UNIDAD 2 TRANSISTOR

TRANSISTORLa palabra Transistor viene de Transfer Resistor o resistencia de transferencia, es un elemento que se comporta como una resistencia variable que depende de una seal elctrica de control, entonces al cambiar el valor de la seal de control cambia la cantidad de corriente que pasa por el transistor.Hay dos clases principales de transistores: Bipolares (BJT) y de efecto de campo (FET).En los transistores BJT la seal de control es una corriente y en los FET es un voltajeTRANSISTORES BIPOLARES

Estn constituidos por tres capas de semiconductor que se llaman emisor (E), base (B) y colector (C), en el transistor NPN la base es semiconductor P, el emisor y el colector de semiconductor N, en el transistor PNP es lo contrario.

Para que un transistor bipolar funcione se debe "polarizar" que consiste en colocar fuentes de voltaje y resistencia que coloquen el diodo base emisor en directo (|VBE|=0.7) y que el diodo base colector est en inverso.Hay varias formas de polarizar un transistor, los ms usados son fija, divisor de voltaje, realimentacin por colector, realimentacin por emisor, seguidor emisor, etc.,El comportamiento fundamental del transistor es que genera una corriente en el colector que es proporcional a la corriente que entra (NPN) o sale (PNP) por la base, la constante de proporcionalidad se llama la ganancia de corriente y se indica por o hFE. = IC/ IBConceptualmente se dice que el transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por corriente, es decir, una fuente de corriente que no es de valor fijo, vara produciendo ms o menos corriente en la medida que hay ms o menos corriente en la base.Como en el transistor no se acumula carga toda la corriente que entra a l debe salir, entonces:IE= IC+ IB= ( +1) IBSi >> 1IEIC

Se llama etapa a transistor al conjunto del transistor, resistencias y fuentes que lo polarizan. El anlisis consiste en determinar los voltajes y corrientes en el transistor teniendo como datos el y los valores de resistencia. El diseo es calcular las resistencias para obtener unos voltajes deseados en el transistor.El proceso de anlisis es primero calcular la corriente de base usando las Leyes de Ohm y Kirchhoff, luego se calcula ICe IEy con estos datos los voltajes de colector (Vc) y emisor (VE).Cuales son los voltajes y corrientes en el siguiente circuito de polarizacin fija:RB= 200K RC= 1K

Se analiza la malla de entrada:Vcc- VRB- VBE= 0VRB= Vcc- VBEVRB = 10v -0.7v = 9.3vIB= IRB= (9.3v / 200K) = 46.5 ASe calculan corrientes de colector y emisor:IC= * IB= 100*46.5 A= 4.65 mAIEIC= 4.65 m

Se analiza la malla de salida:VCC- VRC- VCE= 0VRC= IC* Rc = 4.65mA * 1KW= 4.65vVCE= Vcc- VRC= 10v - 4.65v = 5.35vComo consecuencia el diodo BC queda en inverso: VBC= VB- Vc= 0.7v - 5.35v = -4.65v

APLICACIONES DEL TRANSISTORUna vez polarizado en DC un transistor se le agregan voltajes a travs de fuertes variables y otros elementos de circuito y el transistor entrega energa a otros circuitos, en algunos casos se adicionan al circuito condensadores, bobinas, transformadores que hacen que los transistores tengan miles de aplicaciones, las ms usuales son amplificadores, filtros activos, osciladores, atenuadores, moduladores, operaciones lgicas, etc.Las aplicaciones ms tiles que usen ms de un transistor se han convertido en circuitos integrados, donde se tiene ms facilidad y seguridad en la polarizacin y hay mayor versatilidad en las aplicaciones. Segn el estado de funcionamiento de los transistores se tienen dos grandes familias de integrados que son: lineales y digitales.POTENCIA DEL TRANSISTORLos voltajes y corrientes presentes en un transistor hacen que haya una disipacin de potencia que se convierte en calor que eleva la temperatura del dispositivo, en general se considera la potencia del transistor como :PT= VCE* ICEsta tiene un valor lmite indicado por los fabricante para cada referencia en los manuales de especificaciones. Los datos de potencia lmite dependen que se pueda mantener los transistores a bajas temperaturas, esto se logra ensamblando disparadores de aletas a los transistores, los disipadores se especifican por su resistencia trmica q= (T / P) (c/w) que depende de su forma, nmero de aletas, tamao y color. Los transistores traen encapsulados especiales para unirlos a los disipadores, por ejemplo los encapsulados T0-22 y T0-3.

TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR O CONMUTADORUn transistor funciona como un interruptor para el circuito conectado al colector (Rc) si se hace pasar rpidamente de corte a saturacin y viceversa. En corte es un interruptor abierto y en saturacin es un interruptor cerrado. Los datos para calcular un circuito de transistor como interruptor son: el voltaje del circuito que se va a encender y la corriente que requiere con ese voltaje. El voltaje Vcc se hace igual al voltaje nominal del circuito, y la corriente corresponde a la corriente Icsat. Se calcula la corriente de saturacin mnima, luego la resistencia de base mnima:IBSAT min = Icsat / bRBMax = Von/IBsat minDonde Von es el voltaje en la resistencia de base para encender el circuito, el circuito debe usar una RB por lo menos 4 veces menor que RBmax.Adicionalmente se debe asegurar un voltaje en RB de apagado Voff que haga que el circuito entre en corte.

La principal aplicacin de transistor como interruptor es en los circuitos e integrados lgicos, all se mantienen trabajando los transistores entre corte o en saturacin, en otro campo se aplican para activar y desactivar rels, en este caso como la carga es inductiva (bobina del rel) al pasar el transistor de saturacin a corte se presenta la "patada inductiva" que al ser repetitiva quema el transistor se debe hacer una proteccin con un diodo en una aplicacin llamada diodo volante.Encendido por ausencia de luzMaterial necesarioR1 = 100 KR2 = LDRR3 = 2KR4 = 330 Q1 = Transistor NPN BC547D1 = Diodo LED

FuncionamientoCuando la LDR recibe luz, disminuye su resistencia (tendr un valor comprendido entre varios cientos de ohmios y algn K), por lo que en el divisor de tensin formado por R1 y LDR, prcticamente toda la tensin de la pila estar en extremos de R1 y casi nada en extremos de la LDR, en estas condiciones no le llega corriente a la base, el transistor estar en corte y el diodo no encender. Cuando la luz disminuye, la resistencia de la LDR aumenta (puede llegar a valer varios cientos de K) por lo que la cada de tensin en la LDR aumenta lo suficiente para quelellegue corriente a la base del transistor, conduzca y seencienda el diodo LED.Actividades1.Comprueba los valores de lasresistencias con el polmetro (cdigo decolores).2.Comprueba los valores dela LDR conluz ysin luz.3.Calcula los valoresde tensin que habra enbornes de laLDR en lascondiciones anteriores.4.Identifica los terminalesdel transistor ycomprueba sufuncionamiento con el multimetro.5.Monta el circuito en una placade montaje rpidoy compruebasu funcionamiento.6.Disea la placa decircuito impreso fijndote en el tamaode los componentes.7.Construyelaplaca.8.Suelda loscomponentesy comprueba que funcione.

Encendido por presencia de luz

Encendido por presencia de luzMaterial necesario:R1 = 1 KR2 = LDRR3 = 2KR4 = 330Q1= Transistor NPNBC547D1 = Diodo LED

Funcionamiento:Cuando la LDR recibe luz, disminuye su resistencia (tendr un valor comprendido entre varios cientos de ohmios y algn K), por lo que en la R1 habr una cada de tensin suficiente como para hacer que circule corriente por la base del transistor, que conduzca y se encienda el LED. Cuando laluz disminuye,la resistencia de la LDRaumenta (puede llegar a valer varios cientos de K); en estas condiciones toda la tensin estar prcticamente en la LDR y casi nada en R1con lo que no circular suficiente corriente por la base del transistor y ste permanecer encorte y diodo LED apagadoActividades1.Comprueba los valores de lasresistencias con el multmetro (cdigo decolores).2.Comprueba los valores dela LDR conluz ysin luz.3.Calcula los valores de tensinque habra en bornes deR1 en lascondiciones anteriores.4.Compara el valorde la resistenciaR1 con el valor de R1en la prcticaanterior yjustifcalo.5.Identifica los terminalesdel transistor ycomprueba sufuncionamiento con el multmetro.6.Monta el circuito en unaplaca demontaje rpido y comprueba su funcionamiento.7.Disea la placade circuito impreso fijndote enel tamao delos componentes.8.Construyelaplaca.9.Suelda loscomponentesy comprueba que funcione.

Temporizador a la desconexinMaterial necesario:R3 = 2KC1 = Condensador electroltico 2,200F; 16 V.Q1= Transistor NPNBC547L1 = LmparaP1 = Pulsador NA

FuncionamientoAl principio, la lmpara est apagada, ya que por la base no circula corriente. Estamos, por tanto, ante un transistor en corte. Cuando accionamos el pulsador, circula corriente por la base, se activael transistor y la lmparase enciende.A la vez, el condensadorse carga. Al soltarel pulsador,la lmpara sigue luciendo duranteun tiempo;ahora, la corriente de base la proporciona el condensador; cuando ste sedescarga, eltransistor se bloqueayla lmpara se apaga. Cuanto mayor sea la capacidad del condensador, ms carga adquirir y ms tiempo tardar en descargarse.ActividadesMonta el circuitoen placademontaje rpidoy comprueba que alaccionar el pulsador, se ilumina la lmpara y al dejar de pulsar, sigue funcionando durante un tiempo, apagndose poco a poco.Si se sustituye la lmpara por un rel y despus se conecta la lmpara a ste Qu ventajas se obtendran respecto al caso anterior?Identifica los terminalesdel transistor ycomprueba sufuncionamiento con el polmetro.Disea la placade circuito impreso fijndote enel tamao delos componentes.Construyelaplaca.Suelda loscomponentesy comprueba quefuncione.

Circuitos con dos transistoresMaterial necesario:T1=TransistorNPNBC547T2=TransistorNPNBD137R1 = 2KR2 = 2KR3 = 220

Detector de humedad

FuncionamientoAl introducir los electrodos en agua o simplemente en tierra hmeda, llega una pequea corriente a la base de T1, permitiendo ste el paso de corriente hacia la base de T2que se satura y enciende la lmpara. Cuando la tierra no tenga humedad, no pasar corriente por el circuito de transistores yla lmpara permanecer apagada. Si sustituimos la lmpara por un rel que desconecte una bomba de agua cuando T2 est en saturacin y la conecte cuando est en corte, tendremos un sistema de riego automtico.Actividades1.Monta elcircuito enplaca demontaje rpidoy compruebaque cuandose humedecen los electrodosse ilumina la lmpara.2.Disea un sistema de riego automtico sustituyendo la lmparapor un rel.3.Disea yconstruye laplaca decircuito impreso.4.Suelda loscomponentesy comprueba quefuncione

MemoriaMaterial necesario:T1,T2=TransistorNPNBC547R2, R3 = 100 KR1, R4 = 330D1, D2 = Diodos LEDP1, P2 = Pulsador NA

FuncionamientoAeste circuito le llamamos memoria ya que es capaz derecordarnos loltimo queha sucedido. Al principio uno de los diodos est apagado (supongamos que es D1); no obstante por D1 pasa una pequea corriente que activa T2, por lo que D2 estar iluminado. Si pulsamos P2, la corriente deja de llegar a la base de T2, ste se bloquea y se apaga D2;sin embargo sigue pasando una pequea corriente a travs de R4 y R3 por lo que se activaT1 y se enciende D1. Aunque soltemos P2 sigue sin llegar corriente a la base de T2 (toda lacorriente baja a travs de T1) por lo que D1 permanece encendido. Si pulsamos P1, la corriente deja de llegar a la base de T1, por lo que D1 se apaga y se enciende D2. Este circuito recibe el nombre de biestable o flip-flopActividades1.Monta el circuito enplaca de montajerpido y comprueba su funcionamiento.2.Sustituye las resistencias R2 yR3 por otrasms pequeas(10 K), observalo que sucede y explica aque se debe.3.Disea yconstruye laplaca decircuito impreso.4.Suelda loscomponentesy comprueba quefuncione

Intermitente (oscilador)Material necesario:T1,T2=TransistorNPNBC547 (2N2222A)R2,R3 = 20 a 10 KR1, R4 = 330C1,C2=Capacitor electroltico 10 a 100F.

FuncionamientoEn este circuito se iluminar alternativamente D1 o D2. Los dos transistores trabajan en conmutacin es decir cuando uno conduce (saturacin) el otro no (corte) y viceversa. Al conectar la alimentacin supongamos que D1 se enciende y D2 est apagado, no obstante por D2 circula una pequea corriente (insuficiente para encenderlo) que pasa por R4 atraviesa C1 y llega a la base de T1, por lo que D1 sigue encendido y C1 cargndose. Cuando C1 esta cargado impide el paso de la corriente, bloquea T1 y D1 se apaga. Ahora circula una pequea corriente a travs de D1 (insuficiente para encenderlo) y R1 hasta la base de T2 por lo que ste conduce, se enciende D2y comienza a cargarse C2. Mientras C2 se carga C1 se descarga a travs deR3. Despus el proceso se repite.Actividades1.Monta el circuito enplaca de montajerpido y comprueba su funcionamiento.2.Sustituye las resistencias R2 yR3 por otras dediferente valor, observa lo quesucede y explica a que se debe.3.Sustituye los condensadores por otrosde distinta capacidad, observa lo que sucede y explica a que se debe.4.Disea yconstruye laplaca decircuito impreso.5.Suelda loscomponentesy comprueba quefuncione

TemporizadorMaterial necesario:Rel para 9VT1 = Transistor: BC547T2 = Transistor: BD137R1 = Resistencia 100R2 = Resistencia 2,2 KRV = Resistencia variable 50 KDiodo 1N4007C = Condensador 2200FP = Pulsador NA

FuncionamientoUtilizamos dos transistores conectados como se ve en el circuito (montaje Darlington) ya que de esta manera se aumenta la ganancia del circuito. En el circuito de la prctica 3, se comprueba que el tiempo que permanece la lmpara encendida no es muy grande, ya que, al disminuir la carga del condensador, la corriente de base es muy pequea,ypor tanto, la corriente que deja pasar el transistor no es suficiente para mantener encendida la lmpara. Esa pequea corriente que no es suficiente para encender la lmpara, s lo es para saturar el T2 (del par Darlington) y, como consecuencia, la lmpara podr continuar encendida hasta que la corriente de base deT2llegue a un pequeo valor, aumentando enormemente el tiempo mximode funcionamiento delcircuito. Ajustando el valor del potencimetro, podremos regular el tiempo de descarga del condensador y,portanto,eltiempoenqueestar activado el rel. Cuando lacorriente suministrada por el condensador sea muy pequea, el rel volver a su posicin de reposo.Actividades1.Monta elcircuito enplaca demontaje rpido y comprueba su funcionamiento.2.Sustituye el condensadores por otrode distinta capacidad ycomprueba comose modifica el tiempo de conexin.3.Acta sobre laRV y comprueba como semodifica el tiempo deconexin.4.Disea yconstruye laplaca decircuito impreso.5.Sueldalos componentes ycompruebaque funcione

Activacin de un rel por luzMaterial necesario:Rel para 6VTransistor T1: BC547Transistor T2: BD137Resistencia 2,2 KP1= R. variable 5 KDiodo 1N4007LDR