Cuestionario Final Electronica12

Cuestionario de Electrónica Transistores

Tema:CUESTIONARIO DE ELECTRÓNICA 2

Objetivo: Resolver el cuestionario sobre transistores, para rendirla prueba final

Reseña teórica: La prueba es personal y constará de 4 preguntas teóricas y 2 diagramas o gráficas de

referencia. Cada pregunta teórica contestada correctamente tiene el valor de 1.5 puntos. Cada diagrama o gráfica correctamente tiene el valor de 1.5 puntos. Cada pregunta en blanco o anulada tiene el valor de 0.0 puntos. La respuesta a cualquier pregunta queda anulada por cualquier tachón o uso de

corrector y no tiene valor. Pregunta contestada parcialmente tiene valor parcial. Pregunta general contestada incorrectamente tiene un valor negativo de -0.25 puntos. El tiempo de la prueba será de 60 minutos. Los estudiantes quedaran suspendidos de la prueba tras dos llamadas de atención. Solo se necesita un esferográfico azul o negro para realizar la prueba. Los materiales son de uso personal, por lo que queda prohibido el uso común de los

mismos, estudiantes sorprendidos usando material común, tendrán un -1.0 puntos en su prueba.

La prueba estará basada en un tema único, y las preguntas serán contestadas y validas únicamente si son referentes al tema indicado.

Para cada tipo de transistor, responder a las siguientes preguntas. Dibujar los diagramas indicados.

Preguntas:

1. Estructura y Simbología del transistor2. Comportamiento del transistor en corriente directa e inversa3. Curvas características del transistor, según su polaridad4. Encapsulado del transistor5. Aplicaciones del transistor6. Diagrama de funcionamiento básico del transistor, basada en alguna de sus aplicaciones.

Transistores:

1. Transistores Bipolares BJT2. Transistores de efecto de campo de unión JFET3. Transistor de efecto de campo de compuerta aislada IGFET4. Transistor de efecto de campo MOS – MOSFET

Transistores Bipolares BJT

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1. Estructura y Simbología del transistorEl transistor es un dispositivo de tres zonas o capas. Podemos tener una zona de material tipo n en medio de dos zonas de material tipo p, en este caso se denomina transistor pnp, o bien tener una zona tipo p con dos zonas tipo n a cada lado, en cuyo caso estaríamos hablando de un transistor npn.La zona central se denomina base, y las laterales emisor y colector. Cada una de las zonas consta de un terminal por donde extraer las corrientes. Estos terminales se representan por la inicial del nombre de la zona respectiva: E (emitter), B (base) y C (colector).

Fig. 1 Tipos y símbolos de transistores bipolares. a) Transistor NPN. b) Transistor PNP

2. Comportamiento del transistor en corriente directa e inversaAhora estamos ante un dispositivo que tiene dos uniones, una unión entre las zonas de emisor y base (que denominaremos a partir de ahora unión de emisor JE) y otra unión entre las zonas de base y colector (de que denominaremos unión de colector JC), cada una de las cuales puede ser polarizada en las dos formas en directa e inversa. Así, desde el punto de vista global del dispositivo tenemos cuatro zonas de funcionamiento posibles en función del estado de polarización de las dos uniones. Si polarizamos las dos uniones en directa, diremos que el transistor está trabajando en la zona de saturación. En el caso de que la unión de emisor la polaricemos en directa y la unión de colector en inversa, estaremos en la zona activa. Cuando las dos uniones se polarizan en inversa, se dice que el transistor está en la zona de corte. Por último, si la unión de emisor se polariza en inversa y la unión de colector en directa, el transistor se encuentra en activa inversa. De las cuatro zonas, las mencionadas en primer lugar son las más interesantes desde el punto de vista del funcionamiento del transistor, siendo la zona activa inversa una zona puramente teórica y sin interés práctico.

3. Curvas características del transistor, según su polaridadLa Figura muestra las curvas características de un bipolar típico. Observe que la curva característica de la entrada (iB en función de vBE) es similar a la curva característica en polarización directa de la unión pn. Las curvas características de salida muestran que la corriente de colector es

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independiente de la tensión colector-emisor vCE, mientras vCE sea mayor de unos 0,2 V.Supongamos que vCE es mayor que vBE, de manera que la unión del colector está polarizada en inversa. En estas condiciones, los electrones no pueden cruzar del colector a la base. Así, el número de electrones que fluyen hacia la base viene dado por la tensión que se aplica a la unión del emisor. Por tanto, en una primera aproximación, el número de electrones que entran en el colector depende sólo del grado de polarización directa de la unión del emisor, y es independiente del grado de polarización inversa de la unión del colector. Para 0,2<VCE<VBE, la unión del colector se halla polarizada en directa, pero sólo por unas pocas décimas de voltio: no lo suficiente como para causar una corriente directa significativa.

4. Encapsulado del transistor- El TO-92: Para la amplificación de pequeñas señales. La asignación de patitas (emisor - base - colector) no está estandarizado.

- El TO-18: Es metálico. En la carcasa hay un pequeño saliente que indica que la patita más cercana es el emisor

- El TO-39: tiene el mismo aspecto que es TO-18, pero es más grande, pero también tiene la patita del colector pegado a la carcasa, para efectos de disipación de calor.

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

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- El TO-220: Debe 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: En transistores de gran potencia. Se usan principalmente en amplificadores de alta potencia, instrumentos de medición, aplicaciones militares, inversores, o muchos circuitos que requieren de una buena disipación de 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. Para evitar el contacto se pone una mica para que sirva de aislante y a la vez de buen conductor térmico.

El emisor y la base se encuentran 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.

5. Aplicaciones del transistorLos transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:

Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación) Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de

radiofrecuencia) Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de

alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM)

Detección de radiación luminosa (fototransistores)

6. Diagrama de funcionamiento básico del transistor, basada en alguna de sus aplicaciones.EL AMPLIFICADOR DE SEÑALES ALTERNASEl mundo está lleno de pequeñas señales que necesitan amplificarse para procesar la información que contienen. Por ejemplo: una guitarra eléctrica. El movimiento de una cuerda metálica en el interior de un campo magnético (creado por los captadores o pastillas) provoca una pequeña variación de tensión entre dos terminales de una bobina. Para que esa débil señal pueda llegar a los oídos de todo un auditorio, es evidente que se necesita una amplificación. La señal producida por la pastilla de la guitarra viaja por un par de terminales hasta el amplificador. Aquí se produce la transformación de la pequeña señal, que es capaz ahora de excitar la membrana de un altavoz con la potencia que se desee.El esquema más sencillo de amplificador de señales es el propio transistor bipolar.

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Circuito con un transistor bipolar.

1. Sólo amplifica la parte positiva de la señal: Cuando es menor que 0,7 V Q pasa al

estado de corte, con lo que .2. Requiere señales de tensión grandes, por lo menos mayores que 0,7 V, ya que la

señal de entrada ha de polarizar en directa la unión BE y llevar el transistor a la RAN.

Con este dispositivo sólo se puede trabajar con señales positivas mayores de 0,7 V. Por lo tanto no es capaz de amplificar señales de alterna.

Transistores de efecto de campo de unión JFET

1. Estructura y Simbología del transistorEl transistor de efecto de campo de unión, también denominado JFET (iniciales de su nombre en inglés Junction Field Effect Transistor) es un dispositivo de tres terminales. La corriente fluye entre los terminales de drenador y surtidor, y está controlada por la tensión aplicada entre el terminal de puerta y el de surtidor. Hay dos tipos de JFET: el de canal N y el de canal P. Sus estructuras físicas simplificadas y sus símbolos se representan en la figura

Estructura física y símbolo del JFET. a) De canal N. b) De canal P

2. Comportamiento del transistor en corriente directa e inversa

Este tipo de transistor se polariza de manera diferente al transistor bipolar. La terminal

de drenaje se polariza directamente con respecto al terminal de fuente (Vdd) y la

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compuerta se polariza inversamente 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 JFET.

3. Curvas características del transistor, según su polaridad

Al hacer un barrido en corriente directa, se obtienen las curvas características del

transistor JFET. Las curvas características típicas para estos transistores se encuentran

en la imagen, nótese que se distinguen tres zonas importantes: la zona óhmica, la zona

de corte y la zona de saturación.

Nótese, en la figura, que conforme VDS aumenta desde cero, se alcanza un punto de

ruptura en cada curva, más allá del cual la corriente de drenaje se incrementa muy

poco a medida que VDS continua aumentando. El estrechamiento se produce en este

valor de la tensión drenaje a fuente. Los valores de estrechamiento de la figura 5 están

conectados con una curva roja que separa la región ohmica de la región activa.

Conforme VDS continua aumentando más allá del punto de estrechamiento, se alcanza

un punto donde la tensión entre drenaje y fuente se vuelve tan grande que se

produce ruptura por avalancha. En el punto de ruptura, iD aumenta lo suficiente, con

incrementos insignificantes en VDS. Esta ruptura se produce en la terminal de drenaje

de la unión compuerta-canal. Por tanto, se produce avalancha cuando la tensión

drenaje-compuerta, VDG, excede la tensión de ruptura (para VGS=0v), para la unión

pn. En este punto, la característica iD-VDS exhibe la peculiar forma mostrada a la

derecha de la figura

4. Encapsulado del transistor

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Cápsula TO-3. Se utiliza para transistores de gran potencia, que siempre suelen llevar un radiador de aluminio que ayuda a disipar la potencia que se genera en él.Arriba a la izquierda vemos su distribución de terminales, observando que el colector es el chasis del transistor. Nótese que los otros terminales no están a la misma distancia de los dos agujeros.A la derecha vemos la forma de colocarlo sobre un radiador, con sus tornillos y la mica aislante. La función de la mica es la de aislante eléctrico y a la vez conductor térmico. De esta forma, el colector del transistor no está en contacto eléctrico con el radiador.

Cápsula TO-220. Se utiliza para transistores de menos potencia, para reguladores de tensión en fuentes de alimentación y para tiristores y triacs de baja potencia.Generalmente necesitan un radiador de aluminio, aunque a veces no es necesario, si la potencia que van a disipar es reducida.Abajo vemos la forma de colocarle el radiador y el tornillo de sujección. Se suele colocar una mica aislante entre el transistor y el radiador, así como un separador de plástico para el tornillo, ya que la parte metálica está conectada al terminal central y a veces no interesa que entre en contacto eléctrico con el radiador.

Cápsula TO-126. Se utiliza en transistores de potencia reducida, a los que no resulta generalmente necesario colocarles radiador.Arriba a la izquierda vemos la asignación de terminales de un transistor BJT y de un Tiristor.Abajo vemos dos transistores que tienen esta cápsula colocados sobre pequeños radiadores de aluminio y fijados con su tornillo

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correspondiente.

Cápsula TO-92. Es muy utilizada en transistores de pequeña señal.En el centro vemos la asignación de terminales en algunos modelos de transistores, vistos desde abajo.Abajo vemos dos transistores de este tipo montados sobre una placa de circuito impreso. Nótese la indicación "TR5" de la serigrafía, que indica que en ese lugar va montado el transistor número 5 del circuito, de acuerdo al esquema eléctrónico.

Cápsula TO-18. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Su cuerpo está formado por una carcasa metálica que tiene un saliente que indica el terminal del Emisor.

Cápsula miniatura. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Al igual que el anterior, tienen un tamaño bastante pequeño.

5. Aplicaciones del transistor

El JFET posee bastantes aplicaciones, como son: interruptores analógicos, multiplexores, control automático de ganancia "CAG" en receptores de radio, amplificadores de pequeña señal en receptores de radio y TV, troceadores o choppers, etc. En la figura, se muestra un ejemplo de interruptor analógico con un JFET.Si a este circuito se le aplica una tensión VGS=0, el transistor entrará en saturación y se comportará como un interruptor cerrado. Por otro lado, si la tensión aplicada es VGS=VGS(apag), el transistor se pondrá en corte y actuará como un interruptor abierto.

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6. Diagrama de funcionamiento básico del transistor, basada en alguna de sus aplicaciones.Cuando se utiliza un JFET como interruptor, se le hace trabajar únicamente en dos estados, corte y saturación.

Transistor de efecto de campo de compuerta aislada IGFET

1. Estructura y Simbología del transistorEl transistor de efecto campo de puerta aislada (IGFET) difiere delJFET por la adición de una capa de dióxido de silicio sobre el JFET y luego una capa de nitruro de silicio. El resultado es un dispositivo que tiene una impedancia de entrada aún mayor. El objetivo de la impedancia de entrada extremadamente alta es permitir al amplificador mostrar alguna señal de salida, con un mínimo de "carga" o de interferencia en la fuente de señal de entrada.

2. Comportamiento del transistor en corriente directa e inversa

El D-MOSFET puede ser operado en cualquiera de dos modos: el modo de empobrecimiento o el modo enriquecimiento, por ello también se conoce como MOSFET de empobrecimiento/enriquecimiento. Como la compuerta está aislada del canal, se puede aplicar en ella un voltaje positivo o un voltaje negativo. El MOSFET de canal n opera en el modo de empobrecimiento cuando se aplica un voltaje positivo de compuerta a fuente, y en modo de enriquecimiento cuando se aplica un voltaje positivo de compuerta a fuente. Estos dispositivos en general se operan en el modo de empobrecimiento.

Modo de empobrecimiento.

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http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electronic/fet.html#c1


Imagínese la compuerta como la placa de un capacitor de placas paralelas y el canal como la otra placa. La capa aislante de bióxido de silicio es el dieléctrico. Con un voltaje negativo en la compuerta, las cargas negativas en ésta repelen los electrones de conducción provenientes del canal y dejan a los iones positivos en su lugar. Por esto, el canal n se queda sin algunos de sus electrones, por lo que disminuye la conductividad del canal. Mientras más grande es el voltaje negativo en la compuerta, más grande es el empobrecimiento de electrones en el canal n. Con una voltaje de compuerta a fuente suficientemente negativo, VGS(corte), el canal se empobrece totalmente y la corriente en el drenaje es cero. El modo de empobrecimiento se ilustra en la figura 8-37(a). Al igual que el JFET de canal n, el D-MOSFET de canal n conduce corriente en el drenaje con voltajes de compuerta a fuente entre VGS(corte) y cero. Además, el D-MOSFET conduce con valores de VGS por encima de cero.

Modo de enriquecimiento

Con un voltaje positivo en la compuerta, más electrones de conducción son atraídos hacia el canal, por lo que la conductividad de éste se enriquece (incrementa), como ilustra la figura 8-37(b).

3. Curvas características del transistor, según su polaridad

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4. Encapsulado del transistor

5. Aplicaciones del transistorLos IGBT tienen aplicaciones crecientes en potencias intermedias, como por ejemplo propulsores de motores de CD y CA, fuentes de corrientes, relevadores de estado sólido, y contactores. A medida que los limites superiores de las especificaciones de IGBT disponibles en el comercio aumentan (hasta 6500V y 2400A), están encontrando aplicaciones donde se usan los BJT y los MOSFET convencionales principalmente como interruptores llegando a sustituirlos.

6. Diagrama de funcionamiento básico del transistor, basada en alguna de sus aplicaciones.En la figura 9-12 se muestra un D-MOSFET de canal n en fuente común polarizado en cero con una fuente de ca acoplada capacitivamente a la compuerta. Ésta se encuentra a aproximadamente 0 V de ca y la terminal fuente está a tierra, así que VGS=0 V.

Transistor de efecto de campo MOS – MOSFET

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1. Estructura y Simbología del transistorLos transistores MOSFET o Metal-Oxido-Semiconductor (MOS) son dispositivos de efecto de campo que utilizan uncampo eléctrico para crear una canal de conducción.Son dispositivos más importantes que los JFET ya que la mayor parte de los circuitos integrados digitales se construyen con la tecnología MOS.Existen dos tipos de transistores MOS: MOSFET de canal N o NMOS y MOSFET de canal P o PMOS. A su vez, estos transistores pueden ser de acumulación (enhancement) o deplexion (deplexion

Fig. 8.2 Transistor MOS de acumulación de canal P. a) Estructura física.b) Símbolo.

Su símbolo se diferencia del anterior por el sentido de la flecha del terminal B. En este caso, va en el sentido del canal P hacia el sustrato N.

2. Comportamiento del transistor en corriente directa e inversaEl transistor MOS en continuaCuando las tensiones aplicadas en los terminales del transistor MOS varíen muy lentamente, las corrientes por los condensadores serán muy pequeñas y éstos podrán ignorarse. En este caso, el transistor MOS se comporta como una fuente dependiente conectada entre drenador y surtidor controlada por las tensiones aplicadas a sus terminales. Obsérvese entonces que la corriente de puerta iG es nula, así como también lo es la corriente de sustrato. En este caso, el circuito equivalente de la figura 8.5 se reduce a una fuente de corriente entre drenador y surtidor, cuyo valor depende de la tensión vGS. Por esto, se dice que el MOS es un dispositivo controlado por tensión, no por corriente, como era el caso del transistor bipolar.

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http://www.unicrom.com/Tut_transistores_efecto_campo.asp

http://www.unicrom.com/tut_campo_electrico_lineas_fuerza.asp


Fig. 8.5 Modelo del transistor MOS de canal N

3. Curvas características del transistor, según su polaridadEn la figura 8.6 se representan las curvas características de un transistor MOS de canal N. Para cada valor de vGS hay una curva de la corriente de drenador en función de la tensión entre drenador y surtidor. Para vGS menor o igual a VT las curvas coinciden con el eje de abscisas: la corriente de drenador es nula. A medida que vGS aumenta por encima de VT la corriente va creciendo.

Fig. 8.6 a) Curvas características de drenador de un transistor MOS de canal N.b) Curva de transferencia en la región de saturación

4. Encapsulado del transistorEn algunos casos nos encontramos con Mosfet SMD con encapsulado SOT-223 o TO-261AA cuyo número indicado en el encapsulado son 2 letras y 3 números como por ejemplo LL014 o FL016, para poder ubicar su hoja de datos debemos agregarle el prefijo IRCuando el encapsulado es DPAK o D2PAK traen en el encapsulado el número de identificación completo y en algunos se le agrega el prefijo IR.Cuando el encapsulado es SOIC-8 verificamos el logo para determinar quién es el fabricante; si es International Rectifier le agregamos el prefijo IRF, si es VISHAY se le agrega el prefijo SI. El número de partes es de 4 dígitos.

5. Aplicaciones del transistor Digitales

Al bloquear efectivamente el flujo de la corriente directa (CD) por el canal, los transistores MOSFET reducen el consumo de energía y permiten las

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impedancias grandes, lo que, a su vez, tiene como resultado una alta capacidad de diseminación. Los diseñadores utilizan este aislamiento de la compuerta y el canal para mejorar el desempeño.

AnalógicosComo los transistores MOSFET pueden operarse a voltajes de corriente de puerta cero así como también a voltajes de drenaje-fuente, son dispositivos de intercambio ideales. Además, se pueden grabar sobre un chip de silicona para que actúen como resistores de precisión y como capacitores, con lo que se puede hacer circuitos análogos completos en un solo chip.

Como interruptoresLos voltajes de transmisión aplicados a la terminal de compuerta de un transistor MOSFET pueden utilizarse para encender o apagar dichos transistores. La velocidad de funcionamiento de los interruptores también puede conducirse y permitir el paso de corrientes altas y bajas. Este control de los MOSFET los hace más efectivos como interruptores en comparación con los transistores de empalme bipolares.

6. Diagrama de funcionamiento básico del transistor, basada en alguna de sus aplicaciones.El MOS como transistor de pasoConsidérese el circuito de la figura 8.21 en el que se supone un transistor de acumulación de canal N. En este circuito el transistor MOS actúa como un interruptor. Cuando la tensión que se aplica a la puerta es nula, el transistor está en corte y equivale a un circuito abierto. Cuando dicha tensión toma un valor elevado (nivel alto) el transistor equivale a una pequeña resistencia, RDS(on), que conecta los circuitos 1 y 2.

Fig. 8.21 El transistor MOS de canal N actuando como transistor de pasoPara que el transistor de paso se aproxime a un interruptor ideal se requiere que RDS(on) sea pequeña, por lo que se necesita el mayor valor posible para vGS.

Conclusión:

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Mediante la realización de este cuestionario se pudo comprender de mejor manera la estructura, el funcionamiento y la curva característica de los diferentes tipos de transistores

Bibliografía:

1. Lluís Prat Viñas, Circuitos y dispositivos electrónicos.2. Allan R. Hambley, Electrónica - 2da Edición.

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