Post on 13-Jun-2015
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Transistor en ConmutaciónQuizhpi Mateo.
Universidad Politécnica Salesiana, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Cuenca, Ecuador.fquizhpic@est.ups.edu.ec
Abstract— El transistor es muy utilizado en las zonas de trbajo: Corte y Saturacion, ya que funciona con interruptor abierto o cerrado respectivamente, a continuación vamos a describir algunos de los circuitos básicos utilizados.
INTRODUCCION
Hasta el momento se ha visto la polarización del transistor en la zona lineal, es decir, donde ocurre una ganancia de Corriente, pero también es clave el estudio del mismo en las otras zonas de trabajo, corte y saturación, ya que son muy utilizados en la actualidad.
OBJETIVOS
Reconocer correctamente en que zona está trabajando el transistor.
Modelar y aplicar correctamente las ecuaciones respectivas a cada estado.
Determinar con eficacia los puntos de trabajo del transistor.
MARCO TEÓRICO
“El diseño ideal para el proceso de inversi6n requiere que el punto de operación conmute de corte a la saturacion, pero a lo largo de la recta de carga descrita en la figura. Para estos propósitos se asurne que I C=I CE=0 mA cuando I B=0μA (una excelente aproximación de acuerdo con las mejoras de las técnicas de fabricación). Cuando V i=V max=V CC , el transistor se encontrara "encendido" y el diseño debe asegurar que la red esté saturada totalmente por un nivel de IB mayor asociado con la curva IB, que aparece cerca del nivel de saturación.
I Csat=VccRC
Por lo mismo, para el nivel de saturacion se debe asegurar que la siguiente condicion se satisfaga:
I B>IC sat
βdc
Ademas de su contribucion en los circuitos logicos de las computadoras, el transistor se puede utilizar como un intemptor,
si se emplean los extremos de la recta de carga. En la saturacion la corriente Ic es muy alta y el voltaje VCE muy bajo. El resultado es un nivel de resistencia entre las dos terminales determinado por:
R sat=V CEsat
I Csat
[1
Figura 1. Recta de Carga
DESARROLLO
1. Polarización Fija con Dos Fuentes con transistor NPN:
VEE7 V
VC15 V
Q1
2N3904
R2220Ω
RB250kΩKey=A
50%
Figura 2. Polarización Fija con Dos Fuentes
Cálculo:
I B=V EE−V BE
RB
I B=7−0,715000
I B=6,3 mA
V CE=V CC−I C (R¿¿C)¿
V CE=15−¿)220
V CE=2,252 V
V CEmax=V CC
V CEmax=15V
I C=β I B
I C=135∗6,3 ×10−3
I C=56,7 mA
I Csat=V CC
RC
I Csat=15
220
I Csat=6 8 mA
Mediciones:
RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]15,25 2,46 58,517,47 3,26 53,718,57 3,664 51,321,1 4,71 47,1
23,20 5,28 44,625,4 5,91 42,927,9 6,56 40,147 9,58 25,7100 9,84 25250 13,91 5,5
Tabla 1. Resultados Polarización Fija con Dos Fuentes
Simulaciones
Figura 3. Zona de Saturación: V CE e IC
Figura 4. Zona de Corte: V CE e IC
0 2 4 6 8 10 12 14 160
1020304050607080
15; 0
0; 682,25; 57,6
VCE (V)
IC(m
A)
Figura 5. Recta de Carga
2. Polarización Fija con Una Fuente con transitar PNP:
VCC-20 V Q2
2N3906
RC220Ω
RB1MΩKey=A50%
Figura 6. Polarización Fija con Dos Fuentes
Cálculo:
I B=V CC−V BE
RB
I B=−20+0,7340000
I B=−56,76 μA
I C=β I B
I C=250∗56 ×10−6
I C=−14,191 mA
V CE=V CC−I C(R¿¿C)¿
V CE=−25+¿)220
V CE=−16,877 V
V CEmax=V CC
V CEmax=−20 V
I Csat=V CC
RC
I Csat=−20220
I Csat=−90,909 mA
Mediciones:
RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]17 −0,406 −60,676 −4,32 −48,5109 −7,26 −37,5
141,3 −9,46 −31,8250,3 −13,3 −19,3295,9 −14,34 −16,7340 −15 −15,1
369,5 −15,71 −13,5430 −16,21 −11,61000 −18,44 −5,1
Tabla 2. Resultados Polarización Fija con Una Fuente
Simulaciones
Figura 7. Zona de Saturación: V CE e IC
Figura 8. Zona de Corte: V CE e IC
-25 -20 -15 -10 -5 0
-100
-80
-60
-40
-20
0-20; 0
0; -90,909
-16,877; -14,191
VCE (V)
IC(m
A)
Figura 9. Recta de Carga
3. Polarización por Divisor de Tensión con transistor NPN:
VCC25 V
R410kΩ
RC330Ω
Q2
2N3904R5100kΩKey=A
50%
Figura 10. Polarización Fija con Dos Fuentes
Cálculo:
RTh=R4 · R5
R4+R5
RTh=10000 ·900010000+9000
RTh=4736,84 Ω
I B=ETh−V Be
RTh
I B=11,842−0,7
4736,84
I B=2,352mA
ETh=V CC · R2
R1+R2
ETh=25· 900019000
ETh=11,842V
I C=β I B
I C=30∗2,35 ×10−3
I C=70,5667 mA
V CE=V CC−I C(R¿¿C)¿
V CE=25−¿)330
V CE=1,71 V
V CEmax=V CC
V CEmax=25V
I Csat=V CC
RC
I Csat=25
330
I Csat=75,758 mA
Mediciones:
R1[ K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]8,40 3,67 66,9
9 5,86 59,19,15 6,38 57,59,3 7,27 54,7
9,52 9,05 499,65 10,52 449,9 13,5 36,210,1 15,7 28,2
10,25 18,45 2010,57 22,33 8,3
Tabla 3. Resultados Polarización Fija con Una Fuente
Simulaciones
Figura 11. Zona de Saturación: V CE e IC
Figura 12. Zona de Corte: V CE e IC
0 5 10 15 20 25 300
1020304050607080
25; 0
0; 75,7581,71; 70,56
VCE (V)
IC(m
A)
Figura 13. Recta de Carga
4. Polarización mediante Retroalimentación con transistor PNP:
Vcc
-15 V
Rc330Ω
Q1
2N3906
R11.0kΩKey=A
50%
Figura 14. Polarización Fija con Dos Fuentes
Cálculo:
I B=V CC−V BE
RB
I B=−15+0,7
40000
I B=−357,5 μA
I C=β I B
I C=80∗357 ×10−6
I C=−28,6 mA
V CE=V CC−I C(R¿¿C)¿
V CE=−15+(28,6 )330
V CE=−5,562 V
V CEmax=V CC
V CEmax=−15V
I Csat=V CC
RC
I Csat=−15330
I Csat=−45,454 mA
Mediciones:
RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]1,65 −0,95 −40,57,23 −2,018 −37,6
14,55 −3,08 −34,528,81 −4,6 −30,145,6 −5,87 −26,4
54,9 −6,43 −24,871,1 −7,27 −22,23181 −10,3 −13,6226 −10,95 −11,7460 −12,7 −6,7
Tabla 4. Resultados Polarización con Retroalimentación
Simulaciones
Figura 15. Zona de Saturación: V CE e IC
Figura 16. Zona de Corte: V CE e IC
-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0
-40
-30
-20
-10
0-15; 0
0; -45,454
VCE (V)
IC (m
A)
-1.123;42.05
Figura 17. Recta de Carga
5. Polarización Fija con Una Fuente y Resistencia de Emisor con Transistor NPN:
Vcc
15 V
Rc500Ω
Q1
2N3904
RE220Ω
RB1.0kΩKey=A
50%
Figura 18. Polarización Fija con Resistencia de Emisor
Cálculo:
I B=V CC−V Be
RB+( β+1 ) RE
I B=15−0.7
45000+(120+1 ) 220
I B=200,28 μA
V CE=V CC−I C(R¿¿C+RE)¿
V CE=15−24 ×10−3(720)
V CE=1,3 V
V CEmax=V CC
V CEmax=15
I C=β I B
I C=120∗200 ×10−6
I C=24,034 mA
I Csat=V CC
RC+RE
I Csat=15
500+220
I Csat=20,8 mA
Mediciones:
RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]44,1 0,983 20,8358,8 2,15 20,564,8 2,78 19,275,1 3,71 18,798,4 5,5 17
119,2 6,62 15164,2 8,4 11,7209,5 9,6 9,6314 11,21 6,7915 13,72 2,4
Tabla 5. Resultados Polarización con Retroalimentación
Simulaciones
Figura 19. Zona de Saturación: V CE e IC
Figura 20. Zona de Corte: V CE e IC
0 2 4 6 8 10 12 14 160
5
10
15
20
25
15; 0
0; 20,7
4,88; 13,95
VCE (V)
IC (m
A)
Figura 21. Recta de Carga
6. Polarización fija con una fuente que tenga la capacidad de moverse desde ¼ VCC hasta ¾ VCC en la recta de carga.
VCC12 V
RC330Ω
RB500kΩKey=A
50% Q1
2N3904
Figura 22. Polarización Fija
Cálculo
¾ Vcc
V CE 1=12( 14 )=3 V
V RC=VCC−VCE1
¿12−3=9V
IB= ICβ
=27.27 mA375
=72.72 uA
IC1=VRCRC
IC1=9
330=27.27 mA
RBmin=VCC−VBE
IB= 12−0.7
72.72 uA=155.39 K Ω
1/4 Vcc
V CE 1=12( 34 )=9 V
V RC=VCC−VCE1
¿12−9=3V
IB= ICβ
=9,09375
=24,24 uA
IC1=VRCRC
IC1=3
330=9,09 mA
RBmax=VCC−VBE
IB= 12−0.7
24,24 uA=466,17 K Ω
I Csat=VCCRC
= 12330
=36.36 mA
V CEmax=VCC=12 V
Mediciones:
RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]159,2 3,08 26,26172,3 3,33 24,27195,4 3,78 21,40221,8 4,29 18,85268,5 5,20 15,57313,2 6,06 13,35354,3 6,86 11,80389,6 7,54 10,73423,8 8,20 9,87462,3 8,95 9,04
Tabla 6. Resultados Polarización Fija
Simulaciones
Figura 23. Punto ¾ Q: I C y V CE
Figura 24. Punto ¼ Q: I C y V CE
Figura 25. Recta de Carga
CONCLUSIONES
Existen varios circuitos en los que se requiere que el tranasistor esté completamente abierto o cerrado, es decir en corte o saturación, necesitamos que funcione como interruptor. Adicionalmente también se entendio que son dispositos de control para controlar otros elementos, tales como motores, reles, etcl. Despues se llegara al estudio de otros dispositivos de control como los FET.
Este gran dispositivo tiene grandes aplicaciones, como observamos se lo utiliza como temporizadores, lo cual es el funcionamiento básico de un CILM555. Para estos circuitos temporizados es importante hacer el calculo del tiempo de carga y descarga de la red RC, el cual es el que los tiempos ON y OFF del circuito.
REFERENCIAS
[1] ELECTRÓNICA: TEORIA DE CIRCUITOS. SEXTA EDICION.ROBERT L. BOYLESTAD.LOUIS NASHELSKY.PEARSON EDUCATION.Pag 181-185.