Guía de electrónica

Objetivos

• 1) Reconocer los aspectos técnicos de
  los transistores.

• 2) Realizar análisis de los
  transistores en relación a su
  operación.

• 3) Realizar un trabajo de análisis
  técnico responsable.

Actividades

• 1) EL PROFESOR INDICARÁ INFORMACION
  ANEXA A ESTA GUÍA DE ACUERDO A TUS
  CONSULTAS.

• 2) DEBES TRABAJAR EN GRUPOS DE TRES
  COMPAÑEROS.

• 3) RECUERDA QUE PUEDES SE INTERROGADO AL FINAL
  DE LA CLASE, DEL TEMA TRATADO.

• 4) EN ESTE CASO, INGRESAS TUS RESPUESTAS A TU
  CUADERNO, PARA POSTERIOR REVISIÓN.

Cuestionario

C-1) REALICE UN ESQUEMA (SIMBOLOGIA) DE UN TRANSISTOR
BJT Y FET.

C-2) ¿ QUÉ FUNCIONES IMPORTANTES ES CAPAZ
DE REALIZAR UN TRANSISTOR ?.

C-3) ¿Qué SIGNIFICAN EN ESPAÑOL LAS
SIGLAS BJT Y FET?

C-4) ¿ QUE DIFERENCIAS DE OPERACIÓN
EXISTEN ENTRE UN TRANSISTOR NPN Y UNO
PNP?.

C-5) ¿ REALICE UN CIRCUITO SENCILLO DONDE SE
INDIQUE COMO OPERA EL TRANSISTOR EN ESE CASO
ESPECIFICO.

C-6) ¿EN QUE CASOS SE USAN LOS TRANSISTORES BJT Y
FET?.

C-7) ¿QUÈ SIGNIFICA EL TERMINO ß EN
RELACIÒN A LOS TRANSISTORES?.

C-8) ¿Qué SIGNIFICAN LAS REGIONES DE CORTE
, SATURACIÒN Y ACTIVA EN RELACIÒN A LA
OPERACIÒN DE TRANSISTORES BJT?.

C-9) HAGA EL ESQUEMA DE UN TRANSISTOR DARLINGTON Y
EXPLIQUE CUAL ES SU CARACTERISTICA Y VENTAJA.

C-10) INDIQUE LOS USOS DE LOS TRANSISTORES DE ACUERDO A
SUS ENCAPSULADOS. APRÉNDASE LOS ENCAPSULADOS DE MEMORIA YA
QUE SERÁ EVALUADO EN TEST ESCRITO A INDICAR EN SU
MOMENTO.

C-11) SEÑALA 5 VENTAJAS DEL TRANSISTOR FET EN
RELACIÒN A LOS TRANSISTORES BJT.

C-12) CUALES SON LOS PASOS SECUENCIALES PARA SABER LA
DESIGNACIÓN DE LOS PINES DE UN TRANSISTOR. SEÑALA
EN FORMA PRECISA LOS PASOS A SEGUIR EN ESTE PROCESO DE
MEDICIÓN.

ESPERO QUE LOGRES EL OBJETIVO PLANTEADO Y TE
DIVIERTAS CON LA ELECTRÓNICA APLICADA A SISTEMAS
AUTOMOTRICES.

Transistor bipolar o
BJT

Regiones operativas y
configuraciones

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

Existen dos tipos transistores: el
NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en
cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de
cada tipo de transistor.

El transistor es un dispositivo de 3
patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y
emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla
que tiene la flecha en el gráfico de
transistor.

El transistor bipolar es un
amplificador de corriente, esto quiere decir que si le
introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas
(base), el entregará por otra (emisor) , una cantidad
mayor a ésta, en un factor que se llama
amplificación.

Según la fórmula anterior las
corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito
(Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia
ligeramente cuando se cambia Vcc. Ver figura.

En el segundo gráfico las corrientes
de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a más
corriente la curva es más alta

Regiones operativas del
transistor

– Región de corte: Un
transistor esta en corte cuando:corriente de
colector  = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie =
0)

En este caso el voltaje entre el colector y
el emisor del transistor es el voltaje de
alimentación del circuito. (como no hay corriente
circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este
caso normalmente se presenta cuando la 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 corriente
depende del voltaje de alimentación del circuito y de los
resistores conectados en el colector o el emisor o en ambos, ver
ley de Ohm.

– Región activa: Cuando un
transistor no está ni en su región de
saturación ni en la región de corte entonces
está en una región intermedia, la región
activa.

En esta región la corriente de
colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base
(Ib), de ß (ganancia de corriente de un amplificador, es un
dato del fabricante) y de las resistencias que hayan conectadas
en el colector y emisor).

Esta región es la mas importante si
lo que se desea es utilizar el transistor como un
amplificador.

Configuraciones del transistor
bipolar

Hay tres tipos de configuraciones
típicas en los amplificadores con transistores,
cada una de ellas con  características especiales que
las hacen mejor para cierto tipo de aplicación. y se dice
que el transistor no está conduciendo. Normalmente
este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib =
0)

– Amplificador emisor común-
Amplificador colector común- Amplificador base
común

Nota: Corriente de colector y corriente de
emisor no son exactamente iguales, pero se toman como tal, debido
a la pequeña diferencia que existe entre ellas, y que no
afectan en casi nada a los circuitos hechos con
transistores.

Transistor
Darlington

Estructura interna, configuración de
patillas, ganancia de corriente

El transistor Darlington es un tipo
especial de transistor que tiene una alta ganancia de
corriente.

Está compuesto internamente por dos
transistores bipolares que se conectan es cascada. Ver la
figura.

El transistor T1 entrega la
corriente que sale por su emisor a la base del transistor
T2.

Se utilizan ampliamente en circuitos en
donde es necesario controlar cargas grandes con corrientes muy
pequeñas.

Muy importante:La caída de
tensión entre la base y el emisor del transistor
Darlington es 1.4 voltios que resulta de la suma de las
caídas de tensión de base a emisor del primer
transistor B1 a E1 (0.7 voltios) y base a emisor del segundo
transistor B2 y E2 (0.7 voltios).

El Transistor Darlington: dos
transitores en cascada

Transistor Bipolar (BJT) como
interruptor

Cuando un transistor se utiliza en
un circuito, el comportamiento que éste tenga
dependerá de sus curvas características.

En el diagrama que se presenta hay varias
curvas que representan la función de transferencia de Ic
(corriente de colector) contra VCE (tensión colector
– emisor) para varios valores de Ib (corriente de
base).

Cuando el transistor se utiliza como
amplificador, el punto de operación de éste se
ubica sobre una de las líneas de las funciones de
transferencia que están en la zona activa. (las
líneas están asi horizontales).

Transistor en corte y
saturación

Cuando un transistor se utiliza como
interruptor o switch la corriente de base debe tener un valor
para lograr que el transistor entre en corte y otro para
que entre en saturación

– Un transistor en corte tiene una
corriente de colector (Ic) mínima (prácticamente
igual a cero) y un voltaje colector emisor VCE) máximo
(casi igual al voltaje de alimentación). Ver la zona
amarilla en l gráfico

– Un transistor en saturación
tiene una corriente de colector (Ic) máxima y un voltaje
colector emisor (VCE) casi nulo (cero oltios). Ver zona en verde
en el gráfico

Para lograr que el transistor entre
en corte, el valor de la corriente de base debe ser bajo o mejor
aún, cero.

Para lograr que el transistor entre
en saturación, el valor de la corriente de base debe
calcularse dependiendo de la carga que se esté operando
entre encendido y apagado (funcionamiento de
interruptor)

Si se conoce cual es la corriente que
necesita la carga para activarse (se supone un bombillo o foco),
se tiene el valor de corriente que habrá de conducir el
transistor cuando este en saturación y con el valor
de la fuente de alimentación del circuito, se puede
obtener la recta de carga. Ver gráfico
anterior.

Esta recta de carga confirma que para que
el transistor funcione en saturación, Ic debe ser
máximo y VCE mínimo y para que esté en
corte, Ic debe ser el mínimo y VCE el máximo.
*

Encapsulados de transistores y otros
semiconductores

Los transistores bipolares, triacs,
Tiristores,  y otros tipos vienen en muchas presentaciones o
encapsulados y estos vienen ligado al tipo de aplicación
en que se les va a utilizar.

Cada transistor tiene impreso en el cuerpo
del mismo, el tipo de transistor que es, siendo así muy
fácil poder encontrar sus características
técnicas en un manual como el ECG o
NTE.

En estos manuales también se pueden
encontrar transistores de características similares o muy
parecidas a los que se los llama "equivalentes"

Entre los encapsulados están: (hay
más)

– El TO-92: Este transistor
pequeño es muy utilizado para la amplificación de
pequeñas señales. La asignación de patitas
(emisor -  base – colector) no está estandarizado,
por lo que es necesario a veces recurrir a los manuales de
equivalencias para obtener estos datos.

– El TO-18: Es un poco más
grande que el encapsulado TO-92, pero es metálico. En la
carcasa hay un pequeño saliente que indica que la patita
más cercana es el emisor. Para saber la
configuración de patitas es necesario a veces recurrir a
los manuales de equivalencias.

– El TO-39: tiene le mismo aspecto
que es TO-18, pero es mas grande. Al igual que el anterior tiene
una saliente que indica la cercanía del emisor, pero
también tiene la patita del colector pegado a la carcasa,
para efectos de disipación de calor.

El TO-126: Se utiliza mucho en
aplicaciones de pequeña a mediana potencia. Puede o no
utilizar disipador dependiendo de la aplicación en se este
utilizando.Se fija al disipador por medio de un tornillo aislado
en el centro del transistor. Se debe utilizar una mica
aislante

– El TO-220: Este encapsulado se
utiliza en aplicaciones en que se deba de disipar potencia algo
menor que con el encapsulado TO-3, y al igual que el TO-126 debe
utilizar una mica aislante si va a utilizar disipador, fijado por
un tornillo debidamente aislado.

El TO-3: este encapsulado se utiliza
en transistores de gran potencia. Como se puede ver en el
gráfico es de gran tamaño debido a que tiene que
disipar bastante calor. Está fabricado de metal y es muy
normal ponerle un "disipador" para  liberar la
energía que este genera en calor.Este disipador no tiene
un contacto directo con el cuerpo del transistor, pues este
estaría conectado directamente con el colector del
transistor (ver siguiente párrafo). Para evitar el
contacto se pone una mica para que sirva de aislante y a la vez
de buen conductor térmico.

El disipador de fija al transistor con
ayuda de tornillos adecuadamente aislados que se introducen el
los orificios que estos tienen. (ver figura a la
derecha).

En el transistor con encapsulado TO-3 el
colector esta directamente conectado al cuerpo del mismo
(carcasa), pudiendo verse que sólo tiene dos pines o
patitas.

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

Transistores de efecto
de campo (FET)

1.6- Transistor de efecto de campo
(FET)

Los transistores de efecto de campo
o FET (Field Effect Transistor) son particularmente
interesantes en circuitos integrados y pueden ser de dos tipos:
transistor de efecto de campo de unión o JFET y
transistor de efecto de campo metal-óxido semiconductor
(MOSFET).

Son dispositivos controlados por
tensión con una alta impedancia de entrada (1012
ohmios).

Ambos dispositivos se utilizan en
circuitos digitales y analógicos como amplificador o como
conmutador. Sus caracterísitcas eléctricas son
similares aunque su tecnología y estructura física
son totalmente diferentes.

Ventajas del FET

1) Son dispositivos controlados por
tensión con una impedancia de entrada muy elevada (107 a
1012 ohmios).2) Los FET generan un nivel de ruido menor
que los BJT.3) Los FET son más estables con la
temperatura que los BJT.4) Los FET son más
fáciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos
y permiten integrar más dispositivos en un CI.5) Los
FET se comportan como resistencias controlados por
tensión para valores pequeños de tensión
drenaje-fuente.6) La alta impedancia de entrada de los FET
les permite retener carga el tiempo suficiente para permitir su
utilización como elementos de almacenamiento.7) Los
FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y
conmutar corrientes grandes.

Desventajas que limitan la
utilización de los FET

1) Los FET presentan una respuesta
en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada.2) Los
FET presentan una linealidad muy pobre, y en general son
menos lineales que los BJT.3) Los FET se pueden
dañar debido a la electricidad estática.En este
apartado se estudiarán brevemente las
características de ambos dispositivos orientadas
principalmente a sus aplicaciones analógicas.

FET (Field Effect Transistor)

FET: Transistor de efecto de campo, curva
característica, resistencia del canal

El FET es un dispositivo
semiconductor que controla un flujo de corriente por un canal
semiconductor, aplicando un campo eléctrico perpendicular
a la trayectoria de la corriente.

El FET está compuesto de una
parte de silicio tipo N, a la cual se le adicionan dos regiones
con impurezas tipo P llamadas compuerta (gate) y que están
unidas entre si. Ver la figura

Los terminales de este tipo de transistor
se llaman Drenador (drain), Fuente (source) y el
tercer terminal es la compuerta (gate) que ya se conoce.
La región que existe  entre el drenador y la fuente y
que es el camino obligado de los electrones se llama "canal". La
corriente circula de Drenaje (D)  Fuente (S). Ver el
gráfico.

Este tipo de transistor se polariza de
manera  diferente al transistor bipolar. El terminal de
drenaje se polariza positivamente con respecto al terminal de
fuente (Vdd) y la compuerta o gate se polariza negativamente con
respecto a la fuente (-Vgg).

A mayor voltaje -Vgg, más angosto es
el canal y más difícil para la corriente pasar del
terminal drenador (drain) al terminal fuente o source. La
tensión -Vgg para la que el canal queda cerrado se llama
"punch-off" y es diferente para cada FET.

El transistor de juntura bipolar es un
dispositivo operado por corriente y requieren que halla cambios
en la corriente de base para producir cambios en la corriente de
colector. El FET es controlado por tensión y los
cambios en tensión de la compuerta (gate) a fuente (Vgs)
modifican la región de rarefacción y causan que
varíe el ancho del canal.

La curva característica del
FET

Este gráfico muestra que al aumentar
el voltaje Vds (voltaje drenador – fuente), para un Vgs (voltaje
de compuerta) fijo, la corriente aumenta rápidamente (se
comporta como una resistencia) hasta llegar a un punto A (voltaje
de estricción), desde donde la corriente se mantiene casi
constante hasta llegar a un punto B (entra en la región de
disrupción o ruptura), desde donde la corriente aumenta
rápidamente hasta que el transistor se
destruye.

Si ahora se repite este gráfico para
más de un voltaje de compuerta a surtidor (Vgs), se
obtiene un conjunto de gráficos. Ver que Vgs es "0"
voltios o es una tensión de valor negativo.Si Vds se hace
cero por el transistor no circulará ninguna corriente.
(ver gráficos a la derecha)

Para saber cual es el valor de la corriente
se utiliza la fórmula de la curva característica
de transferencia del FET.Ver gráfico de la curva
característica de transferencia de un transistor FET de
canal tipo P en el gráfico inferior.

La fórmula es: ID = IDSS (1 –
[Vgs / Vgs (off)] )

donde:- IDSS es el valor de corriente
cuando la Vgs = 0- Vgs (off) es el voltaje cuando ya no hay paso
de corriente entre drenaje y fuente (ID = 0)- Vgs es el voltaje
entre entre la compuerta y la fuente para la que se desea saber
ID

Resistencia del canal RDS

Como Vgs es el voltaje que controla el paso
de la corriente ID (regula el ancho del canal), se puede comparar
este comportamiento como un resistor cuyo valor depende del
voltaje VDS. Esto es sólo válido para Vds menor que
el voltaje de estricción (ver punto A en el
gráfico).

Entonces si se tiene la curva
característica de un FET, se puede encontrar La
resistencia RDS con la siguiente fórmula: RDS = VDS /
ID

Los símbolos del FET
son:

Autor:

Pablo Turmero