránutilizados en electrónica digital debido aesta cualidad.

Propiedades del transistor

Hay cuatro conceptos muy importantes,que son:

Amplificación, impedancia, fase y fre-cuencia.

Los dos primeros hacen referencia tantoa circuitos de corriente alterna como decorriente continua, mientras que la fase y lafrecuencia son fenómenos producidos en lacorriente alterna.

La amplificación, como su nombre indi-ca, consiste en aumentar el valor de unacantidad.

La impedancia es la resistencia, esdecir, la oposición al paso de corriente.

Respecto a la amplificación, habrá quedeterminar si el transistor produce amplifi-cación o no.

En caso de producir amplificación, hayque saber si ésta es de tensión, de corrien-te o de ambas, es decir, de potencia, y


“En un transistor podemoshablar de amplificación decorriente, de tensión y depotencia.”

cuánto vale.

Respecto a la impedancia, hemos desaber qué impedancia ofrece a la entrada ya la salida.

Igualmente, con la fase tendremos quever si los valores de la tensión a la entraday a la salida coinciden o existe algún desfa-se entre ellos.

De existir desfase, hemos de poderdeterminar su valor.

Y, por último, respecto a la frecuencia,habrá que ver si el circuito es válido parauna sola frecuencia o para un margendeterminado.

Y qué comportamiento presenta frente afrecuencias altas, medias y bajas.

El transistor polarizado

Además de lo comentado si se conectanfuentes de tensión externas para polarizaral transistor, se obtienen resultados nuevose inesperados.

Hay 3 configuraciones:

• Base común (BC).

• Emisor común (EC).

• Colector común (CC).

Cada una de estas configuraciones a suvez puede trabajar en 4 zonas diferentes:

Zona ACTIVA:

UE en Directa y UC en Inversa. AMPLIFICADORES

Zona de SATURACIÓN:

UE en Directa y UC en Directa. CONMUTACIÓN

Zona de CORTE:

UE en Inversa y UC en Inversa. CONMUTACIÓN

Zona ACTIVA INVERTIDA:

UE en Inversa y UC en Directa. SIN UTILIDAD

Emisor común.

Esta configuración es la más utilizada.

Sólo el 1 % se recombina y el 99 % nose recombina.

Ganancia de corriente ßCC:

A veces (casi siempre) se desprecia la IB,por ser muy pequeña, en comparación conla IC.

El Transistor


Con esto comprobamos queel transistor puede trabajarde 12 formas diferentes.

El Transistor

En ella, el transistor actúa como unamplificador de corriente y de tensión.

Aparte de los efectos de amplificación,también se invierte la tensión de señal, esdecir, si la tensión es tendente a positiva enla base pasa a ser tendente a negativa en elcolector.

Emisor común en un NPN

Emisor común en un PNP

En un transistor NPN cuando la entradaes baja, por el colector no pasa corriente ypor lo tanto la salida es alta.

Cuando la entrada es alta, circula unacorriente elevada por la resistencia decolector y por lo tanto la salida es baja.

Es decir, el transistor se comporta comouna puerta NO (ver puertas lógicas en elcapítulo correspondiente).

Y en un PNP, cuando la entrada es alta,por el colector no pasa corriente y por lotanto la salida es baja.

Cuando la entrada es baja, circula unacorriente elevada por la resistencia decolector y por lo tanto la salida es alta.

El valor de la corriente de base va adepender del valor de la resistencia RB, lacorriente que circula por el colector, IC,depende de la corriente de base, lB, comohemos visto con la formula IC = ß x lB; IC esmucho más grande que lB y ese aumentoviene dado por ß.

Al pasar la corriente por RC se va a pro-ducir una caída de potencial; luego, la ten-sión que obtengamos a la salida, tambiénva a depender del valor de esta resistencia.Podemos colocar una resistencia en el emi-sor, que llamaremos RE, que va a perjudicarmucho la amplificación de tensión, pero vaa hacer que el transistor sea mucho másestable y no le afecten los cambios de latemperatura.

Aumentando o disminuyendo los valoresde las tres resistencias podemos conseguircorrientes y tensiones diferentes en los tresterminales.

Por ejemplo, si aumentamos la resisten-cia de base el valor de la corriente lB serámenor, lo que implicará que Ic también seamenor, y al pasar una corriente de colectormenor a través de RC, el potencial que seobtendrá a la salida será mayor; pero si dis-minuimos RB aumenta lB y con ella lacorriente de colector, y la tensión de colec-tor disminuirá.

Disminuyendo mucho la resistencia debase podemos llegar a un punto en el quepasemos de la zona de activa a la de satu-ración, es decir, que la unión colector-base,que está inversamente polarizada en activa,pase a estar directamente polarizada y, porlo tanto, en saturación.

Esto se produce porque lB aumenta y, enconsecuencia, IC también aumenta.

Si un circuito está trabajando en zonaactiva, el transistor se comporta de formalineal. Es decir, que a iguales variaciones dela corriente de base, lB, se producen igualesvariaciones de la corriente de colector, IC.

El primer punto en el cual al aumentar lBya no aumenta Ic pertenece a la zona desaturación.

También podemos modificar los valoresde la corriente de base, de colector y de la


tensión de salida jugando con la tensión deentrada o con la resistencia de colector.

Una característica muy importante den-tro de un circuito es determinar su punto defuncionamiento.

La corriente continua, y la tensión encada terminal del transistor determinan elpunto de funcionamiento de un circuito.

Este punto de funcionamiento, Q, yahemos visto que se encuentra situado en larecta de carga.

Valores máximos de un transistor que nodeben superarse.

Se definen para cada tipo de transistor,un conjunto de valores máximos en suscaracterísticas que nunca deberán sersuperados durante el funcionamiento.

Son los siguientes:

• VCE MAX para IB = 0

• VBE MAX

• IC MAX

• Potencia máxima disipada PD ó PTOT

La última característica se obtiene multi-plicando I C por V CE.

Se puede dibujar una curva de máximadisipación de potencia sobre las curvascaracterísticas de salida, separando así lazona a partir de la cual no puede hacersetrabajar al transistor sin riesgo de dañarle.

Criterio para el sentido de la corriente.

Siempre se considera a la corriente paraun transistor NPN como entrante por elcolector y la base y saliente por el emisor.

Hemos visto que otra forma de construirtransistores, manteniendo las mismas basesfuncionales, es empleando materiales tipo Ppara colector y emisor y N para la base.

Así el elemento resultante es el transistorPNP.

Sus únicas diferencias con el modeloNPN estriban en que las corrientes que leatraviesan son exactamente de sentido con-trario siendo necesario utilizar tensionesexteriores de polarización de signo opuesto.

Símil hidráulico.

Nos puede ayudar a comprender el fun-cionamiento de un transistor.

Comprobamos que si no hay suficienteflujo de corriente en la válvula L el sistemapermanece estable pero cuando la pequeñacirculación es capaz de abrir la base se pro-ducirá la apertura del colector y agua fluirásumándose las dos corrientes de agua.

Conexionado y Patillaje

La forma de conexionar un transistor esdiferente según el modelo.

Para poder identificar sus patillas esnecesario consultar la hoja de característi-cas del fabricante o bien los numerososlibros de equivalencias que existen en elmercado.

Los transistores son elementos muy ver-sátiles.

Hemos visto que podemos conectarlosdentro de un circuito de muy diferentesmaneras, obteniendo distintos comporta-mientos.

Por ejemplo se puede conseguir ganan-cia en tensión, en intensidad o en ambas,según la clase configuración.

Hemos visto que hay tres tipos de confi-guraciones básicas del transistor BJT: emi-sor común, colector común y base común.

Recordemos que…

El nombre de común se le da al terminaldel transistor que es compartido por laentrada y la salida.

Es evidente que los transistores no seutilizan como elemento único en los circui-tos sino que forman parte de una red más omenos complicada de elementos unidosentre sí.

Un transistor en el seno de un circuito seve afectado por las distintas intensidades decorriente que lo atraviesan y por las tensionesa las que están sometidos sus terminales.

El Transistor


El Transistor

Corriente constante.

Una propiedad muy interesante del tran-sistor es su capacidad para entregar unaintensidad de corriente fija y constante auna resistencia en una forma independientedel valor de ésta, por lo tanto, las variacio-nes de corriente obtenidas por la acción dela base, producirán sobre la resistenciaunas variaciones de tensión que podrán sercalculadas aplicando la ley de Ohm, ydependerán por lo tanto de la corriente debase y del valor de la resistencia R que sesitúe en el colector, dando valores mayorescuanto más alta sea esta R, estando el limi-te fijado, obviamente, por la tensión externade alimentación.

El resultado de todo ello, será una ampli-ficación de tensión, calculada como la rela-ción entre la tensión, obtenida sobre laresistencia, denominada de carga, y la ten-sión que se aplicó en la unión base-emisorpara generar la corriente que se ha llamadode base.

Formas de polarizar un transistor.

La polarización básicamente tiene dosmisiones, primero se trata de fijar un puntode trabajo sobre la recta de carga y segun-do, mantener la estabilidad del mismo.

No se consigue nada con un punto detrabajo que sufre variaciones importantessin modificar a voluntad el tipo de trabajoque del mismo se exige.

Otra cuestión importante sería la quesupone utilizar dos pilas, una para cadaunión.

En la práctica se recurre a emplear unasóla, de manera que con la incorporaciónde las resistencias adecuadas puedan pola-rizarse todos los terminales.

Todavía se plantearía una cuestión másgrave si un montaje tuviera varios transisto-res y cada uno necesitara un par de pilas.

Todo ello obligaría a cambios continuosen el circuito, debido a que las diferentesetapas de los circuitos no tienen el mismoconsumo.

Así, una sola fuente de alimentacióndeberá ser capaz de alimentar el transistor

dándole a cada terminal la tensión adecua-da, por ello, hoy día se ha generalizado laautopolarización o polarización automáticadel terminal de control o base, mientras quela batería de alimentación se aplica sobre elcircuito de salida de la señal.

En un transistor NPN, la base ha de serpositiva respecto del emisor pero menospositiva que el colector; por ello parece difí-cil hacerlo con una sola alimentación, peroesto es posible si todos los terminales reci-ben tensiones positivas siendo mayor la delcolector que la de la base y a su vez la debase mayor que la del emisor.

Solución a la que se puede aproximarmediante divisores de tensión a partir de labatería común.

Empleando un transistor PNP la polari-zación general se haría a partir de una ten-sión negativa de batería.

Autopolarización de un transistor.

En un montaje de emisor común, lacorriente de base determina la aparición deuna corriente de colector así como de unatensión entre el colector y el emisor, esta-bleciéndose las condiciones de funciona-miento en reposo del transistor.

Existen muchos procedimientos paralograr esta autopolarización.

Uno de ellos consiste en la colocaciónde una resistencia que, procedente de laalimentación, da lugar a una caída de ten-sión para lograr una corriente de base sufi-ciente.

Un grave inconveniente de este circuitoes la gran inestabilidad que tiene su puntode polarización frente a las variaciones detemperatura, por ello, en vez de unir direc-tamente la base con la alimentación, se unecon el colector para que así queden com-pensadas dichas variaciones.

De esta manera tiene lugar una reali-mentación tal que cuando se incrementa lacorriente de colector debido a la tempera-tura, también es mayor la caída de tensiónen la resistencia de carga con lo que sermás pequeña la tensión de polarización dela base. Así tiene lugar una realimentación


negativa de señal y se utiliza cuando no seaprecisa una ganancia de señal muy grandeporque, en este caso, la realimentaciónnegativa la reduciría en gran parte.

Otro paso para mejorar la polarizaciónconsiste en no llevar directamente el emisora masa, sino que se intercala en serie unaresistencia de emisor de pequeño valor.

La resistencia RE introduce una caída detensión para reducir la tensión de polariza-ción entre la base y el emisor, para cual-quier aumento de la corriente de colectordebido a las temperaturas, y si baja la VBEinmediatamente se hace más pequeña la IC.

A pesar de todo, uno de los procedi-mientos más empleados lo constituye eldivisor de tensión entre la alimentación, labase y masa.

De esta forma la base tiene una corrien-te estabilizada.

A efectos de cálculo, la corriente conti-nua resulta de dividir la tensión de alimen-tación por la suma de las dos resistencias(R1 + R2).

Para la polarización de la base se consi-dera que la corriente que pasa por el divisorde tensión es del 5 al 10 % de la corrientede colector.

Si además del divisor de tensión el tran-sistor va provisto de la resistencia de emi-sor, da lugar a una disposición práctica delas más abundantes en los montajes.

Esta resistencia de emisor supone man-tener constante la tensión en bornes de lamisma. Cuando aumenta la temperaturaquien primero lo hace es la corriente decolector y, con ello, la corriente de emisorhaciéndolo más negativo, entonces aumen-tará la tensión en bornas de RE y disminui-rá la tensión entre la base y el emisor, conella se hace menor la corriente de base,ocasionando la disminución de la corrientede colector.

Todo ello da lugar a la estabilización delcircuito.

Además de los circuitos externos deregulación, para compensar las variacionesde temperatura es conveniente dotar a los

transistores de los oportunos disipadoresde calor para que así la realimentaciónnegativa no sea tan necesaria.

El propio disipador evacua el exceso decalor, manteniendo la ganancia del circuitosiempre que no sea excesiva la temperatu-ra de la unión, en cuyo caso, se hace nece-sario recurrir a alguno de los circuitos deautopolarización y estabilización citados.

Insistimos en el efecto de la temperatura.

Un factor muy importante, capaz dedesestabilizar y puede que destruir los tran-sistores y que no se suele tener en cuenta,es la temperatura.

Vimos que los semiconductores puedenpermitir el paso de corriente, pero necesitanuna pequeña ayuda; se les puede dopar, oaumentar la temperatura, para que circulenlos electrones de la última capa.

Pues bien, los transistores son unionesP-N, y los materiales tipo P y tipo N sonsemiconductores dopados, luego van apermitir el paso de la corriente.

Pero, por ser semiconductores, les va ainfluir mucho una variación de temperatura.

Si tenemos un circuito de emisor común,aparentemente estable, con un punto defuncionamiento definido, se puede produciruna gran inestabilidad con un aumento detemperatura.

Esto sucede porque al aumentar la tem-peratura se incrementa la corriente delcolector, aunque la corriente de base per-manezca constante.

Este incremento en Ic produce que lacaída de potencial en la resistencia Rc seamayor, luego la tensión Vc va a ser menor.

El Transistor


La consecuencia inmediatade este hecho es que el puntode funcionamiento, Q, se va adesplazar.

El Transistor

Esto ocurriría en el mejor de los casosporque incluso puede llegar a producirse ladestrucción del transistor.

La primera solución que se nos puedeocurrir para evitar que se produzca unaumento de la temperatura es colocar unventilador, o algo que baje la temperaturacuando esta aumente y la mantenga siem-pre constante.

Pero esto tiene dos inconvenientes, elprimero es que resulta muy costoso y elsegundo que ocupa mucho espacio, y aldiseñar un circuito electrónico siempre setiende a reducir el espacio al máximo.

La segunda solución es colocar unaresistencia RE en el emisor; al aumentar lacorriente del colector, IC, también se incre-menta la corriente del emisor.

Si ponemos una resistencia, se va a pro-ducir una caída de potencial, luego la ten-sión en el emisor va a ser menor.

Acabamos de ver la configuración deemisor común de un transistor, que es lamás utilizada en los circuitos electrónicosdebido a la ganancia producida tanto entensión como en corriente.

Además de esta configuración, existenotros dos tipos, base común y colectorcomún.

En la primera, obtenemos una importan-te amplificación en tensión, aunque laamplificación en corriente es prácticamentedespreciable.

En la segunda ocurre al contrario, laamplificación en corriente es muy importan-te mientras que la amplificación en tensiónsea prácticamente despreciable.

Corrientes de fuga.

El inconveniente de la temperatura sedebe a las corrientes de fuga, I CBO e I CEO.

La corriente I CBO es la corriente existen-te entre la base y el colector con el emisorabierto, es decir, cuando este electrodoquede desconectado del circuito.

La corriente I CEO aparece cuando labase está desconectada del circuito.

I CBO es la corriente más pequeña y apa-

rece por la agitación térmica que rompeenlaces covalentes dejando cargas libres oportadores minoritarios dentro del mono-cristal. Su valor depende de la temperatura,y será tanto mayor cuanto más elevada seaésta.

Al elevarse la temperatura y aumentaralgo I CBO va en aumento la corriente decolector y como la tensión entre el colectory el emisor varía poco, el transistor alcanzapronto la saturación.

Si queda abierto el circuito de base, lacorriente de fuga I CBO atraviesa la base yentonces queda amplificada porque haintervenido la ganancia ß del transistorpasando a ser ß I CBO.

En estas condiciones, la corriente totalde fuga sería la I CBO que al encontrar labase abierta vendría de ésta al emisor yademás la corriente I CEO.

Sucede esto porque la corriente I CEOque pasa por el colector, con la base en cir-cuito abierto, está formada por un movi-miento de huecos de intensidad I CBO delemisor al colector y además por el movi-miento de electrones de intensidad I CBO delcolector hacia la base, de ahí que se consi-deren dos I CBO, la directa y la amplificada.

Poniendo la corriente de fuga I CEO, quees la más importante, en función de I CEO,se tendría:

I CEO = I CBO + ß I CBO = I CBO (1 + ß)

La estabilización por temperatura resultamuy conveniente en la configuración deemisor común mientras que en base comúny en colector común no resulta tan necesa-ria.

Estabilización de transistores.

Las corrientes de fuga formadas por losportadores de carga minoritarios llegan a labase y, como consecuencia de ello, se reco-gen, amplificadas, a la salida del transistor.

La regulación a efectuar consiste enimpedir la saturación de portadores en labase y hacer descender I CBO.


Con una resistencia entre la base y el emi-sor, la corriente I CEO disminuye y con un cor-tocircuito entre la base y el emisor la corrien-te total de fuga pasa a ser I CEO cuandoqueda abierto el circuito base-colector.

La unión base-emisor se comporta comouna resistencia con un coeficiente de tempe-ratura negativo puesto que, para una VBEdada, un aumento de temperatura represen-ta una disminución de la resistencia base-emisor y con ella un aumento de IE y, porconsiguiente de I C, no siendo apenas impor-tante I CBO en estas condiciones.

Para contrarrestar este efecto se procedea incorporar R E que sin ser muy elevada,presenta un valor más elevado que la de launión. También se emplean las resistenciasde coeficiente negativo de temperatura(NTC) para que disminuyan de valor cuandosuba la temperatura.

Estabilización con resistencia NTC.

Al aumentar la temperatura, sea por unaumento en el ambiente o por un exceso decorriente en las uniones del transistor, estecalor llega a la resistencia NTC, ésta dismi-nuye su valor, con lo que disminuye la ten-sión en sus bornes.

La corriente por el divisor aumenta y, porlo tanto, la caída de tensión en R 1 tambiénaumenta. Entonces la base es menos con-ductora dando lugar a la estabilización deltransistor, que además es ayudado por R E.

A pesar de todo, este método tiene elinconveniente de no seguir una variaciónlineal con la temperatura, por lo que la esta-bilización no es perfecta y además tienelugar con un cierto retraso porque debetranscurrir un determinado tiempo hasta quese calienta y comienza a actuar la resistenciaNTC.

Estabilización mediante diodos.

Se consigue mejorar la estabilizaciónincorporando uno o dos diodos en el circuitode polarización, aprovechando que un diodotiene una unión P-N igual a las existentes enel interior de un transistor.

La resistencia y el diodo actúan formandoun divisor de tensión para polarizar la base apartir de V CC.

Por el divisor de tensión pasa una corrien-te que da lugar a una caída de tensión en el

diodo que polariza directamente la uniónbase-emisor.

Si aumenta la temperatura baja la resis-tencia de unión y su caída de tensión, bajan-do la polarización directa y estabilizando elcircuito.

La compensación tiene lugar dentro de unamplio margen de temperatura pero supera-do éste, el diodo no compensa el aumentode I CBO por que la temperatura comienza acrecer de manera constante.

Empleando dos diodos en lugar de uno seconsigue una estabilización de I C práctica-mente independiente de la temperatura.

El diodo D 2 y R 1 compensan la variaciónde resistencia base-emisor con la temperatu-ra y R 2 junto con D 1 hacen lo propio con elefecto de la corriente de fuga I CBO.

Para las bajas temperaturas D 1 es casi uncircuito abierto, mientras que la caída de ten-sión en D 2 polariza la unión base-emisor,pero cuando aumenta la temperatura apare-ce una corriente inversa en D 1.

La corriente que pasa por él junto a lacorriente que pasa por la resistencia R 2 y laI CBO, son las corrientes que intervienen.

Para que el montaje actúe correctamentees necesario que la corriente que pase porD1 sea mucho mayor que la corriente defuga.

La polarización de la base es la diferenciaentre la caída de tensión en D 2 y en R 2, siaumenta la temperatura lo hace I CBO, dismi-nuyendo la resistencia del diodo D 1 yaumentando la corriente que pasa por éste,lo que da lugar a una mayor tensión en R 1,bajando la polarización directa base-emisor ycompensando la subida de I CBO.

En un montaje emisor común puede colo-carse un diodo Zener en paralelo con la sali-da para estabilizar la tensión e indirectamen-te la temperatura.

La resistencia inversa de un diodo Zeneraumenta cuando se incrementa la tempera-tura de la unión.

Colocándolo en los circuitos, al elevarsela corriente de colector por la temperaturadisminuye la tensión de colector y al aumen-tar el Zener su resistencia ocasiona la dismi-nución de la corriente de colector, restable-ciendo el equilibrio.

El Transistor


El Transistor

Amplificación.

Clases de funcionamiento de un amplifi-cador.

Una vez polarizado un amplificadorqueda determinado el punto de trabajosobre las curvas características.

Tiene un consumo determinado parauna tensión concreta.

El punto de trabajo da lugar a un com-portamiento estable del amplificador enausencia de señal a la entrada del mismo.

Sería, por decirlo de otro modo, el refle-jo de la corriente de salida en relación a lapolarización dada a la entrada, ambos valo-res son continuos y constantes.

Aplicando una señal variable a la entradadel amplificador, la corriente de salida varíaentre un margen concreto, tomando comovalor central de la variación el correspon-diente al punto de trabajo determinado porla polarización.

El control de un transistor se realizamediante I B mientras que I C es la de salida,la que, al atravesar la carga, ocasionaganancia de tensión, corriente o potenciadel transistor.

Según el punto de trabajo determinadopor la polarización, existen diferentes tiposde funcionamiento.

En cualquier caso, se considera que eltransistor trabaja en régimen lineal, es decir,en la zona lineal de sus características desalida.

Amplificación clase A.

El estudio de los amplificadores se iniciaa partir de la relación de transferencia deltransistor, es decir, la curva que da I C enfunción de I B.

La polarización dada al transistor, eneste caso debe ser aquella que sitúe elpunto de trabajo (o de reposo sin señal), enel centro del tramo recto de la característi-ca de colector de tal manera que la ampli-tud de la señal aplicada a la entrada, no lle-gue a superar esta zona rectilínea para quea la salida se disponga de una señal ampli-ficada y exactamente igual a la de entrada,esto es, sin distorsión.

La señal alterna dibujada, que puede sercualquier tipo de señal variable recibida a laentrada, se superpone sobre la polarizaciónfija dada a la base que da lugar al punto detrabajo.

Esta señal es amplificada por el transis-tor dando a la salida una señal muchomayor y el hecho de evitar que ésta quededistorsionada significa que el tipo de traba-jo sea el de clase A.

El rendimiento de este tipo de configura-ción proporciona un valor por debajo del 50% entendiendo como tal el cociente entre lapotencia suministrada por el amplificador yla potencia aportada por la fuente de ali-mentación.

Amplificación clase B.


Si la polarización fija dada entre la basey el emisor es cero, I B será nula, y el tran-sistor, sea PNP o NPN, solamente conduci-rá cuando la unión base-emisor de entradaquede polarizada directamente, dandocomo resultado que el paso de la corrientea la entrada va a tener lugar en un semiciclode la señal, puesto que en el otro quedarábloqueado. Un transistor NPN sólo acepta-rá los semiciclos de señal que hagan el emi-sor negativo respecto de la base, y para unPNP, el emisor debe ser más positivo que labase.

En cualquiera de los casos, solamenteexistirá corriente de colector en un semici-clo de la señal.

Pero hay algo más, existirá una ciertadistorsión debido a que los puntos más cer-canos al cero del eje de señal resultanamplificados en parte dentro del tramocurvo de respuesta, e incluso se pierde unaparte del semiciclo porque aún siendo I Bcero, existe una pequeña I C, y al no pasarla curva por el origen supondrá un ligerorecorte de esta señal.

A efectos de potencia es el tipo de pola-rización que proporciona un mayor rendi-miento, pudiendo alcanzar el 78 % utilizán-dose mucho cuando no sea obstáculo lapérdida de la mitad de la señal.

En la práctica se recurre a este tipo depolarización cuando se trabaja con monta-jes complementarios en etapas de salida,de este modo los dos transistores amplifi-can por separado los dos semiciclos de laseñal, y a la salida se obtiene una potenciaimportante.

Amplificación clase AB.

De acuerdo a estas siglas que sirven dereferencia a este tipo de amplificación,reúne unas propiedades de la clase A yotras de la clase B, por quedar situada enun punto intermedio al de ambas polariza-ciones.

La polarización fija queda dentro de lazona recta, pero cerca del origen.

Mediante este sistema, a partir de muypequeñas amplitudes de señal, queda unaparte del semiciclo fuera de la amplifica-ción.

La corriente variable de salida reproducea la de entrada durante un ángulo com-prendido entre 180 y 360º pero sin llegar aeste valor, de ahí que su rendimiento quedecomprendido entre el 60 y 78 %

Se recurre a este tipo de circuito en eta-pas de salida para amplificaciones de bajafrecuencia, en cuyo caso se procura que eltransistor trabaje en la clase AB pero muycerca de la clase B, lo que proporciona unaseñal con menos distorsión que la B, peroaprovechando al máximo su elevado rendi-miento.

La clase B introducía una ligera distor-sión debida al codo inferior de la caracterís-tica, por lo que es necesario recurrir a unapequeña polarización adicional base-emi-sor cuando los transistores deban funcionaren montajes tipo contrafase.

Amplificación clase C.

Este tipo de polarización se da cuando launión de entrada queda polarizada inversa-mente y, en consecuencia, la conducciónsolamente tendrá lugar cuando el semiciclode la señal tienda a favorecer la polariza-ción directa de la mencionada unión, supe-rando el valor inverso fijado en un principio.

El ángulo de conducción resulta inferiora 180º, significando que la distorsión serámuy grande comparada con los otros tiposde polarización.

Como contrapartida su rendimiento esdel 100 % aunque éste no es aprovechableen aplicaciones de audiofrecuencia porcuanto la gran distorsión impediría tenerresultados con fidelidad en el sonido.

El Transistor


El Transistor

La distorsión en los amplificadores.

El concepto de distorsión es de granimportancia para describir el comporta-miento de las señales a la salida de losamplificadores.

Prácticamente, la distorsión interesaespecialmente en los circuitos de alta fide-lidad, porque en los de tipo industrial serenuncia al aspecto de la señal en beneficiode un elevado rendimiento en la mayoría delas ocasiones.

La distorsión resulta verdaderamenteimportante en los circuitos de alta potenciay en especial cuando las ganancias de lasetapas han de ser elevadas.

A la hora de adquirir un amplificador, esuno de los datos más importantes a teneren cuenta, ya que además de buscar unapotencia sonora es preciso que la repro-ducción del sonido tenga las mismascaracterísticas (fidelidad) que la señal apli-cada a la entrada del amplificador.

Amplificadores de potencia.

El propósito del amplificador de poten-cia es proporcionar una tensión de salidasin distorsión y una baja resistencia decarga.

En la práctica, un sistema puede con-sistir en varias etapas de amplificación detensión y la última de las cuales suele serun amplificador de potencia.

La carga alimentada por este amplifica-dor de potencia puede ser un altavoz, unexcitador, un solenoide o algún dispositivoanálogo.

La entrada al sistema es una serie quese amplifica a través de etapas de ganan-cia de tensiones.

La salida de las etapas de ganancia detensión tiene la suficiente amplitud para ali-mentar el amplificador de potencia de lasalida.

La representación bloques de un ampli-ficador de audio puede ser la mostrada enla figura:

En la figura el transductor produce unaseñal muy débil, del orden de milivoltios, lasdos primeras etapas amplifican esta señalde audio.

La tercera etapa genera una gran señal,de algunos voltios a decenas de voltios ydebe producir suficiente corriente paramanejar la baja impedancia del altavoz.

El amplificador de potencia debe operaren forma eficiente y debe ser capaz demanejar valores altos de potencia ya quedeben trabajar con tensiones e intensida-des de gran amplitud. (La potencia por loregular es de unos cuantos vatios a cientosde vatios).

Los factores del amplificador de poten-cia que mayor interesa presentar son:

Eficiencia en potencia del circuito (rendi-miento).

Máximo valor de potencia que el circuitoes capaz de manejar.

Acoplamiento de impedancia en relacióncon el dispositivo de salida.

Con respecto al rendimiento debe ser lomayor posible para que el amplificadorentregue una señal de la máxima potenciaposible a cambio de la potencia que tomade la fuente de alimentación en forma decorriente continua.

El rendimiento esta dado por:

El rendimiento indica el valor de potenciade corriente continua de entrada que alcan-za la salida en forma de potencia decorriente alterna en la carga.

Indica también la cantidad que no alcan-za la carga y que debe disiparse en formade calor por el transistor.

El rendimiento depende del punto deoperación establecido.


Ejemplo.

La potencia de la salida del amplificadores 8W, la fuente de alimentación genera16V y el amplificador consume 1A.

Determinar cual es el rendimiento delamplificador.

La potencia de corriente continua queentra al amplificador es

P = VI = 16V x 1A =16W

por tanto, según la ecuación, se tieneque:

Este rendimiento indica que el 50% de lapotencia de corriente continua de entradaalcanza la salida en forma de potencia decorriente alterna en la carga.

Hemos visto cómo se puede llegar aconseguir una importante potencia de salida gracias a la intervención de una ovarías etapas de amplificación.

Es interesante conocer cómo interactúanestas etapas...

Acoplamiento entre etapas.

Los circuitos de media y baja potenciaadmiten básicamente tres modalidades deacoplamiento:

Acoplamiento directo.

Las diferentes etapas están enlazadasdirectamente.

Presentan una gran dificultad de diseñoya que están interrelacionados los puntosde funcionamiento de cada uno de los tran-sistores de forma que en la polarización decada uno interviene el anterior y el siguien-te.

Tienen el inconveniente adicional de queson sensibles a las derivas térmicas o decualquier otro tipo que se produzcan, queson también amplificadas, por lo tanto exi-

gen unas precauciones muy rigurosas alrealizarlos.

Su gran ventaja es que son capaces detrabajar desde frecuencia cero (corrientecontinua) lo que les hace atractivos enaquellas aplicaciones en que las variacio-nes de señal son muy lentas.

Acoplamiento RC por resistencia y con-densador.

Es uno de los métodos de acoplamientomás empleados por su efectividad aunadaa su bajo coste, mucho más que el acopla-miento directo.

En realidad, el acoplamiento entre lasetapas se efectúa por el condensador,puesto que la resistencia actúa como cargade la primera etapa.

El condensador impide que el valor detensión continua que acompaña a la señalde salida pueda saturar la base del transis-tor siguiente.

Debe ser de gran capacidad para pre-sentar la menor reactancia posible al pasode las componentes variables.

Puede utilizarse este acoplamiento enlas etapas montadas en base común y encolector común, aunque este último casono es recomendable debido a la débilpotencia que suministra a la salida.

De todos modos, no es un acoplamientoinductivo.

Una bobina en lugar de la resistenciapermite obtener un elevado rendimiento enpotencia pero atenúa las bajas frecuencias,ya que estas serían derivadas a masa a tra-vés de ella.

Acoplamiento por transformador.

Las etapas amplificadoras en las que noimporte demasiado el coste del equipo y enlas que, además del acoplo entre las mis-mas, se pretende adaptar las impedanciaspara conseguir una mayor potencia a lasalida de cada paso, recurren a la utiliza-ción de transformadores.

El transformador modifica los valores detensión y de corriente de manera que antesy después del transformador se mantiene

El Transistor


El Transistor

casi constante la potencia, adaptando ade-más los valores de tensión y corriente encada circuito.

No existirá corriente continua de polari-zación a la salida del transformador porqueeste actúa solamente para la señal quesufre variaciones con el tiempo.

Los transformadores de acoplamientodeben calcularse para una determinada fre-cuencia de trabajo o ser ajustables para asípoder adaptar en cualquier caso las impe-dancias.

Las impedancias de salida son muy ele-vadas porque la unión de colector tienepolarización inversa, en consecuencia, eltransformador tiene en estos casos menosespiras en el secundario que en el primarioporque la impedancia de entrada de estasetapas es baja comparada con la de salidadel paso anterior.

La respuesta en frecuencia no es tanbuena porque las inductancias que formanlos devanados presentan diferente oposi-ción a las distintas frecuencias.

El acoplamiento sintonizado entre eta-pas se realiza a través de un circuito reso-nante.

Por lo tanto, su ganancia será elevadapara una determinada frecuencia o margende frecuencias, bajando sensiblementefuera de esta banda.

Para el acoplamiento se utiliza un siste-ma de bobina y condensador o un transfor-mador con o sin núcleo magnético quesepara los niveles de continua, realizándo-se la sintonía con un condensador acopla-do al primario, secundario o ambos.

El transistor como oscilador.

Un oscilador se compone de cuatro par-tes fundamentales, una fuente de alimenta-ción, un amplificador, un generador deseñal y una red de alimentación.

F. de alimentación Amplificador G. deseñal.

El generador de señal se conoce con elnombre de circuito tanque, llamado así porsu capacidad de almacenar energía eléctri-ca y magnética, ya que sus componentesson tales como bobinas y condensadores.

Circuito tanque.

Si suponemos que C está inicialmentedescargado, conmutamos S1 a la posición1, por lo que circulará una corriente decarga del condensador.

Cuando C está totalmente cargador,conmutamos a la posición 2, por lo cual cir-culará una corriente de descarga a travésde L, creando un campo magnético en ésta.Cuando la corriente de descarga tiende adesaparecer, la bobina, a costa de la ener-gía almacenada en su campo magnético,induce una corriente del mismo sentido quela que lo había creado, dando como resul-tado una carga de C de polaridad opuestaa la anterior.

Al agotarse la energía del campo mag-nético nos encontramos con un condensa-dor cargado con polaridad inversa a la ini-cial; en ese momento comienza adescargarse, nuevamente, a través de Lcon una corriente de sentido inverso, repi-tiéndose el proceso anterior.

Así, se ha completado un ciclo del pro-ceso de oscilación, que seguiría, indefinida-mente, si no fuera porque la resistenciainterna de los componentes produce unapérdida de energía por efecto Joule; porello, al cabo de cada ciclo, la tensión entreextremos de C es inferior a la del ciclo ante-rior, llegando con el tiempo a desaparecer,esto se llama amortiguación.

Para reducir este efecto, en los oscilado-res de radiofrecuencia se obliga a un transis-tor que se encuentra cortado a conducirdurante un breve periodo de tiempo, consi-


guiendo así volver a reponer la energía perdi-da y que no se produzca esta amortiguación.

Existen dos modelos básicos de oscilado-res:

• Oscilador Hartley

• Oscilador Colpitts

Funcionamiento del Oscilador Hartley.

Este tipo de oscilador es muy utilizadoen receptores de radio con transistoresadaptándose con facilidad a una gran gamade frecuencias.

Para su funcionamiento este circuito uti-liza una bobina con derivación central.

Analizando el dibujo se ve que el puntode derivación D, de la bobina L1, estarápuesto a tierra para corriente alterna (a lafrecuencia de oscilación) a través del con-densador C4, lográndose de esta maneraque los extremos A y B de la bobina estén180° fuera de fase (funciona como un inver-sor).

El extremo B se realimenta a la base deltransistor a través de C1, haciendo que éste(el transistor) cambie de estado, esto a suvez cambia las polaridades en los extremosde la bobina, repitiéndose el proceso y pro-duciéndose así la oscilación.

La función de la bobina L2 es de choquede R.F. y evita que la señal del osciladorpase a la fuente de alimentación.

Analizando el funcionamiento de la bobi-na con derivación y tomando en cuenta quela conexión D (derivación central) estápuesta a tierra a través del capacitor C4 lasformas de onda en los extremos de la bobi-na serán:

La frecuencia de oscilación de este tipode oscilador está dada por:

fO = 1 / [2π x ( LC)1/2].

Notas:

• C3 puede ser un condensador variablepara ajustar la frecuencia de oscilación

• El exponente 1/2 equivale a una raízcuadrada

Funcionamiento del oscilador Colpitts.

Este tipo de oscilador es muy utilizadoen generadores de frecuencia de alta cali-dad y se usa principalmente para obtenerfrecuencia por encima de 1 Mhz.

Su estabilidad es superior a la del osci-lador Hartley.

Para poder lograr la oscilación este cir-cuito utiliza un divisor de tensión formado

El Transistor


El Transistor

por dos condensadores: C1 y C2.

De la unión de estos condensadoressale una conexión a tierra.

De esta manera la tensión en los termi-nales superior de C1 e inferior de C2 tendrávalores opuestos.

La realimentación positiva se obtiene delterminal inferior de C2 y es llevada a la basedel transistor a través de una resistencia yun condensador

La bobina L2 (choque) se utiliza para evi-tar que la señal alterna no pase a la fuenteVcc.

Este oscilador se utiliza para bandas deVHF (Very High Frecuency), frecuencias quevan de 1 Mhz a 30 Mhz.

A estas frecuencias sería muy difícil utili-zar el oscilador Hartley debido a que lasbobinas a utilizar serían muy pequeñas.

La frecuencia de oscilación de este tipode oscilador está dada por:

fO = 1 / [2π x ( LC)1/2]

Donde:

C = C1 x C2 / [C1+ C2]

L = L1

Notas:

• R1 puede ser un potenciómetro paraajustar la magnitud de la señal de la sali-da que se realimenta a la entrada.

• El exponente 1/2 equivale a una raízcuadrada.

El transistor como conmutador.

Supongamos el circuito, adecuadamentepolarizado para trabajar como conmutador.

Con el interruptor abierto, no hay inten-sidad de base, luego no puede haber Ic, porlo que el transistor no conduce, en la resis-tencia de salida no cae tensión y la Vsalserá igual al V de alimentación (10 V).

IB = 0 IC = 0 CORTE (el transistor no conduce)

Estamos en el punto 1 de la recta decarga: en la práctica si que hay una peque-ña corriente de fugas, por lo que la VSAL esun poco menor de 10 V.

Para electrónica digital no tiene mucha

importancia ese pequeño margen, por lotanto se desprecia.

Si ahora cerramos el interruptor, tendre-mos una IB fuerte, lo cual por el efecto tran-sistor provocará una gran Ic.

El transistor conduce y toda la tensiónde la malla de salida cae en la resistenciade colector, por lo que en la salida tendre-mos prácticamente 0 voltios (en realidad0,7 voltios).

Estamos en el punto 2 de la recta decarga.

Consideración…

El transistor de potencia es usado confrecuencia en funciones de conmutacióndonde se encarga de dejar pasar o no ener-gía desde una fuente eléctrica a una carga.

Interesa por tanto que su comporta-miento sea los más cercano posible al inte-


rruptor ideal lo cual implica conmutacióninstantánea, esto es tiempos de conmuta-ción despreciables y perdidas de potenciaen el transistor también nulas.

En la práctica deben considerarse (paradiferentes circuitos, diferentes cargas eléc-tricas y diferentes señales de control), lostiempos de encendido ton (tiempo quenecesita el transistor bipolar para pasar decorte a saturación) y los tiempos de apaga-do toff que es el tiempo que necesita eltransistor para pasar de saturación a corte.

Como se aprecia en la figura cada unode esos tiempos ton y toff a su vez se des-componen en: td tiempo de retardo, tr tiem-po de subida, tiempo de almacenamiento tsy tiempo de caída (las siglas vienen del iglesDelay, Rise, Storage y Fall).

Midiendo las tensiones y corrientes en eltransistor también se calculan las perdidasde potencia en los diferentes casos.

El par Darlington

En electrónica, el transistor Darlingtones un dispositivo semiconductor que com-bina dos transistores bipolares en tándem(a veces llamado par Darlington) en unúnico dispositivo.

La configuración (originalmente realiza-da con dos transistores separados) fue des-arrollada por el ingeniero de losLaboratorios Bell Sidney Darlington.

La idea de poner dos o tres transistoressobre un chip fue patentada por él, pero nola idea de poner un número arbitrario detransistores que originaría la idea modernade circuito integrado.

Esta configuración sirve para que el dis-positivo sea capaz de proporcionar unagran ganancia de corriente (parámetro _ deltransistor) y, al poder estar todo integrado,requiere menos espacio que dos transisto-res normales en la misma configuración.

La ganancia total del Darlington es elproducto de la ganancia de los transistoresindividuales.

Un dispositivo típico tiene una gananciaen corriente de 1000 o superior.

También tiene un mayor desplazamientode fase en altas frecuencias que un únicotransistor, de ahí que pueda convertirsefácilmente en inestable.

La tensión base-emisor también esmayor, siendo la suma de ambas tensionesbase-emisor, y para transistores de silicioes superior a 1,2V.

El Transistor


Parámetro Descripción

Tiempo transcurrido desde el 90% IB hasta que reacciona al 10%IC. Es lo que tarda en cargarse la base para hacer reaccionar lacorriente de colector. (time delaying)

Tiempo de subida desde 10% IC hasta el 90% IC. (time rise)

Tiempo de encendido del transistor, es la suma de tr más td.

Tiempo que le lleva llegar al 90% IC comenzando desde la caída al90% IB. Es el tiempo que tarda en vaciarse las cargas almacena-das en la base. (time storing)

Tiempo de bajada desde el 90% IC hasta el 10% IC. (time fall)

Tiempo de apagado del transistor, es la suma de ts más tf

tD

tR

tON

tS

tF

tOFF

El Transistor

La beta de un transistor o par Darlingtonse halla multiplicando las de los transistoresindividuales.

La intensidad del colector se halla multi-plicando la intensidad de la base por la betatotal.

ß=ß1·ß2

IC = IB·ß

Relés

Son interruptores controlados por unapequeña corriente eléctrica.

Según el tipo relé puede ser energizadocon una corriente muy pequeña, por lo quepueden ser disparados directamente por eltransistor.

(Asegurarse que no se sobrepasen los 8miliamperios y que está conectado el diodode protección.)

Los circuitos que el relé active dispon-drán de una fuente de alimentación separa-da del circuito del transistor, entregando lacorriente necesaria para el funcionamientodel dispositivo a controlar.

Ahora… ¡Vamos al laboratorio!

Polarización fija con resistencia de emisor.


Con la intención de fijar las ideas,nada mejor que ponerlas en prac-tica.

Los montajes que aparecen a con-tinuación nos van a acercar más alconocimiento de los fenómenosdescritos.

Obtención del punto Q:

Ecuación de corrientes:

IE = IC+IBMalla de colector:

VCC-VCE = ICRC+(IC+IB)RE

Malla de base:

VCC-VBE = IBRB+(IC+IB)RE

Ecuación del transistor:

IC = ßIB (suponemos ß = 120)

De la malla de base:

IB = 38,87 microamperios.

De la ecuación del transistor:

IC = 4,58 miliamperios.

De la malla de colector:

VCE = 5,42 voltios.

Polarización por realimentación decolector.




VCC-VCE = IR+(IC+IB)RE (R = 810 Ω)

Malla de base:

VCC-VBE = IR+IBRB+(IC+IB)RE


IC = ßIB (suponemos ß = 110)




IC = 4,58 miliamperios


VCE = 4,95 voltios.

Estabilización por resistencia de emisor(RE) y polarización por divisor de tensiónen base (autopolarización).

El mecanismo eléctrico de este circuitoes muy eficaz y se desarrolla del siguientemodo:

Si suponemos un aumento de IC, lacaída de tensión en RE aumenta y contra-rresta el aumento de la corriente Ic porquese produce un descenso en la tensión depolarización de base VBE.

R1 y R2 son las resistencias que hacenvariar el punto de trabajo Q y consecuente-mente la zona de trabajo.

El Transistor


El Transistor




VCC-VCE = ICRC+(IC+IB)RE

Ecuación de tensión en base:

VBB = VCC R2/ (R1+R2) ;

RB = R1R2/ (R1+R2)

Malla de base:

VBB-VBE = IBRB+(IC+IB)RE


IC = ß IB (suponemos ß = 110)




IC = 5,31 miliamperios


VCE = 5 voltios.

Amplificación

Una vez polarizado el transistor para quetrabaje en una zona determinada, introduci-remos una señal alterna en su entrada paraamplificarla.

La amplificación consiste en aumentar laamplitud de una señal eléctrica, por tantoen la salida del amplificador tendremos unaseñal idéntica a la de la entrada pero demayor amplitud.

Dependiendo de donde se sitúe el puntode trabajo Q tendremos los siguientes tiposde amplificadores:

Amplificador en clase A: El punto detrabajo está situado en la zona activa.

Amplificador en clase B: El punto detrabajo se sitúa en el límite de la zona activa.

Sólo amplifican el semiciclo positivo dela señal de entrada, por lo cual se necesita-rán dos transistores para amplificar ambossemiciclos (positivo y negativo).

Amplificador en clase AB: El punto detrabajo está situado en la parte más baja dela zona de conducción.

Amplificador en clase C: El punto detrabajo se sitúa en la zona de corte.

También aquí se necesitan dos transisto-res.

Si atendemos a la magnitud a amplificarpodemos también hacer la siguiente clasifi-cación:

• Amplificador de tensión.

• Amplificador de corriente.

• Amplificador de potencia.

• Amplificador de continúa.

• Amplificador de baja frecuencia.

• Amplificador de alta frecuencia.

• Amplificador de vídeo frecuencia.

Nos centraremos exclusivamente en losamplificadores de tensión clase A.

Amplificador en emisor común.

Al circuito ya polarizado en zona activase le ha conectado un condensador en laentrada y otro en la salida (condensadoresde acoplo).

De este modo se impide el paso de lacorriente continua procedente de ó haciaotra etapa anterior ó posterior respectiva-mente.

El condensador en paralelo con la resis-tencia de emisor (condensador de desaco-plo) evita la disminución de la ganancia


debida a la presencia de la resistencia deemisor, que es necesaria para evitar la ava-lancha térmica.

En la base se aplica una señal de entra-da senoidal de 10 mV (Ve = 10 mV), obte-niéndose en el colector la señal de salida,también senoidal, de amplitud 1V (Vs = 1V);la ganancia es de 100, pues Gv = Vs/Ve =1000 mV/10 mV = 100.

Tanto la ganancia de tensión como deintensidad son de valor medio, siendo laimpedancia de entrada pequeña y la impe-dancia de salida media.

Debido a las características de susganancias, su aplicación más común escomo amplificador de medias y bajas fre-cuencias, y como la diferencia entre lasimpedancias no es muy elevada se puedeemplear como amplificador de varias eta-pas ya que permite un relativo buen acoploentre ellas.

Amplificador en base común.

También como en el caso del emisorcomún el circuito lleva los condensadoresde acoplo y desacoplo.

Aquí la entrada es por el emisor y la sali-da se obtiene en el colector.

Con Ve = 10 mV se obtiene 1 voltio y laganancia de tensión será de 100.

En este tipo de disposición, la gananciade tensión es elevada (normalmente másgrande que en caso del emisor común), sinembargo la ganancia de corriente es menor(aunque próxima) o igual a la unidad.

La impedancia de entrada es pequeña yla de salida grande. Su aplicación máscomún es como amplificador en altas fre-cuencias.

Amplificador en colector común.

La señal a amplificar va conectada a labase del transistor y la salida se toma en elemisor.

El Transistor


El Transistor

En nuestro circuito VE = 1V, VS = 1V, con-secuentemente la ganancia de tensión seráGV = 1.

La ganancia de tensión es menor o iguala uno, la ganancia de corriente es alta, laimpedancia de entrada es alta y la de salidabaja.

Debido a las características de susimpedancias, su aplicación típica es comoadaptador de impedancias.

Amplificadores de salida.

Los amplificadores de salida, tambiéndenominados de potencia, tienen comomisión entregar a la carga una señal depotencia grande con la mínima distorsión yel máximo rendimiento.

La impedancia de salida ha de serpequeña puesto que la carga suele ser unaltavoz (4 u 8 ohmios); así pues, estosamplificadores suelen ser en colectorcomún ya que su ganancia de intensidad esmuy elevada y esto hace que la intensidadde salida sea grande, lo suficiente comopara mover la membrana del altavoz.

Existen diversos montajes tales comoamplificador en emisor común con acoplode salida mediante transformador, amplifi-cador con salida en push-pull y amplifica-dor con salida en simetría complementaria,en el que nos centraremos a continuación.

Amplificador con salida en simetríacomplementaria

El circuito consta de dos transistores decaracterísticas idénticas pero de diferentetipo, uno PNP y otro NPN (de aquí su nom-bre de complementario).

Están polarizados en clase B por lo quecada transistor conducirá en semiciclosopuestos de la señal de entrada.

Como se puede observar en el oscilos-copio, la señal de salida presenta una dis-torsión llamada distorsión de cruce.

Esta distorsión es un tipo más de las quepuede haber en cualquier circuito electróni-co, siendo las más comunes (y todas ellasindeseables) las de frecuencia, fase oamplitud.


La distorsión de cruce se produce por-que al estar polarizado en clase B (muycerca de la zona de corte) los transistoresno empiezan a conducir hasta que haya unatensión de unos 0,6 voltios entre base yemisor.

Para evitar esta distorsión se polariza alos transistores en clase AB mediante elaumento del valor de la resistencia R1, odisponiendo dos diodos en serie tal comopodemos apreciar en el circuito siguiente;así se produce una caída de tensión igual ala umbral de las uniones base emisor de lostransistores, por lo que la distorsión decruce desaparece (ver señal en el oscilos-copio).

El transistor en conmutación.

Anteriormente hemos descrito los esta-dos del transistor (corte, activa y satura-ción) y las configuraciones.

Sin embargo, en una parte de laElectrónica (la electrónica digital) no impor-tan los valores de tensión exactos, sinosolamente los estados alto o bajo (existatensión o no exista tensión).

Estos estados ocurren cuando el transis-

tor está en corte o en saturación, y el cam-bio de un estado a otro se denomina con-mutación.

La señal de entrada es una señal cua-drada que varía de 0 a 5 voltios.

Cuando lleguen los 5 voltios el transistorentra en saturación, con lo cual la tensiónen la salida será muy próxima a cero.

Aquí ya no se cumple que IC = ßIB, puesaunque aumente la corriente de base noaumenta la corriente de colector.

En el circuito tenemos:

ISAT = VCC/RC = 5V/620 = 8,06 µA. IBSATMÍN = ICSAT/ß

aquí estamos en el límite entre activa ysaturación.

IBSATMÍN = ICSAT/ß = 8,06µA/120 = 67,20 µA.

Para garantizar la saturación,

IBSAT>3IBSATMÍN-->IBSAT>3x67, 20 = 201,60 µA. RBMÁX = (VE-VBE)/IBMÍN = (5-0,6)/201,60 = 21 kΩ

Cuando la señal de entrada tenga el valorde cero voltios, el transistor entrará en cortey la tensión de la señal de salida será iguala la tensión de alimentación

5 voltios ---> VCE = VCC = 5 V.

Ciertos circuitos utilizan el transistor enconmutación, como son los denominadosmultivibradores u osciladores de señal nosenoidal.

El Transistor


El Transistor

Podemos distinguir tres tipos:

• Multivibrador astable.

• Multivibrador monoestable.

• Multivibrador biestable.

Multivibrador astable.

Este circuito es capaz de generar por sísolo una señal cuadrada a su salida.

El circuito es totalmente simétrico y estáconstituido por dos transistores que cuan-do uno está en corte, el otro está en satura-ción y viceversa.

Presenta dos estados inestables puesen ninguno de ellos permanece indefinida-mente. Este circuito no necesita ningúntipo de pulso (disparo) para que empiece afuncionar, pues lo hace de forma automáti-ca debido a la carga y descarga de los con-densadores.

Al conectar la alimentación, aunque lostransistores sean del mismo tipo y denomi-nación siempre habrá una ligera variaciónentre ellos y uno de ellos empezará a con-ducir antes que el otro.

Si, por ejemplo, suponemos quecomienza a conducir antes el transistor T1,éste entrará en saturación y T2 en corte y sitomamos la salida por ejemplo en el colec-tor de T2 tendremos VCC.

C1 se irá cargando a través de R4 y de latensión base emisor de T1 (C2 ya estabacargado), así que mientras C1 se va cargan-do, C2 empieza a descargarse por medio deR2 y la tensión colector emisor de T1.

Esto hace que T1 pase al corte (circuitoabierto) y T2 a saturación (cortocircuito) y ensalida tendremos tensión nula.

En este momento C2 empezará a cargar-se por medio de R2 y tensión base emisor deT2 mientras que C1 se descarga a través deR3 y tensión colector emisor de T2.

Este proceso se repetirá indefinidamente.

El tiempo en que la señal está a nivel altoviene determinado por el tiempo que tardaen descargarse C1:

t1 = 0,69 R3 C1.

El tiempo en que la señal está a nivelbajo corresponderá a la descarga de C2:

t2 = 0,69 R2 C2.

Como puede observarse en el oscilos-copio, la tensión de salida no es exacta-mente rectangular, y ello se debe a la cargade los condensadores a través de R1 y R4.

Para evitar este inconveniente se recurreal circuito denominado astable mejorado,que consta de dos diodos y dos resisten-cias más.

C1 se carga a través de R5 y VBE1, des-cargándose por R4, el diodo y VCE2.

C2 se carga por R2 y VBE2, y se descar-ga a través de R3, el otro diodo y VCE1.


El tiempo a nivel alto será:

t1 = 0,69 R4 C1.

El tiempo a nivel bajo será:

t2 = 0,69 R3 C2.

Multivibrador monoestable

Presenta un estado estable y otro mono-estable.

En nuestro circuito el estado estable secorresponde con el nivel bajo de tensión (T1cortado, T2 saturado) y ahí permaneceráindefinidamente hasta que le introduzca-mos un pulso de disparo para que cambie,y al cambiar pasará al estado inestablecaracterizado por el nivel alto de tensión (T1saturado, T2 cortado) permaneciendo untiempo determinado por la descarga de C1:t = 0,69 R2 C1.

Al aplicar la alimentación al circuito, T2permanece en saturación y T1 en corte, latensión de salida es cero y el condensadorC1 se habrá cargado por R1 y VBE2 perma-neciendo así indefinidamente a menos quese aplique un pulso a la base de T1. Conello se consigue que T1 pase a saturación yT2 a corte y que la tensión alcance un nivelalto en el que permanecerá hasta que C1 sedescargue a través de R2 y VCE1 haciendoque T1 vuelva al corte y T2 a la saturación.

Multivibrador biestable

Este circuito tiene dos estados estables,permaneciendo indefinidamente en cual-quiera de ellos a menos que se introduzcansendos impulsos de disparo a las bases delos transistores para que se produzca elcambio de corte a saturación y viceversa.

El Transistor


Un símil electromecánico del multi-vibrador biestable es el típico tele-rruptor que se utiliza en los circuitosde vivienda.

Recordemos…

Le damos un empujoncito a la tecladel pulsador y la luz se enciende (unestado) y así puede permanecerindefinidamente, hasta que otra pul-sación apaga la luz (el otro estado).

El tiempo de permanencia encada estado dependerá de la fre-cuencia (en realidad, de su inver-sa) de la señal de disparo.

El Transistor

Como Identificar Transistores.

Ya sabemos que un transistor estáconstituido por una estructura formada portres regiones semiconductoras alternadasNPN o PNP en un cristal único.

En cada una de estas regiones seencuentra un terminal que corresponder ala Base, Colector y Emisor, designadas porlas letras, B, C y E.

En la práctica, los transistores son dife-rentes no sólo en lo que se refiere a lamanera como las tres regiones semicon-ductoras están dispuestas, sino también asu envoltorio o parte externa.

Si el transistor va a operar con corrienteselevadas, las regiones semiconductorasprecisan una mayor superficie para no serdañadas por esos aumentos de corriente.

A su vez, si el transistor va a operar conseñales de alta frecuencia, la región debase específicamente, deben de ser másfina, para que la corriente pueda circularpor ella rápidamente.

En los montajes que no sean muy críti-cos, las características de los transistoresusados no es necesario que sean muy rigu-rosas.

En principio, un tipo de la misma familiasirve.

Por ejemplo, cuando se cita en un mon-taje un transistor de silicio de uso general,podemos usar no sólo el BC237, sino tam-bién alguno de su familia, como el BC238,BC547 o el BC548, así como una infinidadde tipos cuyas características son semejan-tes.

Respecto a su denominación y valiéndo-nos de las letras de orden grabadas en sucarcasa, podemos deducir:

• Transistores que comienzan por BC, sonde uso general y de silicio.

• Transistores que comienzan por AC, sonde uso general y de germanio.

• Transistores que comienzan por BF, sonpara uso en RF y de silicio.

• Transistores que comienzan por AF,como los anteriores, pero de germanio.

• Transistores que comienzan por AD, sonde germanio y para etapas de potencia.

• Transistores que comienzan por BD, depotencia pero de silicio.

• Transistores con nomenclatura 2N, sonde procedencia americana.

• Transistores con denominación 2SB,germanio, uso general y son japoneses.

• Transistores 2SC son de silicio uso enRF y uso general en Japón.

• Transistores 2SD son de potencia.

Si tenemos en cuenta que un transistorse puede comparar como dos diodos:

a) Entre colector y emisor debemos medirsiempre una resistencia muy elevada.

b) Entre base y emisor, o entre base ycolector, en un sentido debemos medirbaja resistencia y en otro elevada,dependiendo de que el transistor seaNPN o PNP, ya que en este caso lo quehacemos es polarizar los diodos directae inversamente.

Transistores de uso general (NPN o PNP)de baja potencia.

En estos transistores, el material de lapatilla semiconductora que le da su nombrepuede ser de silicio o de germanio, y depequeñas dimensiones.

Están proyectados para amplificar seña-les de baja frecuencia (audio) y aparecen enla salida de audio de aparatos de radio, gra-badores y pequeños amplificadores.

Los japoneses, suelen usar la denomina-ción 2SB75, 2SB54, 2SC170, etc., y lostipos americanos, así como de otras fami-lias, comienzan siempre con la denomina-ción 2N.

Transistores de RF.

Estos transistores son de reducidadimensiones, ya que trabajan con señalesdébiles y de alta frecuencia.

En cuanto a su denominación así comolos anteriores de silicio comienzan con lasletras BC (código europeo), estos comien-zan con las iniciales BF.


Asimismo, los tipos más conocidos deesta familia son los BF494, BF254 y BF495.

Transistores de potencia.

Estos transistores están dotados de unacarcasa de grandes dimensiones, pudiendoser tanto se silicio como de germanio.

Los grandes transistores de carcasametálica como el 2N3055 o el AD149 utili-zan la propia carcasa como uno de los ter-minales, correspondiendo en este caso alColector. Cuando esto es así, si colocamoseste componente sobre un radiador paraque disipe el calor que se produce en él,puede existir contacto eléctrico entre elradiador y el colector.

En este caso se coloca un aislante quesuele ser una lámina de mica entre transis-tor y radiador.

Los transistores de potencia con carca-sa de plástico, normalmente, el terminal delcentro corresponde al colector (C).

Encapsulados para transistores

Dependiendo de la polaridad empleadapara la comprobación así será el tipo detransistor, esto es, PNP o NPN.

Pero, aparte de la identificación de pati-llas, también está pendiente un tema tantoo más peliagudo que este: la identificaciónde un transistor debido al gran número deencapsulados existentes.

En la ilustración correspondiente pode-mos ver diferentes tipos de encapsuladosutilizados para contener transistores, biensean estos de tipo PNP ó NPN.

Además de los transistores existen otroscomponentes que pueden responder a untipo similar, por no decir idéntico, de encap-sulado.

Conviene que siempre nos aseguremosde la nomenclatura que corresponde acada tipo de componente y comprobemosla identificación que figura en dicho encap-sulado.

Por ejemplo, los componentes que obser-vamos en la ilustración parecen de idénticotipo - poseen el mismo encapsulado- y, sinembargo, uno de ellos es un transistor, otro

es un triac y el tercero un regulador integra-do (dispositivo, por cierto, de suma utili-dad).

Una herramienta utilísima para la identi-ficación de los diferentes tipos de transisto-res (también para otro tipo de componenteselectrónicos) es el conocido popularmentecomo libro de equivalencias.

En el mercado existe bibliografía sufi-ciente sobre todo tipo de familias que inclu-ye normalmente las características de cadauno de los transistores, dibujo de su encap-sulado y tabla para la identificación de cadapatilla.

Antes de acabar con el tema de encap-sulados hemos de indicar que los diferentestipos y tamaños de encapsulados no obe-decen a determinado capricho del fabrican-te. Normalmente el encapsulado de tipoplástico es muy barato y apropiado en tran-sistores cuyas funciones permitan dichoacabado.

Pero los transistores también están suje-tos a un determinado paso de corriente através de ellos lo que se traduce, como eslógico, en una disipación térmica de lapotencia consumida.

Para ayudar a esta disipación se optapor fabricar transistores en cápsulas demayor tamaño, en fabricar estas en materialmetálico (de más alto poder disipador), o endotar a los transistores de la posibilidad deañadirles posteriormente un método dedisipación.

Cabe mencionar aquí estos dispositivos,aunque hay un capítulo dedicado a ellos.

El Transistor


El Transistor

Su denominación es la de disipadores.

Existen en el mercado multitud demodelos de disipadores y sus dimensionesestán calculadas en función de la potenciaque deban disipar estos.

La forma en que los transistores se pre-paran para utilizar un disipador es incorpo-rando una aleta refrigeradora así se la sueledenominar de forma coloquial- que suele irdotada de un agujero que la atraviesa departe a parte.

En este orificio se colocará el tornillo quese fijará posteriormente a través del disipa-dor.

Los diferentes modelos y tamaños de losdispositivos electrónicos responden a lasdiferentes potencias manejadas.

No solo los transistores utilizan disipa-dores.

Por ejemplo, el encapsulado TO-220incorpora una aleta de este tipo, por lo quepodemos deducir que un mismo modelo ytamaño de disipador podrá ser fijado a laaleta de un regulador, un transistor, un triac,un tiristor, etc.

Verificación de los transistores.

Empezamos por comprobar un diodo.

Hoy en día existen multímetros digitalesque permiten probar con mucha facilidadun diodo, pues ya vienen con esta alterna-tiva listos de fábrica.

El caso que se presenta aquí es el méto-do típico de medición de un diodo con untester analógico (el que tiene una aguja).

Para empezar, se coloca el selector paramedir resistencias (ohmios /Ω), sin importarde momento la escala.

Se realizan las dos pruebas siguientes:

Se coloca el cable de color rojo en elánodo de diodo (el lado de diodo que notiene la franja) y el cable de color negro enel cátodo (este lado tiene la franja), el pro-pósito es que el multímetro inyecte unacorriente continua en el diodo (esto es loque hace cuando mide resistencias).

Si la resistencia que se lee es baja indicaque el diodo, cuando está polarizado endirecto funciona bien y circula corriente através de él (como debe de ser).

Si esta resistencia es muy alta, puedeser síntoma de que el diodo está abierto ytenga que ser reemplazado.

Se coloca el cable de color rojo en elcátodo y el cable negro en el ánodo.

En este caso como en anterior el propó-sito es hacer circular corriente a través deldiodo, pero ahora en sentido opuesto a laflecha de este.

Si la resistencia leída es muy alta, estonos indica que el diodo se comporta comose esperaba, pues un diodo polarizado eninverso casi no conduce corriente.

Si esta resistencia es muy baja podríasignificar que el diodo esta en corto y tengaque ser reemplazado.

Nota:

• El cable rojo debe ir conectado al termi-nal del mismo color en el multímetro.

• El cable negro debe ir conectado al ter-minal del mismo color en el multímetro(el común)


Como probar un transistor

Para probar transistores bipolares hayque analizar un circuito equivalente de éste,en el que se puede utilizar lo aprendido alprobar diodos.

Ver la siguiente figura.

Se ve que los circuitos equivalentes delos transistores bipolares NPN y PNP estáncompuestos por diodos y se sigue la mismatécnica que probar diodos comunes.

La prueba se realiza entre el terminal dela base (B) y el terminal E y C.

Los métodos a seguir en el transistorNPN y PNP son opuestos.

Al igual que con el diodo, si uno de estosdiodos equivalentes del transistor no fun-cionan cono se espera hay que cambiar eltransistor.

Nota:

• Aunque este método es fiable (99 % delos casos), hay casos en que, por lascaracterísticas del diodo o el transistor,esto no se cumple.

Cuando seleccionamos un transistortendremos que conocer el tipo de encapsu-lado, así como el esquema de identificaciónde los terminales.

También tendremos que conocer unaserie de valores máximos de tensiones,corrientes y potencias que no debemossobrepasar para no destruir el dispositivo.

El parámetro de la potencia disipada porel transistor es especialmente crítico con la

temperatura, de modo que esta potenciadisminuye a medida que crece el valor de latemperatura, siendo a veces necesaria lainstalación de un radiador o aleta refrigera-dora.

Todos estos valores críticos los propor-cionan los fabricantes en las hojas decaracterísticas de los distintos dispositivos.

Una forma bastante rápida de identificarun transistor NPN o PNP es mediante unpolímetro buscando en él un zócalo con laserigrafía hFE, localizaremos unos orificiospara insertar el transistor, tanto para unNPN como para el PNP. Ver figuras.

Para obtener la medida de la gananciaes necesario insertarlo en su orificio apro-piado, con lo que queda determinado si esun NPN o un PNP.

Aplicaciones de los transistores.

Los transistores tienen multitud de apli-caciones, entre las que se encuentran:

• Amplificación de todo tipo (radio, televi-sión, instrumentación).

• Generación de señal (osciladores, gene-radores de ondas, emisión de radiofre-cuencia).

• Conmutación, actuando de interruptores(control de relés, fuentes de alimenta-ción conmutadas, control de lámparas,modulación por anchura de impulsosPWM).

• Detección de radiación luminosa (foto-transistores). Como no los hemos men-cionado vamos a hablar de ellos:

El Transistor


El Transistor

Fototransistores.

Los fototransistores no son muy diferen-tes de un transistor normal, es decir, estáncompuestos por el mismo material semi-conductor, tienen dos uniones y las mismastres conexiones externas: colector, base yemisor.

Por supuesto, siendo un elemento sensi-ble a la luz, la primera diferencia evidente esen su cápsula, que posee una ventana o estotalmente transparente, para dejar que laluz llegue hasta las uniones de la pastillasemiconductora y produzca el efecto fotoe-léctrico.

Teniendo las mismas características deun transistor normal, es posible regular sucorriente de colector por medio de lacorriente de base.

Y también, dentro de sus característicasde elemento optoelectrónico, el fototransis-tor conduce más o menos corriente decolector cuando incide más o menos luzsobre sus uniones.

Los dos modos de regulación de lacorriente de colector se pueden utilizar enforma simultánea.

Si bien es común que la conexión debase de los fototransistores no se utilice, eincluso que no se la conecte o ni siquieravenga de fábrica, a veces se aplica a ellauna corriente que estabiliza el funciona-miento del transistor dentro de cierta gamadeseada, o lo hace un poco más sensiblecuando se debe detectar una luz muy débil.

Esta corriente de estabilización (llamadabias, en inglés) cumple con las mismasreglas de cualquier transistor, es decir, ten-drá una relación de amplificación determi-nada por la ganancia típica de corriente, ohFE.

A esta corriente prefijada se le suman lasvariaciones producidas por los cambios enla luz que incide sobre el fototransistor.

Los fototransistores, al igual que losfotodiodos, tienen un tiempo de respuestamuy corto, es decir que pueden respondera variaciones muy rápidas en la luz.

Debido a que existe un factor de amplifi-cación de por medio, el fototransistor entre-ga variaciones mucho mayores de corrienteeléctrica en respuesta a las variaciones enla intensidad de la luz.

Encapsulados de transistores y otrossemiconductores.

Ahora vamos a ver lostransistores por fuera.

Están encapsulados dediferentes formas y tamaños,dependiendo de la funciónque vayan a desempeñar.

Hay varios encapsulados de tipo están-dar y cada encapsulado tiene una asigna-ción de terminales que puede consultarseen un catálogo general de transistores.

Independientemente de la cápsula quetengan, todos los transistores tienen impre-so sobre su cuerpo sus datos, es decir, lareferencia que indica el modelo de transis-tor.

Por ejemplo, en los dos transistoresmostrados se observa la referencia MC140.

Los transistores bipolares, triacs, tiristo-res, y otros tipos vienen en muchas pre-sentaciones o encapsulados y estos vienenligado al tipo de aplicación en que se les vaa utilizar.


Diversos tipos de fototransistores

Cada uno tiene impreso en el cuerpo eltipo de transistor que es, siendo así muyfácil poder encontrar sus característicastécnicas en un manual como el ECG o NTE.

En estos manuales también se puedenencontrar transistores de característicassimilares o muy parecidas a los que se losllama equivalentes.

Entre los encapsulados están: (hay más)

TO-92:

Este transistor pequeño es muy utiliza-do para la amplificación de pequeñas seña-les.

La asignación de patitas (emisor - base- colector) no está estandarizado, por loque es necesario a veces recurrir a losmanuales de equivalencias para obtenerestos datos.

TO-18:

Es un poco más grande que el encapsu-lado TO-92, pero es metálico.

En la carcasa hay un pequeño salienteque indica que la patita más cercana es elemisor. Para saber la configuración de pati-tas es necesario a veces recurrir a losmanuales de equivalencias.

TO-39:

Tiene le mismo aspecto que el TO-18,pero es mas grande. Al igual que el anteriortiene una saliente que indica la cercanía delemisor, pero también tiene la patita delcolector pegado a la carcasa, para efectosde disipación de calor.

TO-126:

Se utiliza mucho en aplicaciones depequeña a mediana potencia.

Puede o no utilizar disipador dependien-do de la aplicación en que se esté utilizan-do. Se fija al disipador por medio de un tor-nillo aislado en el centro del transistor.

Se debe utilizar una mica aislante

El Transistor


TO-92. Cápsula miniatu-ra. Se utiliza en transisto-res de pequeña señal.Tienen un tamaño bas-tante pequeño.

Cápsula TO-18. Seutiliza en transistoresde pequeña señal.Su cuerpo está for-mado por una carca-sa metálica que tieneun saliente que indi-ca el terminal delEmisor.

Cápsula TO-92. Es muyutilizada en transistoresde pequeña señal.

En el centro vemos laasignación de terminalesen algunos modelos detransistores, vistos desdeabajo.

Abajo vemos dos transis-tores de este tipo monta-dos sobre una placa decircuito impreso. Nótesela indicación "TR5" de laserigrafía, que indica queen ese lugar va montadoel transistor número 5 delcircuito, de acuerdo alesquema.

El Transistor

El TO-220:

Este encapsulado se utiliza en aplica-ciones en que se deba de disipar potenciaalgo menor que con el encapsulado TO-3, yal igual que el TO-126 debe utilizar unamica aislante si va a utilizar disipador, fijadopor un tornillo debidamente aislado.

El TO-3:

Este encapsulado se utiliza en transisto-res de gran potencia.

Como se puede ver en el gráfico es degran tamaño debido a que tiene que disiparbastante calor.

Está fabricado de metal y esmuy normal ponerle un disipa-dor para liberar la energía queeste genera en calor.

Este disipador no debe estar en contac-to directo con el cuerpo del transistor, pueseste estaría conectado directamente alcolector del transistor.

Para evitarlo se pone una mica para quesirva de aislante y a la vez de buen conduc-tor térmico.

El disipador de fija al transistor conayuda de tornillos adecuadamente aisladosque se introducen el los orificios que estostienen.

En el transistor con encapsulado TO-3 elcolector esta directamente conectado alcuerpo del mismo (carcasa), pudiendoverse que sólo tiene dos pines o patitas.

Estas patitas no están en el centro deltransistor sino que ligeramente a un lado ysi se pone el transistor como se muestra enla figura, al lado izquierdo estará el emisor yla derecha la base.


Cápsula TO-126. Se uti-liza en transistores depotencia reducida, a losque no resulta general-mente necesario colo-carles radiador.

Arriba a la izquierdavemos la asignación determinales de un transis-tor BJT y de un Tiristor.

Abajo vemos dos transis-tores que tienen estacápsula colocados sobrepequeños radiadores dealuminio y fijados con sutornillo correspondiente.

Cápsula TO-220. Se uti-liza para transistores demenos potencia, parareguladores de tensiónen fuentes de alimenta-ción y para tiristores ytriacs de baja potencia.

Generalmente necesitanun radiador de aluminio,aunque a veces no esnecesario, si la potenciaque van a disipar esreducida.

Abajo vemos la forma decolocarle el radiador y eltornillo de sujeción. Sesuele colocar una micaaislante entre el transis-tor y el radiador, asícomo un separador deplástico para el tornillo,ya que la parte metálicaestá conectada al termi-nal central y a veces nointeresa que entre encontacto eléctrico con elradiador.

Cápsula TO-3. Se utiliza paratransistores de gran potencia, quesiempre suelen llevar un radiadorde aluminio que ayuda a disipar lapotencia que se genera en él.

Arriba a la izquierda vemos su dis-tribución de terminales, obser-vando que el colector es el chasisdel transistor. Nótese que losotros terminales no están a lamisma distancia de los dos aguje-ros.

A la derecha vemos la forma decolocarlo sobre un radiador, consus tornillos y la mica aislante. Lafunción de la mica es la de aislan-te eléctrico y a la vez conductortérmico. De esta forma, el colec-tor del transistor no está en con-tacto eléctrico con el radiador.

Precios de transistores.

Teniendo, tal vez, la idea de que estoscomponentes puedan tener un precio exce-sivamente alto vamos a presentar una tabladonde aparece una oferta de transistoresde distintas potencias, para situarnos unpoco más en este mundillo.

Transistores de pequeña señal

2N2219 NPN TO-92 0, 46 €

2N2222 NPN TO-92 0, 49 €

2N2907 PNP TO-18 0, 36 €

2N4401 NPN TO-92 0, 10 €

2N2906 PNP TO-18 0, 44 €

2N3563 NPN TO-92 0, 22 €

2N3904 NPN TO-92 0, 13 €

2N3906 PNP TO-92 0, 13 €

2N4403 PNP TO-92 0, 10 €

2N5401 PNP TO-92 0, 10 €

BC169 NPN TO-92B 0, 45 €

BC327 PNP TO-92 0, 10 €

BC337 NPN TO-92 0, 18 €

BC338 NPN TO-92 0, 11 €

BC546 NPN TO-92 0, 09 €

BC547 NPN TO-92 0, 10 €

BC548 NPN TO-92 0, 10 €

BC549 NPN TO-92 0, 09 €

BC550 NPN TO-92 0, 39 €

BC556 PNP TO-92 0, 09 €

BC557 PNP TO-92 0, 10 €

BC558 PNP TO-92 0, 09 €

BC807 SMD-PNP SOT-23 0, 09 €

BC817 SMD-NPN SOT-23 0, 09 €

BC848 SMD-NPN SOT-23 0, 10 €

Transistores de pequeña potencia

2N1711 NPN TO-39 0, 59 €

2N2369 NPN TO-18 0, 41 €

2N2905 PNP TO-39 0, 63 €

2N2907 PNP TO-39 0, 36 €

2N3053 NPN TO-39 0, 34 €

BC107 NPN TO-18 0, 45 €

BC108 NPN TO-18 0, 45 €

BC109 NPN TO-18 0, 45 €

BC140 NPN TO-39 0, 55 €

BC237 NPN TO-92 0, 18 €

BC238 NPN TO-92 0, 10 €

BC239 NPN TO-92 0, 18 €

BC307 PNP TO-92 0, 08 €

BC516 PNP TO-92 0, 12 €

BC517 NPN TO-92 0, 09 €

BC635 NPN TO-92 0, 11 €

BC636 PNP TO-92 0, 16 €

BC638 PNP TO-92 0, 16 €

BC640 PNP TO-92 0, 09 €

BD135 NPN TO-126 0, 27 €

BD137 NPN TO-126 0, 24 €

BD139 NPN TO-126 0, 27 €

BD140 PNP TO-126 0, 25 €

BCR119 SMD-NPN SOT363 0, 43 €

Transistores de potencia

2N3055 NPN TO-3 0, 93 €

2N5885 NPN TO-3 2, 27 €

2N5886 NPN TO-3 2, 27 €

2SD1548 NPN TO-3P(H) 1, 41 €

BD241 NPN TO-220 0, 43 €

BD242 PNP TO-220 0, 44 €

BD243 PNP TO-220 0, 48 €

BD245 NPN SOT-93 1, 83 €

BD249 NPN TO-247 (3) 1, 89 €

BD250 PNP TO-247 (3) 1, 90 €

BD677 NPN SOT-32 0, 29 €

BD680 PNP SOT-32 0, 31 €

BDX33C NPN TO-220 0, 41 €

MJE340 NPN TO-126 0, 32 €

MJE350 PNP TO-126 0, 66 €

MPSA42 NPN TO-92 0, 06 €

TIC3055 NPN TO-220 0, 78 €

TIP110 NPN TO-220 0, 62 €

El Transistor


El Transistor

TIP120 NPN TO-220 0, 37 €

TIP122 NPN TO-220 0, 26 €

TIP142 NPN TO-3P 1, 26 €

TIP2955 PNP CASE-340D 1, 07 €

TIP3055 NPN CASE-340D 0, 94 €

TIP31 NPN TO220 0, 39 €

TIP32 PNP TO220 0, 39 €

Transistores de Efecto de Campo(mos-fet)

2N3819 FET CANAL N TO-92 0, 67 €

2N4393 FET CANAL N TO-18 2, 27 €

2N7000 FET CANAL N TO-92 0, 24 €

2SK1341 CANAL-N TO-3P 3, 35 €

BF245A FET CANAL N TO-92 0, 37 €

BF245B FET CANAL N TO-92 0, 39 €

BS170 CANAL-N TO-92 0, 14 €

BS250 CANAL-P TO-92 0, 46 €

BUZ11 CANAL-N TO-220 0, 82 €

BUZ90 CANAL-N TO-220 1, 23 €

BUZ91A CANAL-N TO-220 1, 45 €

IRF1310N Power MOSFET TO-220 1, 53 €

IRF510 Power MOSFET TO-220 0, 51 €



IRFBC30 Power MOSFET TO-220 1, 63 €

IRFBE30 Power MOSFET TO-220 1, 59 €

IRFP140 Power MOSFET TO-247 2, 21 €


IRFP250NPower MOSFET TO-247 2, 16 €


Transistores RF

2SC2078 NPN TO-220 0, 35 €

BF240 NPN TO-92 0, 16 €

BF256 J-FET TO-92 0, 42 €

BF763 NPN TO-92 0, 69 €

BFQ232 NPN SOT32 0, 46 €

BFQ270 NPN SOT172A1 22, 42 €

BFR91 SMD-NPN TO-50 0, 51 €

BFW92 SMD-NPN TO-50 0, 44 €

Parámetros característicos detransistores

Los fabricantes proporcionan la informa-ción necesaria para identificar todos losparámetros de un transistor.

Vamos a ver como presentan esa infor-mación en el caso de un modelo de peque-ña potencia y en otro de potencia


El Transistor


Montajes con transistores bipolares

Iremos mostrando algunos en orden cre-ciente de dificultad.

Detector de humedad.

La luz se encenderá si hay humedad enla tierra de la maceta, ya que se cierra el cir-cuito de base.

Se pueden buscar otras utilidades a estaaplicación.

Otra etapa de amplificación permitiráactivar un claxon de aviso.

Detector de nivel de agua.

Al alcanzar el agua el nivel A la lámparase encenderá, pues a través de ella se cie-rra el circuito de base del transistor.

Interruptor controlado por la luz.

La LDR (resistencia que varía en funciónde la luz que incide) presenta mucha resis-tencia en la oscuridad y poca cuando haymás luz.

Si le da el sol o luz artificial, su resisten-cia desminuye y el transistor se desblo-

queará, encendiéndose la bombilla.

En el caso contrario, si no le da la luz, suresistencia será mayor, bloqueando el tran-sistor y apagándose la bombilla.

Detector de temperatura.

La NTC (resistencia de variación negati-va con la temperatura), disminuye su resis-tencia al variar la temperatura y al revés.

En consecuencia, si aumenta la tempe-ratura disminuye la resistencia total de labase y el transistor conduce, contrariamen-te a si disminuye la temperatura en la NTC,su resistencia obliga al transistor a blo-quearse.

Interruptor crepuscular.

Imaginemos el farol de una terraza, auto-matizado, independiente de la voluntad delinquilino.

Con la luz ambiental, la LDR presentapoca resistencia y el transistor permanecebloqueado.

A medida que va oscureciendo, la LDRva presentando más resistencia, cayendo

El Transistor


El Transistor

en ella más tensión y el transistor conduce.

La luz se enciende.

Al amanecer el transistor se vuelve a blo-quear y la luz se apaga hasta la nochesiguiente.

Sirena.

Con 4 transistores bipolares (BJT).

Este circuito produce el sonido de unasirena típica con sólo 4 transistores.

Se puede variar la cadencia del sonidocambiando los dos condensadores porotros de valor diferente.

Los transistores T1 y T2 conforman unbiestable (un circuito que tiene dos estadosestables).

El circuito biestable oscila entre estosdos estados, alto y bajo, que se puedenmedir en el colector del transistor T2.

Estos dos niveles son entregados algrupo de elementos formados por las resis-tencias de 10 KΩ, 27 KΩ y el condensadorde 4,7 µF que dan la cadencia del sonidoconforme se carga el condensador y sedescarga.

T3 y T4 que conforman un oscilador quehace sonar el altavoz de 8 ohmios.

Lista de componentes:

• Transistores:

2 PNP BC559 o equivalente, 1 NPNBC547 o equivalente, 1 PNP BC636 oequivalente.

• Resistencias:

2 de 15 KΩ, 2 de 3.3 KΩ, 1 de 10 KΩ,1 de 27 KΩ

• Condensadores:

2 de 15 µF (microfaradios), electrolíti-cos, 1 de 4,7 µF, electrolíticos, 1 de 0,1µF.

• Otros:

Altavoz común de 8 W.

Inversor. Cómo conseguir 230V CA /100W, a partir de 12V CC.

Disponer de 230 V de tensión alterna enun coche o en un camión puede ser muyútil, no solo en campamentos o viajes sinotambién para conectar soldadores u otraclase de herramientas.

También pude ser interesante para car-gar las baterías de teléfonos, videocámarasu ordenadores portátiles, entre otros dispo-sitivos.

Aunque se hace referencia a un circuitointegrado, el 4047, (aún no conocemos loscircuitos integrados), podemos aventurar-nos y comprarlo, sin ningún problema.


Para reducir o elevar una tensión deter-minada nada mejor que un transformador,pero este componente no funciona encorriente continua, que es la disponible enlas baterías de los vehículos.

Debemos recurrir a un oscilador quegenere unas alternancias en la CC de entra-da para así tener en la bobina del transfor-mador CA.

El circuito integrado (4047) es un oscila-dor cuyas salidas son una inversa con res-pecto de la otra.

Esto quiere decir que mientras una estáen estado alto la otra está bajo y viceversa.

Estas señales son demasiado débilespara mover el trasformador así que seincorpora una etapa formada por tres tran-sistores en cadena.

El diodo en paralelo con cada uno de lostransistores finales evita que la corrienteinversa producida al retirar la corriente delbobinado queme el transistor.

El diodo de 5A colocado en paralelo conla línea de alimentación genera un cortocir-cuito cuando la polaridad es accidental-mente invertida, haciendo que el fusiblesalte.

El potenciómetro de 50K permite ajustarla frecuencia del oscilador, que es directa-mente proporcional con la frecuencia de laCA producida en el transformador.

Para que el oscilador trabaje de formaestable se ha dispuesto la resistencia de220 Ω como limitador de corriente y elZener de 9.1 V junto con sus condensado-res de filtrado.

Este conjunto hace que sin importar loscambios en la batería la tensión en el osci-lador sea de 9 V.

El transformador puede ser uno comúnde los que se emplean para hacer fuentesde alimentación, solo que en este equipo lousaremos inversamente.

En vez de aplicar tensión en el devanado de230 V y conseguir en el secundario 18 V, lo queharemos es aplicar la tensión en el devanadode 18 V para conseguir lo buscado, 230 V.

En realidad los cálculos de este elemen-to exigían un bobinado de 230V y otro de9.3V+9.3V, pero como no es común estetipo de valores hemos recurrido a uno de9+9, más habitual en los comercios.

La potencia del mismo deberá ser100VA

Los transistores de salida deben sercolocados sobre disipador de calor.

Respetar las potencias de las resisten-cias indicadas.

Comprobar la posición de los diodos ycondensadores electrolíticos.

Deberá utilizarse cables de sección ade-cuada para la conexión de la batería.

Secciones pequeñas pueden causar caí-das de tensión o un funcionamiento erráti-co.

Una buena alternativa para comprobar elfuncionamiento visualmente es colocar unindicador de neón en la salida de 230V.

Así, sólo cuando el sistema trabaje ade-cuadamente el indicador brillará.

Calibración:

Bastará con alimentar el sistema y colo-car un frecuencímetro ú osciloscopio en lasalida del transformador.

Girar el potenciómetro de 50K conecta-do al 4047 hasta que la frecuencia medidasea de 50Hz.

Después de esto la calibración habráconcluido.

Importante:

Este equipo genera corriente alternacuya forma de onda es cuadrada.

Es así porque los transistores están dis-puestos en corte / saturación.

No presenta problemas para los equiposresistivos, como soldadores, lámparas o ali-mentadores.

Pero los equipos de TV o cámaras devídeo, que empleen como referencia la fre-cuencia y onda de la red, pueden no fun-cionar correctamente.

El Transistor


El Transistor

Montaje curioso:

Cómo lograr que luzca un diodo Led de 3W con una pila de 1,5 V.

Es sencillo proyectar una alimentaciónpara LED, usando un regulador de tensiónintegrado, cuando la tensión de que dispo-nemos es 12 V, 6 V e incluso 5 V…pero conuna única fuente, una pila, tamaño D, 1,5 V,cómo hacer lucir un diodo Luxeon de 3 W,que precisa una corriente constante de 700mA y una tensión de 3,6 V.

¡Muy fácil!

Con un inversor tipo Push-pull.

Se trata de un oscilador Push-pull reali-zado con pocos componentes.

Sólo dos transistores en configuraciónauto oscilante y un puente de diodos pararecuperar toda la forma de onda generada.

El componente importante es el transfor-mador, que para que actúe correctamentees necesario que actúe de forma simétrica,

El transistor Q1 y Q2, conduciendo alter-nativamente generan un forma de onda per-fectamente simétrica.

La frecuencia de trabajo está próxima a1,5 Khz.

Para determinarla, así como el númerode espiras del circuito magnético usaremosla siguiente fórmula:

f = Vb / (2 N S B)

Donde f =frecuencia VB = tensión de lapila N = número total de espiras del prima-rio S = sección del núcleo (metros cuadra-dos) B = valor de la inducción (Weber/m2)

En este caso se han usado dos transis-tores de potencia tipo MJE13005 NPNVCE: 400V Ic: 4A f: 5Mhz hFE: 8

A este conjunto se le conoce como con-vertidor DC/DC y suele representarsecomo:

Balasto electrónico para un tubo fluores-cente de 40w con tensión de entrada12VCC.

Presentamos aquí un circuito muy fácilde hacer y que nos dará excelentes resulta-dos a la hora de utilizarlo.

Se basa en el principio de provocar unaoscilación en el primario de un transforma-dor para conseguir en su secundario unatensión elevada capaz de ionizar el gas


DC

DC

contenido dentro del tubo y, por consi-guiente, hacerlo brillar.

En el circuito todas las resistencias sonde 1W y la alimentación es de 12 V CC.

El transistor debe tener la suficiente disi-pación de calor.

Tal como se ve, no hay un sistema osci-lador por lo que no debería funcionar.

Pero veamos un poco en detalle el con-junto L1/T1.

Sobre una barra de ferrita se bobinatanto el transformador elevador (T1) como elinductor de base (L1).

De esta forma logramos que el circuitooscilador sea del tipo realimentado.

A cada disparo del transistor una por-ción de energía es captada por el bobinadode L1 el cual vuelve a disparar el transistory sigue funcionando así. ¿Pero cómo seconstruye este inductor?

Primero hemos de conseguir una barrade ferrita del tipo utilizado en radios de AMde 6 cm de largo.

Puede ser ligeramente mas larga paraluego hacer alguna especie de soporte defijación.

Sobre esta barrita bobinamos 60 vueltasde hilo de cobre esmaltado de 1mm2 desección.

Este es el bobinado primario, que serámanejado por el transistor de potencia.

Una vez bobinado el primario procede-mos a fijar las espiras del mismo con cintade enmascarar (cinta de pintor).

Una vez fijadas las espiras del primariocon la cinta, bobinamos en el centro (sobrela cinta) las 13 vueltas de hilo de cobre de0,4mm2, esmaltado, que conforman elbobinado de realimentación o feedback.

Este es el bobinado que se encargará dehacer que el sistema oscile.

Nuevamente, cuando terminemos debobinar estas 13 espiras cubriremos, sólolas 13 vueltas, con cinta de enmascararpara mantener armado el bobinado sin cui-dado a que nos quede en desnivel el cen-tro.

Luego haremos que los hilos de estebobinado salgan por un costado.

Bobinaremos ahora las 450 espiras dehilo de cobre de 0,4mm2, esmaltado, queforman el secundario.

Este bobinado se realiza en tres capasde 150 espiras cada una.

Entre capa y capa debemos intervenircon cinta de enmascarar para mantener labobina firme.

Primero daremos 150 vueltas, cubrire-mos con cinta, bobinaremos otras 150 vuel-tas, volveremos a cubrir con cinta, otras150 vueltas más y otra vez mas cubriremoscon cinta.

Nos quedará entonces un mazacote decinta y cobre sobre la ferrita y este seránuestro inductor T1/L1.

Antes de encender este equipo debe-mos poner en fase el inductor.

El Transistor


El Transistor

Esto consiste en conectar el tubo fluo-rescente a la salida y alimentar momentá-neamente el sistema.

Si el tubo no enciende deberemos inver-tir los dos alambres de la bobina osciladora(L1). Nuevamente probaremos y ahora sideberá encender.

Si el sistema encendió de primera (antesde invertir los alambres, no será necesariotocar nada).

Una vez ajustada la posición de la bobi-na L1 podremos quitar la resistencia limita-dora de entrada (la de 2,2 Ω) y dejar el sis-tema alimentado directamente.

Relé controlado por luz con fotorresis-tencia (LDR).

Activador de persianas, por ejemplo, alllegar la noche.

Este circuito es muy interesante, la foto-rresistencia LDR (resistencia dependientede la luz) cambia su valor en ohmios depen-diendo de la cantidad de luz que la incidasobre ella.

De modo aislado no puede hacer nada,no tiene fuerza para activar nada. Necesitael resto del circuito.

Cuando la LDR está iluminada su resis-tencia es baja y provoca que el voltaje en labase del transistor se incremente.

El transistor 1 conducirá, lo que causaráque el transistor T2 no lo haga (entre encorte).

De esta manera el relé no se activa.

Cuando la LDR NO está iluminada suresistencia es alta y induce a que el voltajeen la base del transistor se haga pequeño.

El transistor T1 NO conducirá lo que cau-sará que el transistor T2 si lo haga (entre enconducción).

De esta manera el relé se activa.

El valor de la fotorresistencia no es críti-co y se puede utilizar casi una de cualquiervalor pues se incluye un potenciómetro enserie para controlar la sensibilidad del cir-cuito

Se utiliza un sistema muy sencillo de

obtención de corriente continua, como es elrectificador de media onda con sólo undiodo y esta señal rectificada se aplana conayuda de un condensador de 470 o 1000µF. La tensión resultante está lejos de serplana, pero el circuito no necesita más.

Notas

N.A. = contacto Normalmente Abierto

N.C. = contacto Normalmente Cerrado

Lista de componentes

• Transistores:

2 NPN 2N2222 o equivalente (NTE 123).

• Resistencias:

1 potenciómetro de 47 KΩ (1/4 W), 1 de4.7 KΩ, 1 de 1 MΩ (Megaohmios)

• Condensadores: 1 de 470 µF (microfa-radios) 25 Voltios (electrolíticos).

• Diodos:

1 1N4002 o equivalente.

• Otros:

1 LDR (fotorresistencia de cualquiervalor), 1(relé conmutado) de 12 voltios(con la resistencia del bobinado lo másalta posible, (500 Ω o más), 1 transfor-mador de 230 C.A. Voltios en el prima-rio y de 9 voltios en el secundario, de500 miliamperios.

Otros transistores

Transistor de efecto de campo (FET)

¿Por qué le llamamos Bipolar al transis-tor que acabamos de conocer?


Porque funciona jugando con el movi-miento de huecos y electrones, esto es, losdos tipos de portadores.

En el resto de los transistores lascorrientes se deben a solo un tipo de porta-dores.

El transistor JFET (Juntion Field EffectTransistor) consiste en una barra de tipo Nentera con una zona, hacia la mitad, estran-gulada por una zona tipo P llamadaGraduador o también Compuerta.

Si se aplica tensión entre los extremosde la barra, como ésta se encuentra íntegra,a través de ella fluye una corriente de valorimportante.

Polarizando inversamente la unión com-puerta-barra, en la zona de la Compuerta seproduce un enrarecimiento de portadores ozona de agotamiento que dificulta la con-ducción.

Se dice que el Canal, como se le llama ala sección de barra que queda frente a laCompuerta, se estrecha.

Por lo tanto, si aplicáramos una tensióninversa variable a la Compuerta (Gate) ten-dríamos una variación de la zona de estran-gulamiento, variando así la conductividadde la barra de cristal N y por tanto lacorriente que fluye por el Drenador.

¿No es lo mismo que un transistor bipo-lar trabajando como amplificador?

¿Se parece a un grifo que moviésemosrápidamente, cerrándolo y abriéndolo, deforma que variáramos el caudal que pasapor la cañería?

Los extremos de las barras podríanseguir llevando los mismos nombres quelos del transistor bipolar, pero parece serque sus inventores han preferido matizarllamando Surtidor al que hace las veces deEmisor, y Sumidero o Drenador al Colector.

El JFET se emplea muchísimo menosque el BJT, fundamentalmente porque res-ponde mal a altas frecuencias, aunque suamplificación es más pura (la corriente desalida no atraviesa ninguna unión PN, queintroducen ruido en la señal), y su gananciamás estable.

Transistores MOSFET (FET Metal-oxido-semiconductor)

Canal N Canal P

Canal N Canal P

Los dos primeros símbolos son losMosfet de enriquecimiento.

Los otros dos son Mosfet de empobreci-miento.

El Transistor


El Transistor

Mosfet de enriquecimiento canal N.

En este tipo de transistores la tensión deCompuerta (G) se aplica a una fina películade aislante de óxido.

La característica fundamental de estostransistores es que no circula corriente porla compuerta.

El óxido actúa como dieléctrico.

En principio, aplicando tensión UDS notendríamos circulación de corriente por elDrenador, ya que hay dos barreras depotencial, una de ellas polarizada inversa-mente.

Si aplicamos tensión positiva a la com-puerta, se producirá un desplazamiento deelectrones a la zona cercana (en el cristal P),creándose una región rica en cargas nega-tivas, y por tanto una región N, que anulalas barreras de potencial anteriores y permi-te el paso de corriente de Id.

En la curva característica podemos verque la intensidad de drenador crece lineal-mente, primero, para llegar a saturación,después.

Cuanto mayor sea la tensión Vgs másrápidamente crecerá la intensidad.

Transistores CMOS

En la figura vemos una pareja de transis-tores MOSFET, un NMOS y otro PMOS, uni-dos y formando la denominada tecnologíaCMOS, muy utilizada en la fabricación decircuitos integrados.

EL circuito sería un inversor lógico.

Cuando la tensión de entrada es 1 (nivellógico alto) el transistor NMOS (abajo) con-duce, pero el transistor PMOS (arriba) estáen corte, por lo que la tensión en Y será decero voltios (nivel lógico bajo).

Cuando la tensión de entrada sea cero,NMOS estará cortado y PMOS en satura-ción o conduciendo, siendo entonces latensión de salida en Y igual a +VDD (nivellógico alto).

La gran ventaja de los transistoresCMOS es que su consumo estático (mien-tras no cambian de estado) es práctica-mente nulo, pues ya hemos visto que traba-jan por tensión y no por intensidad, ademásde que siempre uno de los dos transistoresestá cortado, por lo que no hay corriente nipor las Puertas ni por los Drenadores.

La configuración CMOS sólo consumirácorriente en la conmutación.

Ello lo hace muy inte-resante de cara a la inte-gración en chips, dondela disipación de poten-cia es un tema a tenermuy en cuenta.


Cómo fabricar componentes en casa

¿Quién puede dudar que fabricar com-ponentes de forma casera es una idea,como mínimo, descabellada?

Pues bien, trataremos de demostrar que,aunque nadie fabrica microprocesadoresen la cocina de su casa, existen una seriede trucos muy simples que nos permiten,de alguna manera, crear ciertos componen-tes a partir de otros.

En una primera instancia esto puedeparecer algo inútil.

En efecto, ¿Para qué perder el tiempo enapaños pudiendo comprar el componente?

Pues bien, a veces resulta imposibleconseguir ciertos componentes, ya seaporque su precio, disponibilidad o por faltade tiempo.

Otras, no vale la pena. Por ejemplo,¿para qué colocar en un montaje un circui-to integrado con cuatro compuertas cuán-do sólo utilizamos una?

Y de esta forma se multiplican los ejem-plos en los que es bueno conocer algunospequeños trucos a la hora de necesitar uncomponente.

Sin más preámbulos comencemos,pues, con la información.

Componentes analógicos

Veamos cómo, a partir de cualquier tran-sistor bipolar NPN ó PNP, se puede obtenerun diodo.

La técnica es muy simple, y su baseradica en el propio funcionamiento del tran-sistor. Para obtener un diodo a partir decualquier transistor, basta unir los termina-les Base y Colector del mencionado com-ponente.

De esta forma obtendremos un diodocuyo ánodo será la base y el cátodo el emi-sor.

Lógicamente el nuevo diodo estará limi-tado por la corriente de base del transistory por su tensión máxima de base-emisor.

A la hora de requerir diodos recordemosque el comportamiento en directo de undiodo Zener es exactamente igual al de undiodo convencional.

El único cuidado a tener en cuenta esque la tensión inversa no sea superior alvalor de la tensión de Zener.

No solamente se pueden fabricar dio-dos.

Es factible, utilizar un SCR (tiristor, queveremos a continuación, en el capitulosiguiente) como un diodo de 4 capas(Shockley), si se lo conecta como muestrala figura:

En este caso la tensión de cebado (Vth)del nuevo diodo PNPN será aproximada-mente Vz+1 voltio.

En donde Vz es la tensión de Zener de DZ.

R puede adoptar cualquier valor aunquese recomienda que no sea inferior a 100 Ωni superior a 47k Ω.

Veamos cómo se puede realizar un fototransistor a partir de un transistor conven-cional. Como requisito el transistor a utilizardebe tener encapsulado del tipo TO-3como, por ejemplo, un 2N3055.

Para realizar la conversión basta sólocon tomar una pequeña sierra y cortar lacapa superior del encapsulado metálico.

De esta manera, permitiremos que la luzincida directamente sobre la pastilla de sili-cio, obteniéndose así un fototransistor enforma totalmente casera.

Para realizar este proceso es necesarioser muy cuidadoso para no dañar la peque-

El Transistor


El Transistor

ña pastilla de silicio. Si se desea aumentarla sensibilidad puede ser conectado enDarlington con un transistor convencional.

Una forma de obtener resistencia deprecisión es la siguiente:

En primer lugar se debe estar seguro deque la resistencia en cuestión es de carbón.

Seguidamente se lima la resistencia conuna pequeña lima, y se comprueba su valorcon un Ohmetro.

Lógicamente el valor inicial de la resis-tencia debe ser superior al requerido.

Finalmente la precisión mejora aún mássi la resistencia es algo vieja.

Esto hace que su deriva en valor seamuy pequeña.

Finalmente, no está demás recordar quese puede obtener cualquier valor de resis-tencia o capacidad a través de una adecua-da combinación de resistencias/condensa-dores.

Las resistencias se suman directamenteen serie, mientras que en paralelo la resis-tencia total es la inversa de la suma de lasinversas de cada resistencia. Es decir:

Matemáticamente se opera de formainversa con los valores de capacidad. Osea:

Construcción de una celda solar con untransistor.

Celda Solar: Oblea de silicio que con-vierte la energía proveniente de la luz direc-tamente en electricidad.

Las celdas solares también se conocencomo celdas fotovoltaicas. Foto de luz yvoltaico de voltaje.

Cuando se exponen a la luz, las celdassolares son fuentes efectivas de energía. Noproveen energía cuando es de noche. Sinembargo, cuando están expuestas a la luz, laenergía se puede almacenar conectando lasceldas solares con baterías recargables.

Las celdas solares proporcionan sola-mente voltaje de corriente continua (DC).

En esta ocasión vamos a tratar el temade la fabricación de una fotocelda con tran-sistores.

Precaución:

Los transistores antiguos de germaniocontenían substancias tóxicas.

Como ya se indicó en el inicio, las celdassolares son obleas silicio, los transistorestambién y algunos de germanio.

Para nuestro proyecto usaremos transis-tores de potencia, tales como el 2N3055(NPN) u otros similares de preferencia delos que se consiga.

Procedimiento:

Tomando las precauciones del caso,procedemos de la siguiente manera:

Quitamos la tapa superior del transistor,a modo de dejar descubiertas, sus conexio-nes interiores, tal como se observa en lafigura.

Luego conectamos elcolector al emisor, de estamanera tendremos únicamente2 puntos de conexión.

El colector y emisor serán elpositivo y la base el negativo, elvoltaje que entregará será deaproximadamente 0,6 voltios.

Prueba:

Para verificar el funcionamiento de lacelda solar la colocamos de forma que laluz solar incida sobre los elementos deltransistor que quedaron descubiertos cuan-do quitamos la tapa que los cubría, y colo-camos un multímetro en los pines.

Es obvio que este proyecto no servirápara alimentar una radio a transistores, yaque el amperaje es mínimo, pero se podráentender el funcionamiento de las celdassolares.

Podremos tratar de hacer un pequeñocargador solar interconectando varios tran-sistores, en serie, para obtener, por ejem-plo, 1,8 voltios con 3 transistores y ver enque tiempo se carga una pila recargable tri-ple A, por ejemplo.


el transistor. - grudilec · 2019-06-12 · el transistor de unión principio de funcionamiento. el...

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