¡ .

Los transistores son ¡imdamentales en la mayoría de los circuitos electrimicos querealizan lajimción de amplificación, control, estabilización de la tensión, etc. Hay quepensar que los dispositivos electrónicos que generan las señales de control, como unaresistencia NTC en un termostato, una LDR en una barrerajátoeléctrica, un micrójá­no de audio, etc., producen señales eléctricas muy débiles que, en la mayor parte de lasaplicaciones, hay que aumentar (proceso de amplificación) para poder conseguir ali­mentar a dispositivos o receptores, que necesitan de un aporte mayor de energía parasu funcionamiento (altavoces, tubos de rayo.~ catódicos, relés que ponen en marcha unalámpara o motor, etc.).

Antes de descubrirse el transistor (1950), los circuito.~ electrónicos estaban cons­truidos con válvulas de vacío. Éstas eran muy voluminosas y necesitaban para sufun­cionamiento de una resistencia de caldeo, que provocaba un consumo de energía exce­sivo y acortaba la vida tle las mismas.

El invento del primer transistor por Schockley tlio pa.H) a una nueva era. A partir deltransistor bipolar se han ido desarrollando otro tipo de transistores, como el transistor {leefecto de campo "FET" y el transistor de campo de óxido metálico "MOSFET" que porsus especiales características les hace ideales para el tratamiento {le señales de radio fre­cuencia y en el diseño de circuitos digitales. Con ellos también se han desarrollado loscircuitos integrados "chips", que reúnen en un solo componente multitud de transistoresde todo tipo, diodos, resistencias, etc., consiguiendo miniaturizar y simplificar enorme­mente los circuitos. Los circuitos integrados consiguen realizar múltiples funciones conun solo componente, como las que realiza el microprocesador de l/n ordenador.

~

COIJÍ=IJjuu~ Funcionamiento del transistor bipolar.... Características del transistor.~ Polarización del transistor.

~ Analizar la tipología y camclerísticas fúncionales de los transistores.... Describir las curvas características más representativas de los transistores, explican­

do la relación existente entre las magnítudesfimdamentales que los caracterizan.... interpretar los parámetros.fimdamentales que aparecen en las hojas técnicas de los

fabricantes de transistores..,. Describir los circuitos de polarización del transistor.

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Figura 12.1. Aspecto de transistores con diferentes encapsulados.E

Experiencia]2.]

a) Localiza un Ironsistor NPN en el compartimiento decomponentes del el7lrenador didáctico, por ejemplo el se/07, Y monta el circuito de la.figura /2.3 mediante un diodoLE}) conectado en serie con una resistencia de 470 .Q Yalimenta el conjunto por una pila o/úente de alimentaciónde 9 V.

Para estudiar el funcionamiento del transistor nos vamos areferir exclusivamente al tipo NPN.

12.2. Funcionamientodel transistor

TO-92TO-3TO-126

Al igual que los diodos de unión, los transistores bipolaresse construyen gracias a la unión de cristales semiconductoresde tipo P y de tipo N.

El transistor es un componente fácilmente identificable porsus tres terminales de conexión que asoman al exterior através de una de las bases de su cápsula (Figura 12.1) Estossuelen estar dispuestos en línea o según los vértices dc untriángulo imaginario.

12.1. Transistores bi~_olares

Al probar el circuito, el diodo LE}) se tendrá queencender. Veamos cuál es la explicación de este fenóme­no: al conectar el polo positivo de la pila a la base (cris­tallipo P) y el negativo al emisor (cristal tipo N) la uniónqueda polarizada directamente y por tanto circulará unaelevada corriente a través del cristal (como si se tratasede U/1 diodo), que hace que el LED se encienda.

b) Ahora permuta los conductores en los terminales deltransistor según se indica en el esquema de la figura 12.4.Al probar el circuito el diodo LED no se tiene que encender.

9V

Figura 12.3.

Emisor

NPN

Colector

E111¡sor Co leclor

~Base

Emisor

Colector

En~;R'"Base

Cada uno de estos tenninales está unido a un cristal semicon­ductor de tipo P o tipo N. De esta forma, nos encontramqs conun tenninal de emisor, un terminal de base y otro de colector.

Existen dos tipos de transistores, los PNP y los NPN. En laFigura 12.2 se muestra la disposición de los cristales en cadauno de los tipos, así como su símbolo correspondiente. Obsér­vese que si el transistor es PNP (PeNetra) la flecha corres­pondiente al emisor se dibuja hacia dentro, y si es NPN (NoPeNetra) dicha fecha se dibuja hacia fUera.

Figura 12.4.

Figura 12.2. Transistores NPN yPNP.

En el proceso de fabricación de un transistor NPN, se haceque el cristal semiconductor correspondiente al emisor estémuy contaminado, por lo que contendrá un exceso de portado­res de carga; su tarea consistirá en enviar o emitir estos porta­dores de carga (electrones) a la base. El cristal semiconductorde la base se fabrica extremadamente delgado y con un gradotenue de contaminación; los electrones emitidos por el emisoratraviesan, prácticamente en su totalidad, a este cristal, paraacabar dirigiéndose al colector. La misión de la base consistiráen controlar dicho flujo de electrones. El cristal semiconductordel colector se fabrica con un grado de contaminación intenne­dio y recibe este nombre por recoger los electrones enviadospor el emisor.

¿Cuál es la explicación?: Si se polariza la unión emi­sor-base PN en sentido inverso, la corriente a través delcristal será prácticamente nula y por lo tanto el diodoLED permanecerá apagado (ver Figura 12.5),

A e

Figura 12.5.

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A e .-¡

D ¡iBase llll ' ¡¡

r

C~BlKo.E 1,5 V

T _

470 Q 1I

~~

Figura 12.10.

Figura 12.9.

¿C:uál es la explicación?: La principal barrera que seopoma al paso de los electrones desde el emisor al colec­tor la constituía la barrera AB (Figura 12.10), ya que unavez atravesada ésta los electrones se encuentran bajo lai/?!luencia del campo eléctrico del polo positivo.

-9V

e) Seguidamente, conecta los terminales del colector yemisor, tal como se muestra en la Figura 12.7. Podrás com­probar como en este caso el diodo LED no se enciende,

470 [2 1I e E

9V~ :-1 JFigura 12.6.

d) Ahora permuta los conductores de la pila, de talforma que la base quede conectada al terminal negativo yel colector al diodo LED. Dibuja tú mismo el esquema deconexiones y explica por qué no se enciende el diodo LEDen este caso.

e) Realiza ahora las conexiones con los terminales debase y colector, tal como se indica en el esquema de laFigura 12,6, Y explica por qué se enciende el diodo en estecaso,

© /TES-PARANINFO

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Al aplicar una peque/la tensión positiva a la base (cris­tal P), con re~pecto al emisor (cristal N), dicha barreradesaparecerá, por quedarpolarizada directamente la uniónde los cristales PN que la componen, sintiéndose atraídoslos electrones por los potenciales positivos de la base y delcolector. Dado que el potencial positivo del colector esmucho más elevado que el de la base, los electrones se sen­tirán más atraidos por el primero. por lo que se obtiene unaelevada corriente de colec/or le (que hace que el diodoLED .I'r encienda) y una pequeña corriente de base lB'

A dta explicación hay que añadir que, al ser el cristalde la base extremadamente delgado y estar débilmentecontaminado con unos pocos huecos, la base se saturarápidamente al ser invadida por la gran cantidad de elec­trones provenientes del emisor, causando una difusión delos mismos hacia la zona de empobrecimiento de la unióncon el colector. Una vez que los electrones han superadola unión. son atraidos confuerza por elfuerte campo eléc­trico positivo a que está sometido el colector.

El número de electrones que fluyen hacia el colectorserá más elevado cuanto mayor sea la tensión de polari­zación directa del diodo base-emisor. Por lo que se puededecir que, esta tensión, junto con la corriente de base,controlan la corriente de colector. Haciendo un símil,podríamos decir que la tensión de polarización del diodobase-emisor abre más o menos una compuerta por dondepasan los electrones; esta compuerta se consigue abrircon un pequeño esfuerzo (débil corriente de base); sinembargo, por ella pasan una gran cantidad de electrones,que se dirigen hacia el colector, debido al fUerte potencialeléctrico que éste posee.

Colector

Base

e

Figura 12.8.

A

Emisor

j) Consigue una resistencia de 1.000 Qy una pi/a de1,5 V Y realiza el montaje que se propone en la Figura12.9. Podrás comprobar como en este caso sí que seenciende el diodo LED.

¿Cuál es la explicación?: Los electrones libres del cristalNdel emisor son repelidos por el polo negativo de la pila(Figura 12.8), mientras que los electrones libres del cristal Ndel colector son atraidos por el polo positivo. De todo esto sededuce que se produce un desplazamiento de electrones en elsentido del emisor al colectol: A pesar de ello, los electronesdel emisor no poseen la suficiente energía para atravesar lasbarreras AB y CD de las uniones, las cuales los repelen.

La corriente emisor-colector es por tanto muy pequeñay por eso el diodo LED no se enciende; considerándose aefectos prácticos como una corriente de/uga.

Figura 12.7.

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I~~ ,¡_.__.:---:~~-""'-----~~~----'

Experiencia ]2.1

Toma un transistor desconocido y averigua de qué tipoes, así como la disposición de sus terminales. Seguida­mente. se exponen algunas ideas para conseguirlo.

Primero determinamos cuál de los terminales deltran­sistor corresponde a la base. Esto se consigue midiendo laresistencia con el óhmetro entre los diferentes terminales.En un transistor en buen estado, la resistencia entre elcolector y el emisor es siempre muy alta, cualquiera quesea la polaridad aplicada por el óhmetro; cuando se hagaesta verificación, el otro terminal corresponderá a la base.

Una vez localizada la base, conectamos la punta deprueba posítiva en la misma y la negativa en cualquierade los otros dos terminales del transistor: si la resistenciaobtenida es muy baja (se ha polarizado la unión de uno delos dos diodos por efecto de la tensión positiva aplicadacon el óhmetro a la base P ) se trata de un transistor tipoNPN: si obtenemos una resistencia muy alta (no se hapolarizado la unión) se trata de un transistor PNP

Figura 12.13. Identificación del tipo de transistor mediante un polímetro.

Mediante un método muy sencillo se puede determinar si untransistor desconocido es del tipo PNP o NPN. Este método con·siste en tomar varias medidas, con el polímetro utilizado comoóhmetro en el rango de xl 00, de las resistencias que aparecenentre los diferentes terminales del transistor (Figura 12.13).

Salid,¡

,..----"""""----0 + Vee

Figura t1.11. El transistor como amplificador.

Entrada 0v

El estudio que se ha hecho para el transistor NPN es igual­mente válido para el PNP, con la única diferencia de que en elcaso del transistor PNP la conducción se produce cuando seaplica una tensión negativa en el colector con respecto al emi­sor y una tensión igualmente negativa, aunque de inferiorvalor a la base, con respecto al emisor (Figura ¡2.12).

Si tenemos en cuenta que la corriente de base es ml~Y

pequeña con respecto a la del colector y que esta últimavaría en consonancia con la primera, habremos compren­dido la más importante propiedad del transistor. com'is­tente ensu capacidad de amplificación de corriente.

Este fenómeno nos permitirá que, con la débil corrienteque puede tener cualquier forma de variación en el tiempo,como pueden ser señales de radio, TV, sonido, etc., podamosobtener la misma forma de variación en el tiempo sobre unacorriente mayor, procedente de una fuente de alimentación, loque da lugar a poder transformar señales débiles en otras sufi­cientemente fuertes para producir, por ejemplo, sonido en unaltavoz, imagen en un televisor, etc. (Figura [2.11).

figura 12.12. Polarizaciones en un transistor PNP.

12.3. Identificación de transistores

Por si te sirve de ayuda, en la Tabla 12.\ se indican lasmedidas de resistencia que se dan en cada caso para los dostipos de transistores.

\¡¡1i11

La mejor forma de identificar un transistor es anotar sureferencia y, posteriormente, consultar sus características enlas hojas de especificaciones técnicas del fabricante, o en unlibro de características de transistores.

Con este senci 110 procedimiento también se puede llegar aaveriguar cuál de los terminales corresponde al emisor y cuálal colector. Para ello, hay que tener en cuenta que:

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Colector

Basele

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1111VeB

(a)VllE

Emisor

Ve¡.

..---.....--------..... r-;-------..,)VCllo

'--------II-------..----IIIIII----JVca

Figura 12.15. Sentido de la corriente en el circuito. al Según el flujode electrones. bl Sentido convencional de la corriente.

(b)

Este estudio 10 realizaremos también sobre un transistorNPN. Este tipo es más utilizado que el PNP, ya que actúa algomás rápido y se adapta mejor a los sistemas donde se conectael negativo a masa. No obstante, es fácil encontrar los dostipos de transistores en un mismo circuito, ya que su combi­nación amplia las posibilidades del diseñador.

antes vamos a realizar un pequeño repaso de los conocimien­tos ya adquiridos, intentando, a su vez, dar una mayor pro­fundidad a los mismos.

Para comprobar si un transistor está en buen estado utiliza­remos el óhmetro. Con él verificaremos la resistencia entre losterminales del transistor con las diferentes posibilidades depolarización, teniendo en cuenta que: a) con cualquier polari­dad, la resistencia obtenida al aplicar el óhmetro entre elcolector y el emisor es siempre muy alta para un transistor enbuen estado; b) al polarizar directamente cualquiera de lasuniones entre base-colector y base-emisor la resistencia obte­nida para un transistor en buen estado debe ser baja.

Por otro lado, los polímetros digitales suelen ir equipadoscon un dispositivo, llamado transistómetro, para poderconectar el transistor y así poder determinar su ganancia.Para ello dispone de dos filas de tres conexiones, una paratransistores PNP y otra para NPN, tal como se muestra en laFigura 12.14.

La resistencia y tensión de barrera de la unión base­colector es algo menor que la correspondiente a launión base-emisO/:

Esta diferencia es más apreciable si medimos la tensión debarrera con un polímetro digital.

12.4. Comprobación del estado deun transistor

Figura 12.14. Medida de la ganancia mediante polímetro digital.

Con este dispositivo podemos mt<dir la ganancia de untransistor una vez conectado en el apartado que le correspon­de, según su tipo, y en el orden de terminales correcto. Apro­vechando el transistómetro se puede verificar el estado de untransistor, ya que si el mismo está en buen estado tendrá quemedirse una ganancia aceptable. Con este sistema también esposible comprobar la disposición de los tres terminales deltransistor, ya que hasta que éste no se conecta adecuadamen­te al transistómetro no se mide ganancia alguna.

.12.5. Intensidades de corrienteen el transistor

En los apartados anteriores hemos estudiado, de una formaexperimental, el funcionamiento del transistor. Completare­mos, ahora, algunos otros aspectos más particulares delmismo, como son la relación de intensidades de corriente queaparecen en cada uno de los terminales del transistor. Pero

Tal como está polarizado el transistor NPN (Figura 12.15), eldiodo~formado por la unión del emisor y la base queda polariza­do directamente con la tensión VBE' Para que esto ocurra, serásuficiente con una tensión mínima, superior a la umbral, que enel caso del silicio será de 0,6 Va 0,7 V. Este fenómeno de pola­rización directa hace que la resistencia base-emisor (RRE) dis­minuya a un valor muy reducido (por debajo de los 100 a).

Por otro lado, el diodo formado por la unión de la base y elcolector aparece polarizado inversamente por la tensión VCB'

que es de un valor mucho más alto que VBE' De aquí, se dedu­ce que la resistencia entre el colector y la base (RcB) sea de unvalor elevado (unos 10 Ka).

Sin embargo, tal como se pudo apreciar en las experienciasllevadas a cabo, la corriente es capaz de atravesar tanto launiÓn polarizada directamente como la polarizada inversa­mente. De tal forma que el valor de la corriente que entra porel emisor 110: se acerca bastante a la del colector le' siendo lacorriente que sale de la base muy pequeña.

Efectivamente, la región que ocupa la base del transistor esmuy reducida y está mínimamente impurificada, por lo queposee muy pocos huecos. De esta forma, los electrones queemite el emisor superan sin dificultad la unión emisor-base,

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12.8. Relación entre los_..__. .P~~~~!~~_~lt~.__=-.--.--.--.-

Rp= --= 1000,08

La ganancia de corriente de los transistores comerciales varíabastante de unos a otros. Así, nos podemos encontrar transisto·res de potencia que poseen una ~ de tan sólo 20. Por otro lado,los transistores de pequeña señal pueden llegar a tener una pde400. Por todo ello, se puede considerar que los valores normalesde este par:lInetro se encuentml, entre 50 y 300.

En las hojas de especificaciones técnicas, que facilitan losfabricantes de transistores, en vez de utilizarse Ppara identi­ficar la ganancia de corriente, se suele utilizar hFE , Así porejemplo, para el transistor con referencia Be 108, se lee ensus hojas de características una hFE entre 150 y 290; lo quenos indica que la ganancia de corriente de este transistorpuede encontrarse entre estos valores.

La ganancia de corriente varía notablemente con la corrien­te de colector. Además, la temperatura ambiente influye posi­tivamente en el aumento de dicha corriente. Hay que pensarque al aumentar la temperatura de la unión del diodo colectoraumenta el número de portadores minoritarios y, por tanto seproduce un aumento de la corriente de colector.

Así, por ejemplo, en el caso de que en un transistor seobtenga llna variación de corriente de colector de 8 mA y deO,Og mA en la corriente de base, la ganancia será:

I lE"" le + lB 1

A pesar de que la corriente de base es muy débil, ésta es muyvaliosa, ya que gracias a ella se puede gobernar la gran corrien­te que aparece en el colector. De tal fonna que, si la corrientede base fuese nula, no habría con'iente de colector. Téngase encuenta que, al desaparecer la tensión de polarización de launión emisor-base, los electrones del emisor no pueden superaresta barrera.

12.6. Parámetro alfa (a)de un transistor

El parámetro alfa de un transistor indica la relación desemejanza que se produce en la corriente de colector y lasvariaciones de corriente del emisor.

por estar polarizada directamente. Pero es probable que unode estos electrones encuentre en la base un hueco libre con elque combinarse. Por ello, la corriente de base será muy débil.Sin embargo, estos electrones, una vez que superan la barrerade emisor-base, se sienten fuertemente atraídos por el poten­cial eléctrico positivo del colector, estableciéndose un valorconsiderable de corriente de colector le

'Lo nonnal es que et 99% de la corriente del emisor se dirijadirectamente al colector y que el 1% restante lo haga a la base.

Se puede establecer una ecuación que relacione estas trescorrientes, de tal forma que:

Así, por ejemplo, en el caso de que en un transistor se hayamedido una variación de la corriente de colector de 7,92 mA,entre dos puntos de funcionamiento, y una variación de 8 ¡nAen la corriente de emisor, tendremos que:

7,920:= --= O99

8 '

Dado que la corriente de base suele ser muy pequeña, en lamayor parte de los transistores el valor del parámetro o: seacerca a la unidad, no superando en ningún caso valores supe­riores a 0,95.

12.7. Ganancia de corriente oparámetro beta (~) de untransistor

La circunstancia de que una pequeña corriente de base con­trole las corrientes de emisor y colector mucho más elevadas,indica la capacidad que posee un transistor para conseguir unagran ganancia de corriente. Así, la ganancia de corriente deun transistor es la relación que existe entre la variación oincremento de la corriente de colector y la variación de lacorriente de base.

Combinando las expresiones de los parámetros a. "" lellE YP= le! Ifl' Yteniendo en cuenta la relación existente entre lasdiferentes corrientes que se dan en el transistor lE = le + lB' sepueden encontrar expresiones matemáticas que relacionenambos parámetros, tal como las que se indican a continuación:

Intenta tú mismo obtener estos mismos resultados.

Así, por ejemplo, para determinar el parámetro (J.. de untransistor que tuviese una ganancia de corriente de 150 ope­raríamos así:

150a=--""099

150 +1 '

12..9. Tensiones_.d~rupturaAl igual que ocurría con los diodos, cuando se polariza

inversamente cualquiera de las uniones de un transistor apa­recen pequeñas corrientes inversas, que no provocarán la rup­tura de dichas uniones si la tensión que se aplica no supera losvalores máximos fijados en las hojas de especificaciones téc­nicas. Se pueden dar dos casos diferentes a tener en cuenta:

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Tensión inversa colector-base (VCIlO) con el emisorabierto: En la Figura 12.16 se ha abierto el circuito delemisor; observa cómo la unión formada por la base y elcolector están polarizadas inversamente con la tensión VCB'

Como ocurría con los diodos, ésto provoca la circulaciónde una pequeña corriente de fuga (IC1l0) que no será peli­grosa hasta que na se alcance la tensión de ruptura de launión. Normalmente esta tensión suele ser elevada (delorden de 20 a 300 V).

(a)

Figura 12.16. Transistor con el emisor abierto.

Nunca deberá trabajarse, por supuesto, con una tensiónsuperior a la indicada por el fabricante en sus hojas técnicas.Este dato suele aparecer indicado con las siglas VCllO'

12.10. Características de los.tra~~~sto~e~_ bi~~~ar~s

Las curvas características del transistor relacíonan entre sítodas las magnitudes de tensión e intensidad de corriente quese dan en el mismo, como son: la tensión colector-emisor(VCI)' la tensión base-emisor(VBE), la tensión colector-base(Vcn), la corriente de base (lf\)' la corriente de colector (lc) yla corriente de emisor (lE)' De esta forma, conociendo las cur­vas características se puede entender el funcionamiento deltransistor, así como determinar la mayor parte de los aspectosque definen al mismo, como pueden ser: parámetros o: y ~,

resistencia de entrada y resistencia de salida, ganancia de ten­sión, determinación del punto de funcionamiento de un tran­sistor y otras más.

12.10.1. Curvas características conel emisor común (EC)

La mayoría de los circuitos con transistores utilizan elemisor como terminal común entre la entrada y la salida, envez de la base. En la Figura 12.18 se muestra el circuito bási­co con la configuración en emisor común (EC).

Figura 12.18. Transistor en emisor común.

Tensión inversa colector-emisor con la base abierta:En este otro caso, se ha abierto la base y, por tanto, se apli­ca una tensión entre el colector y el emisor que es igual a lasuma de las tensiones de las dos fuentes (Figura 12.17).Esta fuerte diferencia de potencial provoca un pequeñoflujo de electrones que emite el emisor y que se sientenfuertemente atraídos por el potencial positi va de la fuente.El resultado es una pequeña corriente de fuga de emisor acolector ICEO' Al igual que ocurría anteriormente, el valorde esta corriente está determinado por la tensión colector­emisor (VCEO) aplicada. En las hojas técnicas también apa­rece la tensión máxima de funcionamiento (VCEO)' que enningún caso debe ser superada, para evitar el peligro de des­trucción del semiconductor.

V!Hl Vcc I...

Emisor

¡nI!

Colector

VC13

Ahora la base hace de electrodo de entrada y el colector deelectrodo de salida.

El funcionamiento del transistor en este circuito es similaral de la configuración Be. Cuando la tensión de polarizacióndirecta VBE del diodo emisor-base supera los 0,7 V (para tran­sistores de silicio), los electrones libres, que provienen delemisor, traspasan la delgada capa de la base, en dirección alcolector, empujados por el fuerte potencial eléctrico causadopor la polarización inversa VeE, Como podremos comprobaren las curvas características, el valor de la corriente de colec­tor dependerá casi exclusivamente de la corriente de base.

Figura 12.17. Transistor con la base abierta.

Así por ejemplo, para el transistor BC 108, en las hojas deespecificaciones técnicas aparecen los siguientes valores paralas tensiones de ruptura: VCHO = 30 V Y VCEO = 20 V, lo quesignifica que este transistor nunca deberá operar con tensionessuperiores a estos valores especificados,

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Características le = f(Vo ) para lB = cte

Estas características también son conocidas como familiade colector, ya que son las correspondientes a la tensión eintensidad del colector. En la Figura 12.19 se muestra unafamilia de curvas de colector para diferentes valores constan­tes de la corriente de base.

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20 30 40 SOV CE (V) --_.~¡,..

figura 12.20•

10o

"0~ 0,401111\ I ) I1'0' OlO mA ,_

IV" ip'in,A¡.-~

~¡.-¡.....- ¡l

~ p¡..-¡.-¡.-L--

V ....... 0,\5 n,:\- T I... f-- .. .-

~11\

--_..

V I1,,-' 0.05 nV\ f--

.-I

>\1,r-40

20

100

.c\~'Y'

I 80

le(mi\) 60

Figura 12.21. Resistencia de salida de un transistor.

B

Como para un montaje en emisor común, la tensión en lasalida es VCE Y la corriente de salida es le;, el valor de estaresistencia se calcula aplicando la ley de Ohm de esta fomla:

tlVsal ~VCERs=---=--

~l'nl tllcMediante las curvas de colector será fácil determinar la

resistencia de salida del transistor, ya que éstas relacionan losvalores de VCE con le- Esta resistencia adquirirá valores dife­rentes para cada una de las corrientes de base.

Resistencia de salidaSe podría decir que la resistencia de salida de un transistor

es la que presenta el mismo visto desde los bornes de salida(Figura 12.21).

20 30 40 50VCE (V) -_.-... frI>--

10

~~ 0,40 mA. I lA. I \~,

Iv~0,30 m {) 25 mA-

-~:-1.-¡.;;¡ooo ¡ I

¡...... o.~~l--l-- I

¡...~ 0,15 mt

.-~~I~,I mA.

¡....- I1"= 0,05 mA l---

.....

o

20

.figura 12.19. Curvas le =f(VCE) para lB constante.

le(mA) 60

IDO

Obtención de la ganancia de corriente de untransistor a partir de las curvas características

La ganancia de corriente de un transistor se definía comola relación· que se da entre la variación de la corriente decolector (~Id y la variación de corriente de base (~lB)' Paradetenninar dicha ganancia se puede recurrír a las caracterís­ticas de colector.

40

Estas curvas representan, en cierto modo, la forma de fun­cionamiento del transistor. Se puede comprobar que, pata unatensión constante de colecto-emisor, si se producen pequeñasvariaciones de la corriente de base (del orden de ¡lA) se origi­nan unas variaciones en la corriente del colector mucho máselevadas (del orden de mA). De lo cual se deduce la capaci­dad del transistor para amplificar corrientes.

Observa que, en la mayor parte de las curvas, la tensiónVCE afecta muy poco a la corriente de colector '("' Si seaumenta VCE demasiado (por encima de VCEO)' la unión delcolector entra en la región de ruptura y éste puede llegar adestruirse. Sin embargo, si la tensión VCE es muy pequeña(por debajo de 0,7 V), la corriente de colector será muydébil, obteniéndose una ganancia de corriente muy baja. Enconclusión, para conseguir que el transistor trabaje comoamplificador de corriente, la tensión de polarización inversaV CE debe mantenerse por encima de 0,7 V Y por debajo dela tensión de ruptura.

Ejemplo 12.1

Supongamos que la curva característica de un transistorensayado es la que se muestra en la Figura 12.20.

Para un punto de funcionamiento situado en VCE '" 20V, según las curvas de la Figura 12.20, la intensidad decolector variará entre lc = 32 roA e lc '" 45 mA, mientrasque la intensidad de base lo hará entre lB = 0,10 mA e 1B

= 0,15 roA. La ganancia se calcula así:

13=~= _4_5_-_32~M B 0,15 - 0,1

260

Ejemplo 11.2

Determinar la resistencia de salida de un transistor enconfiguración Ee para una corriente de base de 0,20 mA,si sus curvas de colector son las que se muestran en laFigura 12.22.

Solución:

En el caso de que en un principio el transistor recibauna tensión entre colector y emisor de 10 V, la corriente decolector adquirirá, según las curvas, un valor de 59 mA. Siahora se aumenta la tensión entre el colector y emisorhasta 20 V, sin variar la corriente de base, aparecerá unanueva corriente de colector igual a 63 mA. De esta forma,obtendremos los valores de:

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ti.VCE = 20 - 10 = 10 V

tl.lc = 59 - 63 = 4 mA = 0,004 A

tl.VCE 10Rs = --= --= 2.500 Q

ti.le 0,004

En el caso de que la corriente de base disminuyera, porejemplo hasta 0,05 mA ¿se produciría alguna variación enla resistencia de salida? Compruébalo tú mismo.

-o

Figura 12.14. Resistencia de entrada de un transistor.

Al observar atentamente la característica de transferencia dela Figura 12.23, se puede observar que la intensidad de baseaumenta con la tensión base-emisor. Pues bien, a la relaciónexistente entre las variaciones de tensión base-emisor y las de lacorriente de base, que se corresponden con la tensión y corrien­te de entrada, se la denomina resistencia de entrada, es decir:·

ti.Ven! ti.VBERe =---= ---

tl.tellt tl.IB

Para realizar el cálculo de la resistencia de entrada nos val­dremos de la curva característica de transferencia.

Resistencia de entrada

Los transistores de germanio se han ido dejando de utilizarpoco a poco, dando paso a los de silicio, que son más baratosy responden mejor a altas temperaturas. No obstante, el ger­manio ofrece algunas ventajas en determinadas aplicaciones.

Se podría decir que la resistencia de entrada de un tran­sistor es la que éste presenta desde los bornes de entrada(Figura 12.24).

oCE (

~".- 0,401111\ I I[ l.w OJO \111\ ~_

J" ".-, O)51nl\:

'_.~

80e ¡"... --- I l.) ~ O,lO.#-

I I~".- O 1511\A

, J

40 .JOI I

0,\ mA

~ I20 tI! ~ 0,0) mI\. r-

I

O 10 20 30 40 5V ·v _.~__.uü_

Figura 12.22 •

11.111 Q

Característica lB = f(VBE) para VCE = ete

Mediante esta curva podemos determinar los efectos queproducen las variaciones de la tensión de polarización V BEsobre la corriente de base lB' Estas gráficas reciben el nom­bre de curvas características de transferencia. Las curvasque se obtienen son muy similares a la de un diodo cuandose le polariza directamente. En la Figura 12.23 se muestrala diferencia existente entre la característica de un transis­tor de germanio y uno de silicio. El de germanio comienzaa conducir cerca de los 0,2 V Y el de silicio a los 0,6 V,aproximadamente.

Ejemplo 12.3

Teniendo en cuenta la canlcterístíCa de transferencia dela Figura 12.23, para el transistor de silicio, averiguar laresistencia de entrada para una configuración en EC.

Solución:

Si tomamos las tensiones de base-emisor de 0,7 Vy 0,8 V, .según la curva de la Figura 12.23, para transistores de silicio'.les corresponderán unos valores de corriente de base de 8 y17!¡.iA, respectivamente. Luego la resistencia de entrada será:

R = 0,8 - 0,7e 17. 10-6 _ 8 '10-6

Figura 12.23. Curvas lB ;; f(VBE) paraVCE constante.

Estas tensiones permanecen prácticamente constantes, porlo que serán de gran ayuda para localizar averías en circuitoscon transistores.

1/ I- IIGel Sil/ /

../ ./

t100

80

lB 60()l A )40

20

oO 0,2 0,4 0,6 0,8

VBE (V) --l\íIP-

12.10.2. Curva de potencia máximade un transistor . .

Una de las aplicaciones de las curvas características de untransistor es que, a partir de éstas, se pueden determinar loslímites de funcionamiento del mismo. Estos límites estándeterminados por la potencia máxima que puede desarrollarun transistor sin provocar su destrucción.

Veamos en qué consiste este fenómeno: el transistor poseellna resistencia entre el colector y el emisor, que varía en fun­ción de la intensidad que se le aplique a su base lB" Por estaresistencia variable circula una corriente le' relativamentegrande, que provoca en la misma una potencia calorífica,debido al efecto Joule. Esta potencia se calcula realizando el

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Figura 12.25. Curva de potencia máxima de un transistor.

504030

VCE (V) -...

2010o

~ ? V O,40 mA

o,~om~J ~_~;

.--- 025 m,/'" -::t--r

~- I I...-¡.-- 02om¡\

'\'~-- -lo 1

....." 0,\5m/\I

"- I I......1--" ,f'

0,1 mAL -1

V- " r-.......I 1,

1,,=O,OSmA_---¡.- :-..

20

40

80

60

[e

(Il1A)

100

La potencia máx ima a que puede trabajar un transistortambién depende de la temperatura ambiente. Hay que teneren cuenta que el calor producido en las uniones se conducea través del encapsulado del transistor y se disipa al aire quele rodea. Cuanto mayor sea la temperatura de este aire (tem·peratura ambiente), peor será la ventilación del transistor, ypor lo tanto, menor la potencia máxima que se le puede exi­gir al mismo.

Por lo general, en las hojas técnicas se indica la potenciamáxima para una temperatura ambiente de 25 oc.

En el caso de que la temperatura ambiente fuese superiorhabría que encontrar la potencia máxima de funcionamientopara que el transistor trabaje dentro de sus límites de tempe­ratura admisibles. En algunas hojas de especificaciones técni·cas aparece una curva de relación, como la que se muestra enla Figura 12.26.

La curva de la Figura 11.26 nos indica que para unatemperatura ambiente de 25 oC la potencia máxima es de125 In W. Sin embargo para 55 oC, la potencia disminuye a50 mW.

La potencia máxima que un transistor puede disipar enforma de calor depende de la temperatura máxima permitidaen la unión del colector T. (máx.). Esta temperatura nuncadebe ser superada, ya que i. partir de ella se puede destruir eltransistor. Este dato aparece en las hojas de características delcomponente. Así, por ejemplo, el transistor Be 107 posee unaTJ (máx.) de 175 oc.

1ntluencia de la temperatura ambienteen la potencia máxima de un transistor

Esta hipérbola divide a la característica en dos zonas clara•..'mente diferenciadas: la zona prohibida de funcionamiento'.que queda por encima de la misma, y en la cual la potenciaes;superior a 600 mW y. por lo tanto, es ahí donde el transistorcorre peligro de destrucción por la acción del calor; y la zonade trabajo, que queda por debajo de la hipérbola, y en la cual····la potencia es inferior a 600 mW.

VCE ·•.···0 .. !) 10 15 20 25 30 35 40 45(VI .- w.·., le

. :OQ 120 160 40 30 24 20 17 15 13(mAl .... .' -- "'-~... -~ •.,. ,~~"

I = PmáxC

YCE

De esta forma tendremos que:

Siguiendo este mismo proceso, podrás comprobar que apa­recen las siguientes parejas de valores:

0,6Para YCE = OV, Ic = --"" 00 A

O

0,6Para VCE = 5 Y, lc = --"" 0,120 A"" 120 mA

5

Una vez hecho esto se lleva los valores obtenidos a lafamilia de curvas de colector, formando el resultado de launión de los puntos una hipérbola como la que se muestra enla Figura 12.25.

Así, por ejemplo, supongamos que poseemos un transistorcon una potencia máxima de 600 mW.

Con este dato se puede trazar una curva de potenciamáxima sobre la familia de curvas de colector, para asípoder determinar para qué tensión de colector-emisor ycorriente de colector es posible trabajar con el transistor sinque se deteriore.

De esta [onna, para no superar los valores límite en nues~

tro ejemplo se deberá cumplir en todo momento la expresión:

Pmáx "" VCE' Ic = 600 mW = 0,6 W

Luego la curva de potencia máxima para este transistorserá tal que el producto de Y CE por re sea igual a 0,6 W.

En la Figura 12.25 se muestran las curvas correspondientesa la familia de colector del transistor de nuestro ejemplo, y enlas que se ha añadido la curva de potencia máxima. Para tra­zarla, se ha procedido de la siguiente forma:

Primero, se fijan una serie de tensiones de colector-emi­sor; por ejemplo: O V, 5 V, \O V, 15 V, 20 V, 25 V, 30 Y,35 Y , 40 Y Y 45 Y. Seguidamente, se calculan las corrien­tes máximas que podrán circular por el colector para cadauna de estas tensiones, sin que se sobrepase la potenciamáxima de 0,6 W. Los diferentes valores de Ic vendrándados por la fórmula:

La potencia máxima de trabajo de un transistor es un datoque proporcionan los fabricantes en las hojas de especifica­ciones técnicas.

producto de la tensión VCE' aplicada entre el colector y el emi~sor, por la intensidad de colector fe'

P = VCE ' fc

Como esta potencia se transforma íntegramente en calor,provoca un aumento de la temperatura en el transistor que, cnel caso de salirse de los límites admisibles, provocará la des­trucción del mismo.

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Figura 12.26. Relación de la potencia máxima de un transistorcon la temperatura ambiente.

20 30 Vcc 50

VCE (V) ~-_.~

10

~'J,?n 0,40 mA I liT<;), 030 mA

, 025 mA-I,¿---r:" ' ......

e'o~~w~\\ 10""""- T Tl.,...oo........ o,~

, Punlo de l. I~¡,.o-I\ Q / trabajo 0,\5 m;

- I I:\. q,l mA

~- ~ T T\u=0,05 mA_

"'" I I

IB=O mA ,Corte-

o

20

Para le = 0,

Figura 12.28. Recta de carga de un transistor.

lfI 60

le(mA)

40

100

ParaVCE=O, Ic=

Vcc-VeEO= -7 VCE = Vce

RL

Llevando estos valores a las curvas características decolector, obtenemos la recta ele carga de la Figura 12.28 parauna determinada resistencia de carga RL y una tensión defuente Vc('.

Para dibujar esta recta sobre la curva característica, talcomo se muestra en la Figura 12.28, lo primero que hay quehacer es encontrar sus extremos (lc = O YVCE ~ O):

lp-..

7565Talllb ("e)

55453525

50 - - - - ~ - - - - +- - - -I I I

II

25 - - - - - .;. - - - - ~ - - - - ~ - - ~ -I I

II

En apartados anteriores hemos estudiado el comportamien­to de un transistor en todas sus posibilidades de funciona­miento mediante las curvas características. ¿ Pero cómo secomportaría el mismo en el caso de que trabaje con una deter­minada resistencia de carga RL? La solución está en trazar unalínea de carga en las curvas de colector para poder determinarlos puntos de funcionamiento.

~l 125ii 100

Pmax(mW) 75

12.10.3. Recta de cargade un transistor

Aletas de refrigeración

En el caso de que se desee aumentar la potencia de un tran­sistor, se puede acoplar un disipador de calor, o aleta de refri­geración en [a superficie de la cápsula. De esta forma se con­sigue que el calor se evacue con mayor facilidad hacia el aireexterior. En otras ocasiones se une, mediante tornillos, la cáp­sula del transistor con el chasis, que en este caso actúa comodisipador de calor, por tener una gran superficie.

Figura 12.27. Transistor NPN en emisor común.

En la Figura 12.27 se muestra un transistor NPN en confi­guración de emisor común. Para determinar la corriente quecircula por el colector, podemos aplicar la ley de Ohm entretos extremos de la resistencia de carga RL , La tensión aplica­da a esta resistencia se corresponderá con la tensión total apli­cada por la fuente Vce menos la caída de tensión que se pro­duce entre el colector y el emisor VelO' De esta maneraobtendremos la siguiente expresión, que se corresponderá conla ecuación de la recta de carga:

'\ lo largo de esta recta se pueden distinguir tres partesfundamentales: punto de corte, punto de saturación, punto detrabajo.

El punto de corte es donde la línea de carga corta a la curvac(mespondiente a la corriente de base igual a cero (lB = O).Dada la escasa polarización directa a que queda sometido eldiodo de emisor-base, la corriente que aparece por el colectores prácticamente nula (sólo circula una pequeñísima corrientede fuga lCEO)' Haciendo una aproximación, se puede decir, sinequivocarse mucho, que el punto de corte se da en la intersec­ción de la recta de carga con el eje horizontal, es decir, cuando:

VCEcor!c == Vcc

El punto de saturación aparece donde la línea de cargacorta a la intensidad de base de saturación (véase Figura12.28). En este punto la corriente de colector es la máximaque se puede dar para la operación del transistor, dentro de loslímites de la recta de carga. Haciendo una aproximación, sepuede decir que el punto de saturación aparece en la intersec­ción de la recta de carga con el eje vertical, es decir, cuando:

Yccle S"IUrHcíÓII == -R­

L

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Ejemplo 12.4

Se trata de determinar la recta de carga para el circuitode la Figura 12.29 y determinar el punto de trabajo deltransistor para una corriente de base de 0,15 mA, así comolos puntos de corte y saturación.

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En la Figura 12.31 se muestra el ejemplo de un transistorNPN con polarización mediante dos fuentes de alimentación.

Aquí sc ha coneclado el transistor en confrguración emisorcomún. La tensión YllB que proporciona la fuente de 1,5 Vpolariza directamente la unión base-emisor a través de laresistencia de polarización Rw Por otro lado, la fuente de 4 Vproporciona la tensión Yce que polariza inversamente elcolector a través de la resistencia Re' El objetivo que se per­sigue es determinar los valores de la resistencia Re y los de laresistencia RR para que la polarización del transistor seacorrecta, o sea, para que la forma de señal introducida a laentrada del circuito no resulte deformada a su salida.

En lIn amplificador la señal de entrada suele ser de carác­ter variable, por ejemplo, la señal eléctrica de un micrófono ola aguja de un tocadiscos.

12.11.1. Polarización de base deun transistor mediante dosfuentes de alimentación

YCE (V) --~. Vcc

Figura 12.30. Zona de trabajo del transistor.

le máx

le(mA)

Para conseguir que un transistor funcione adecuadamente,­dentro de los límites indicados en el diseño, es preciso poJari­zarlo correctamente. Polarizar un transistor consiste en sumí·.nistrar las tensiones adecuadas de alimentación y coneclarresistencias en el circuito con los valores oportunos, de fonnaque la señal introducida a la entrada del circuito no resultedeformada a la salida.

Seguidamente estudiaremos las diferentes formas que exis­tcn de polarizar un transistor.

12.11. Polarización del transistor'i?

Por último, indicar que cuando se diseña un circuito paratransistor hay que procurar que el transistor nunca opere porma de la curva de potencia máxima. Esto se consigue selnando valores adecuados de la tensión de fuente Vce yde latencia de carga RL , de tal forma que la recta de carga trazadalos mismos esté siempre por debajo de la curva de potenciama. En la Figura 12.30 se muestra un ejemplo al respecto.

5000 i

Vcc \llar

Figura 12.29.

Vrlll

Rs

Solución:

Suponiendo que la familia de curvas de colector deltransistor es la que se expone en la Figura 12.28, el puntode corte de la línea de carga con el eje horizontal (le = O)vendrá determinado por:

VCE = Yce =40 Y

El punto de corte de la línea de carga con el eje vertical(Yce = O) será entonces:

1 = Yec =~=0080A=80mAc R 500 '

L

Llevando estos valores a las curvas de la Figura 12.28,dibujamos la línea de carga.

El punto Q de trabajo del transistor para una corrientede base de 0,15 mA será el que detennine la intersecciónde la recta de carga con la curva de dicha corriente,habiendo resultado los siguientes valores (le = 45 mA,YCE = 17 Y).

El punto de corte (el transistor'se comporta como unintenuptor abierto, Ic '" O) se da cuando la tensión decolector-emisor es de 40 V.

El punto de saturación del transistor (cuando se llega aeste extremo de funcionamiento el transistor se comportacomo un interruptor cerrado, no respondiendo en ningúncaso a las variaciones de la corriente de base; le = máx.)se da cuando la corriente de colector es 80 mA y lacorriente de base es superior a 0,45 mA.

Para .corrientes de base superiores a la de saturación se pro­duce también el efecto de saturación en el transistor.

El punto de trabajo es aquel en donde el transistor trabajade una forma norma! y que, normalmente, se encuentra cnlrela zona de corte y saturación. Para determinar el punto de tra­bajo (Q) del transistor para una determinada corriente de base(ls)' se busca el punto de intersección de la recta de carga conla curva correspondiente a dicha corriente de base.

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3

S"ftalde

salida

2

CorteJI-:

L--+--~---'---------',"-,--VCE

Distorsión

Saturación------...

Figura 12.32. Determinación de le m... mediante [as curvas características.

Figura 12.33. Distorsión de la señal de salida por saturación.

Una vez hecho esto, ya sólo nos falta determinar la resis­tencia de polarización RIl para un determinado punto de tra­bajo de] transistor.

El punto de trabajo del transistor debe situarse aproxima­damente en el centro de la recta de carga (equidistante de lazona de corte y de la de saturación). Recuerda que en el puntode saturación (le múx) el transistor se comporta como un inte­rruptor cerrado, no respondiendo a las variaciones de lacorriente de base; y que en el punto de corte (VCE máx) el tran­sistor se comporta como un interruptor abierto, siendo lacorriente por el colector aproximadamente igual a cero.

En el ejemplo que nos ocupa, el punto de trabajo los hemosfijado para una corriente de base de 250 !lA, tal como sepuede apreciar en la Figura 12.32.

La razón por la cual se fija el punto de trabajo Qen el cen­tro de la recta de carga es muy simple: téngase en cuenta quela señal que se aplica por la base para ser amplificada.es varia­ble y, por tanto, habrá que procurar que esta corriente no lle­gue a las zonas de corte y saturación del transistor. En casocontrario, se podría distorsionar la señal de salida.

Para entender mejor esta idea, a continuación se muestrantreslformas en las que puede llegar a trabajar un amplificadorcon 'transistores.

En el ejemplo mostrado en la Figura 12.33 el punto de fun­cionamiento que se ha seleccionado se encuentra muy próxi­mo al punto de saturación del transistor, por lo que se produ­ce un recortamiento o distorsión en la señal de salida al variarla corriente de base según la señal de entrada aplicada.

Salida

Vl'l'

4V

Re

Figura 12,31. Polarización de transistor PNPmediante dos fuentes de alimentación.

Entrada

rv

El condensador el de la Figura 12.31 sirve para acoplarla entrada al transistor. Este condensador elimina la compo­nente de corriente continua que pudiera aparecer en la señalde entrada.

La resistencia de polarización de base R1! se elige detorma que la corriente de base sea pequeña y de un valordeterminado, La resistencia de carga del colector hace posi­ble que entre el colector y el emisor aparezca una tensiónvariable en la salida.

Seguidamente resolveremos el circuito presentado en laFigura 12.31 y trazaremos la recta de carga para determinar elpunto de trabajo idóneo del transistor.

Aplicando la segunda ley de Kirchhoff en la malla delcolector obtendremos la siguiente ecuación:

Vce = Re . le + VCE

Para determinar los puntos de intersección de la recta decarga con los ejes de coordenadas de VCE e le de las curvascaracterísticas de colector se procede como en otras ocasiones:

Para le = O --? VeE máx. = Vce (punto de corte)

VccPara VCE = O-4 le máx = -- (punto de saturación)

. Re

Para el circuito que se mostró cOmO ejemplo en la Figura12.31, el punto de corte de la recta de carga se da para el valorde VCE = Vce = 4 V.

Para encontrar el valor adecuado de le ll1áx. habrá que obser­var las curvas características de colector del transistor, que secorresponden con las indicadas en la Figura 12.32, de talforma que la recta de carga a trazar no sobrepase en ningúncaso a la curva de potencia máxima. En caso contrarioentraríamos en la zona prohibida de funcionamiento del tran­sistor, con riesgo de destrucción del mismo por sobrecalenta­miento. Según estos consejos y observando detenidamente lascurvas de la Figura 12.32, se ha seleccionado una corriente decolector de 100 mA para el punto de corte de la recta de carga.

Una vez determinados los puntos de corte y saturación(VelO =4 V, le = lOO mA) se dibuja la recta de carga.

Ya podemos determinar el valor Re:

Vec Vcc 4ICmilx.=-- -4 Re = ---= --=40Q

Rc le máx O, ]00

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En el ejemplo de la Figura 12.34 se ha optado por un puntode trabajo muy próximo al punto de corte, por lo que tambiénse produce distorsión en la señal de salida.

Saturación,..le

Señal dcsalida

FIgUra 12.34. Distorsión en la salida por proximidad a la zona de corte.

En el ejemplo mostrado en la Figura 12.35 el punto de fun­cionamiento que se ha seleccionado parece el correcto, ya queno se produce distorsión en la señal de salida al variar lacorriente de base según la señal de entrada aplicada. '

Utilización

El punlo de funcionamiento del transistor, polarizado deesta manera, varía cxcesivamcnte con ~ y con la temperatura,por lo que esta forma de polarización no es muy adecuadapara transistores que trabajan de una forma lineal. Una de lasaplicaciones que se suele dar a esta forma de polarizar al tran­sistor la tenemos en los circuitos digitales, donde el transistortrabaja a modo de interruptor entre el corte y la saturación.

12.11.2. Polarización de un transistorcon una sola fuente dealimentaciÓ~l

Por lo general la polarización de un transistor se realizamediante una fuente de al imentación; dc esta forma se consi­gue simplificar bastante el circuito. Siguiendo el mismo cir­cuito utilizado corno ejemplo para el apartado anterior y cal­culando la nueva resistencia de polarización de la base R¡¡, elcircuito quedaría ahora tal como se indica en la Figura 12.36.

Saturación~-~

le

II

I

II

II

II

I

Señal desalida lineal

RB

I~nl r:Jd~l f\.)

I.....4V

t-----I f-------O

f\V Salida

Figura 12.35. Señal sin distorsión.

Volviendo al ejemplo de aplicación que estamos resolvien­do, ahora tenemos que calcular el valor de la resistencia debase RB para que la corriente de base lB sea de 250 ¡.tA. Paraello aplicamos la segunda ley de Kirchhoff a la malla de labase del circuito de la Figura 12.31:

V BB "" RB . lB + V BE

de esta expresión se deduce que:

. V BR - VBERB=----

lB

Tomando como valor aproximado la tensión de polariza­ción directa del diodo emisor VBE = 0,7 V, la resistencia depolarización será igual a:

1,5-0,7RB "" =3.200 n

250'10.6

En la práctica escogeremos valores comerciales para lasresistencias calculadas, siendo R B '" 3,3 Ka y Re = 39 Q.

Figura 12.36. Polarización de transistor conuna sola fuente de alimentación.

12.11.3. Polarización porrealimentacion del emisor

En la Figura 12.37 se muestra un transistor polarizado porrealímentación del emisor y COIl una sola fuente de alimentación:

r------<~-~--o+ Vce

Re

Figura 12.37. Polarización de transistor Cl.n realimentación del emisor.

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~ Salida.

l-¡Vee .....l..4V

t---;1-----0

o---------t----------o

Entrada f\;

Er:periencia 12.3

Comprobaremos experimentalmente si la respuesta deltransistor con polarización por realimentación del emisorresponde adecuadamente a los cambios de temperatura.

Para ello, primero habrá que montar el circuito que sesugiere en la Figura 12.39 y con la ayuda de un genera­dor de señales y un osciloscopio seguir el siguiente pro­ceso operativo:

.......----__1-----<J + V('c

leComprobémoslo: ~ =-- de donde le = ~ . 113

lB

Al aumentar la corrienle de colector, también lo hace lacorriente de emisor lE; en consecuencia, se producirá unaumento de la caída de tensión que aparece en la resistenciade realimentación del emisor, que será igual a RE . lE' Paraanalizar el efecto que esto produce en la tensión de polariza­ción de la base, vamos a establecer, mediante la segunda leyde Kirchhoff, la ecuación que aparece en la malla del emisory la base (véase Figura 12.38). .

V('(' - REI E - VBE - RBI Il = O, de donde se deduce que:

VBE = Vc(' - R¡;I E - Rul B

Este circuito no es tan sensible a las variacionl;)s dI;) jJ Yademás es más estable en amplios límitl;)s de temperatura.Esto se consigue utilizando la caída de tensión que aparece enla resistencia RE conectada en serie con el emisor, con el obje­to de compensar las variaciones de ~.

Supongamos, por ejemplo, que, como consecuencia de unaumento de temperatura, la ganancia de corriente sufre tam­bién un aumento; con ella también aumentaría la corriente decolector 1('"

Re

Vcc

Figura 12.38. Efecto de la realimentación en un transistor.

De esta última ecuación se deduce que al aumentar lacorriente de emisor y con ella REI E, se produce una reduc~ión

de la tensión de polarización directa de la tensión base-emIsorVBE' Esto hace que se reduzca la corriente de base lB que oca­siona, a su vez, una disminución en la corriente de coleclOr, loque compensa el incremento inicial de ~ y de le-

Para que esta realimentación-sea efectiva, se necesita quela resistencia de emisor RE sea grande. Por otro lado, hay queevitar que ésta sea tan grande como para que el transistor tra­baje en saturación.

El concepto de realimentación indica que se toma unapane de la señal de salida (le) para producir un cambio en laseñal de entrada (IrJ

Utilización

Este circuito no consigue aún una buena estabilización. Elproblema está en que no se puede hacer RE lo suficientemen­te grande como para que compense las variaciones de ~ sinsaturar el transistor.

Figura 12.39.

a) Conecta a la entrada del transistor un generador deseñales de audiofrecuencia y con él, aplica a lamisma una señal alterna senoidal con unafrecuenciade 1.000 Hz y una tensión lo más reducida posible.

b) Conecta a la salida del transistor el canal A de unosciloscopio y a la entrada el B. De esta forma, seconsigue visualizar en la pantalla la señal inicialde entrada y la señal amplificada de salida. Segui­damente, dibuja en tu cuaderno los oscilogramascorrespondientes a la señal de entrada y a la señalde salida, indicando en cada uno de ellos las esca­las correspondientes al nivel de señal ya la base detiempos. Comprueba el efecto amplificador conse­guido por el transistor.

e) Eleva progresivamente el nivel de señal del genera­dor, observando la forma que adquiere la señal desalida en la pantalla del osciloscopio, hasta llegara un punto por debajo del que se provoca la distor­sión de dicha señal.

d) Calienta el transistor aproximándole una lámparaincandescente encendida durante unos 2 minutos.Comprobar el efecto que esto produce en la señalde salida. En el caso de que esta situación provo­case una distorsión en dicha señal. deberemosreducir el nivel de señal de entrada del generador.

Los últimos valores obtenidos se corresponderán conla máxima señal admitida en la entrada del amplificadorsin provocar distorsión.

¿Cuál será la gananda de tensión conseguida con estecircuito?

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Nota: Corno resistencia de polarización de la base R IJ

se ha colocado un potenciómetro, el cual habrá que irajustando hasta encontrar el punto idóneo de trabajo deltransistor. Esto se consigue inyectando, mediante el gene­rador, una señal de tal nivel que produzca distorsión; laresistencia RB se ajusta hasta que la distorsión desapare­ce. Posteriormente se va aumentando el valor de la señalde entrada y ajustando simultáneamente Rn hasta conse­guir que la distorsión que aparece en ambos semicic!ossea del mismo carácter. Hecho esto, habremos encontra­do el valor de Re que consigue un punto de trabajo que sesitúa en el punto medio de la recIa de carga.

12.11.4. Polarización porrealimentacion del colector

En la Figura 12.40 se muestra el circuito correspondiente ala polarización por realimentación del colector.

+ Vcc

Re

Figura 12.40. Circuito de polarización por realimentación de colector.

La idea de estabilización consiste en conectar la resistenciade polarización al terminal del colector en vez de a la fuentede alimentación. Cuando la ganancia de corriente Btienda aaumentar, aumenta también la corriente de colector y con ellala caída de tensión que aparece en la resistencia de colectorRe Esto provoca una disminución de la tensión que alimentaa la base, dando lugar a una reducción de la corriente de base,por lo que en último término también queda reducida la pro­pia corriente de colector. De esta forma se consigue que losaumentos de la corriente de colector queden compensados porel efecto de realimentación de! colector.

Esta polarización resulta, en muchas ocasiones, más intere­sante que la realimentación del emisor, ya que proporciona unaestabilidad bastante aceptable para los cambios de p. Ademásel circuito es muy sencillo, ya que utiliza sólo dos resistencias.

12.11.5. Polarización del transistor porrealinlentación del emisor.con divisor de tensión

Este circuito es una variante del circuito de polarización porrealimentación del emisor. A este tipo de polarización tambiénse la denomina universal yes la que más se emplea en circui­tos lineales de amplificación. En la Figura 12.41 se indica el

esquema correspondiente a un circuito de polarización uni­versal. Observa cómo existe un divisor de tensión formadopor R I Y R2· La tensión que aparece en R2 es la que polarizadirectamente la unión base-emisor. Este circuito constituye unbuen amplificador lineal y responde muy bien a las pequeñasvariaciones de 13, siendo cstable entre amplios márgenes detcm peratura

,-----....._-----<l + Vce

Rr

-~-~-_.

Figura 12.41. Polarización por divisor de tensión.

Seguidamente vamos a analizar las magnitudes que se danen UIl circuito de estc tipo. Para ello resolveremos el circuitoejemplo quc se muestra en la Figura [2.42, para encontrar elpunto aproximado de funcionamiento del transistor.

r-----.___---<I + VecJOV

VI.tve

¡salida¡OOKO

Figura 12.42.

El primer paso es determinar la caída de tensión que apa­rcce cn la resistencia de base Ro. A esta tensión se la conocepor cl nombre de tensión de ba~c Vil (tcnsión de la base res­pecto a masa). Para ello, vamos a despreciar el pequeí'ío valorde la corrienle dc base que atraviesa R1. En este caso, lacorriente que lluye por R2 estará delimitada por Yce y la sumade R 1 y R2:

Vee1=--­

R1 + R2

Si ahora aplicamos la ley dc Ohm cntre los extremos de R2,

tendremos que:

VII = R2 '1

Sustituyendo este valor en [a primcra ecuación, tendremos que:

R)Vil = - . Ve('

R1 + R2

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15

Salida

JO

VCE(V)~

e2 .+----1 ( 25 ¡.Ir o

5

.-----~----o + Vcc6V

3.0001ux

_1- I

111 11.0001ux_

¡..-- I1 I I I

-3001ux

",.-¡--

Uo \u1-I I..... 30 l~--,;r-

vI

o

o, ]

t. 20

10

le 5(mA)

Figura 12.44. Símbolo del fototransistor.

2

Figura 12.45. Curvas de colector de un fototransistor.

0,2

Figura 12.41. Ensayo de circuito de polarización por divisor de tensión.

El fototransistor se fabrica de tal forma que pueda llegar laluz hasta el cristal de la base. Cuando esto ocurre, se produceun aumento de portadores minoritarios que hacen que fluyauna corriente eléctrica desde el emisor al colector. El valor deesta corriente depende de la intensidad de la radiación lumi­nosa que incide en la base, tal como se puede apreciar en lascurvAs características de colector de la Figura] 2.45.

En la Figura 12.44 se puede apreciar el símbolo del foto­transistor.

Al igual que ocurría con los diodos fotoemisores, tambiénse fabrican transistores que son sensibles a la radiación lumi­nosa; nos referimos a los fototransistores.

12.12. Fototransistores

Experiencia 12.4

Ahora comprobaremos experimentalmente cómo es larespuesta a los cambios de temperatura del transistor conpolarización por divisor de tensión.

Para ello monta el circuito que se sugiere en la Figura12,43 y, siguiendo el mismo procedimiento que en laExperiencia 12.3, comprueba la respuesta del circuitomediante un generador de señales yun osciloscopio. Porúltimo, compara los resultados obtenidos con experien­cias anteriores.

VCE = Ve - VE = 5,24 - 0,476 = 4,76 V

Observa cómo la tensión V CE ha quedado a un valor muypróximo a la mitad de la tensión de al ¡mentación (Vce '" 1OV). Esto significa que el punto Q de trabajo se encontraráaproximadamente en la mitad de la recta de carga, lo cual nosindica que el transistor trabaja en pu~to estable de operación.

Conviene resaltar el hecho de que se han utilizado, paraeste circuito, las tensiones de base V B' emisor V E Y colectorVe respecto a masa. El conocimiento de estas tensiones essiempre muy útil para la localización de averías en un circui­to, dada la facilidad con la que Se pueden medir y contrastarcon las originales aportadas por el diseñador.

2.000Vil '" 15.000 + 2.000 10'" 1,176 V

VE'" 1,176 - 0,7 '" 0,476 V

Aplicando la ley de Ohm a la resistencia de emisor RE'podremos calcular' la corriente de emisor lE:

VE 0,476110'" -R-'" 100'" 4,76 mA

E

Dado que la intensidad de base es muy pequeña se puedesuponer que las intensidades de colector y emisor son iguales:

le'" lE' le'" 4,76 mA

A continuación, calcularemos la tensión que aparece en elcolector Ve (tensión de colector respecto a masa), que seráigual a la tensión Vce de la fuente de alimentación menos lacaída de tensión (Re' le) que aparece en Re:

Vc '" Vcc - Re' le'" 10 - (1.000' 0,00476) '" 5,24 V

Por último, calcularemos la tensión que aparece entre elcolector-emisor, la cual nos indicará el punto de trabajo deltransistor. Esta tensión será igual a la diferencia de tensionesque aparece entre el colector y el emisor, es decir:

Para calcular la tensión V E que aparece en el emisor (ten­sión del emisor respecto a masa), aplicamos la segunda ley deKirchhoff a la malla correspondiente:

VE'" Vil" V BE

Dado que estamos trabajando con un transistor de silicio, sepuede suponer con aproximación que la tensión de polarizacióndirecta del diodo emisor-base es de unos 0,7 V. Aplicando estosvalores a la última ecuación concluida, tendremos que:

Si ahora aplicamos los valores correspondientes al circuitode nuestro ejemplo, resultará que;:

II¡¡l."1,¡

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figura 12.46. Optoacoplador con fototransistor.

http://www.cienciasmisticas.col11.ar/electronica/laborato­ria/peom pOllentcs/i ndex. htm I

O Directorio muy completo y ordenado alfabéticamente deempresas de clectrónica. Aquí podrás encontrar las carac­terísticas que necesites de cualquier componente electró­nico (diodos, transistores, el, etc.)

hUp://www.comunidadelcctrQnicos.com/di rA-O.hlmhttp://www.datasheetlocator.com/es/

O Podrás cncontrar más direcciones ordenadas por temas enel Anexo 1 de este texto.

O Técn icas de comprobación de componentes electrónicosbásicos:

o Apuntcs sobre transistores de potencia; códigos de transis­tores, estudio de las hojas de características del transistor:

hlt P:l/cea. redcya.com/selll icond uctorcs.htmlhttp://www.Jllrboo.com.ar/inJ~)rmacion/Transistares/ínfo.

I1tmhttp://l11cmbers.fÓrtunecity.es/tclectronica/manua 13 .htm

O Códigos de identificación de transistores:

hUD://eureka.ya.com/eJek tron/tutoriales/cds.htmhttp://www. terra. cs/personal2/mon icagaslM emorana/memo4/mcmo4.htm

V"I

Basc

Colector

Ánodo

Cátodo N

Rev'"~.-~--------:

~ .......------0~~--~-----~----~-_:

En la Figura 12.47 se expone el circuito de un optoacopla­dar con fototransistor. La señal de entrada produce en el foto­diodo una radiación luminosa dependiente de la intensidad decorriente de dicha señal. Esta radiación incide en la base. delfototransistor produciendo una señal en la salida que es pro­porcional a la aplicada a la entrada. Esta transferencia de laseñal se realiza sin la intervención de ningún contacto eléctri­co, por lo que se consigue aislar eléctricamente los circuitosde entrada y salida

Dado que los fotransistores son más sensibles que los foto­diodos, ya que pueden producir un cierta amplificación de laseñal luminosa aplicada a su base, se utilizan mucho más fre­cuentemente en la fabricación de optoacopladores. En laFigura 12.46 se puede apreciar la estructura de un circuitooptoacoplador en el que se combina las propiedades de undiodo fotoemisor con las de un fototransistor.

Figura 12.47. Circuito de optoacoplador con transistor.

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