Disp. y Circuit. Electronic.ii(Teoria y Exp.)

IPES

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DISPOSITIVOS Y CIRCUITOSELECTRÓNICOS II

módulo MCM4/EV

Tomo 1/2

TEORÍA Y EXPERIMENTACIONES

manual PROFESOR/ALUMNO

MC0411S0.DOC

ÍNDICE

Lección B13: Transistores NPN y PNP Pág. 1

Lección B14: Transistores de efecto de campo JFET y MOSFET Pág. 11

Lección B15: Componentes optoelectrónicos Pág. 25

Lección B16: Transductores de temperatura Pág. 33

Lección B17: Configuraciones de amplificación del transistor Pág. 38

Lección B18: Polarización del transistor Pág. 51

Lección B19: Estabilización del punto de reposo Pág. 62

Apéndice A: Símbolos utilizados Pág. 74

Apéndice B: Hojas técnicas Pág. 75

NORMAS de SEGURIDAD

Conservar el presente manual para cualquier consulta adicional.

Luego de haber quitado el embalaje, poner a un lado todos losaccesorios de modo de no perderlos. Controlar que el módulo sepresente íntegro y sin daños visibles.

Antes de proporcionar la alimentación al módulo, controlar que loscables de alimentación estén conectados correctamente a la fuente dealimentación.

Este aparato deberá ser destinado sólo para el uso para el cual ha sidoconcebido; es decir, como equipo didáctico; además, deberá serutilizado sólo bajo la directa vigilancia de personal experto. Cualquierotro uso deberá considerarse inapropiado y, por consiguiente, peligroso.El fabricante no puede considerarse responsable de eventuales dañosque procedan de usos inapropiados, erróneos o irrazonables.

Lección B13 : Transistores NPN y PNP

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LECCIÓN B13: TRANSISTORES NPN y PNP

OBJETIVOS• Reconocimiento de un transistor PNP o NPN.• Medida de las resistencias interunión.• Reconocimiento de los tres terminales: Base, Emisor y Colector

utilizando un óhmetro.• Verificación de las relaciones fundamentales de corriente continua.• Medida de la corriente de colector en función de la corriente de

base.• Cálculo de los factores de amplificación α y β.

MATERIAL• Unidad básica para sistema IPES (Unidad de alimentación mod.

PSU/EV, Caja de soporte de los módulos mod. MU/EV, Unidad decontrol individual mod. SIS1/SIS2/SIS3)

• Módulo de experimentación mod. MCM4/EV• Multímetro

B13.1 NOCIONES TEÓRICAS

Estructuras PNP y NPN

Los modelos físicos de los transistores PNP y NPN se muestran en lafigura B13.1. La zona central se denomina "Base", mientras que laszonas externas se denominan respectivamente "Emisor" y "Colector".

fig. B13.1


- 2 -

El funcionamiento de los transistores se basa en la posibilidad decontrolar la corriente que fluye entre Colector y Emisor a través de laaplicación de una corriente en la base B, lo cual se obtiene polarizandodirectamente la unión base-emisor e inversamente la unión base-colector.En ausencia de tensiones de polarización, las barreras de potencialexistentes se muestran en las figuras.

fig. B13.2

Funcionamiento del Transistor PNP

En la condición de funcionamiento normal el diodo base-emisor D2 estápolarizado directamente (polo positivo en el emisor y polo negativo enla base); en cambio, el diodo colector-base D1 está polarizadoinversamente y el colector tiene un potencial negativo respecto a la base(figura B13.3a).Con el circuito base-colector abierto (figura B13.3b), ya que el diodo D2está polarizado directamente, su barrera de potencial se reduce y de estaforma favorece un desplazamiento de cargas positivas desde el emisorhacia la base.Consideremos ahora la situación en la cual el circuito colector-base estácerrado y el circuito base-emisor está abierto (figura B13.3c). Debido ala polarización inversa, la barrera de potencial del diodo colector-baseaumenta; de esta forma sólo una pequeña corriente de huecos positivosfluye desde la base hacia el colector y al mismo tiempo una corriente deelectrones fluye desde el colector hacia la base.

Supongamos ahora que tanto el circuito base-emisor como el circuitocolector-base (figura B13.3d) se cierren simultáneamente. El espesor dela base es muy delgado respecto a la distancia media que puedenrecorrer los huecos positivos procedentes del emisor; una parteconsiderable de estas cargas puede atravesarla y llegar a la unióncolector-base, donde serán atraídas por el potencial negativo delcolector, creando así una corriente emisor-colector.Un razonamiento análogo lleva a resultados similares en el caso de untransistor NPN (figura B13.4).


- 3 -

fig. B13.4

Las estructuras PNP y NPN constituyen la base constructiva de lostransistores bipolares o "BJT" (Bipolar Junction Transistor).Los símbolos gráficos correspondientes se muestran en las figurassiguientes.

fig. B13.5

fig. B13.3


- 4 -

La flecha en el símbolo gráfico indica el sentido de la corriente deemisor. La polarización correcta de un BJT se muestra en la figuraB13.6.

fig. B13.6

Las magnitudes que determinan el funcionamiento de un transistor decorriente continua son (figura B13.7):1. Las tres corrientes que circulan en el transistor (IB, IC, IE).2. Las tres tensiones presentes en los extremos de los terminales (VBE,

VCE, VCB).3. Los dos coeficientes de amplificación de corriente (α, β).

fig. B13.7

Ecuaciones fundamentales

Considerando como sentido de las corrientes el de las cargas móvilespositivas, se consideran válidas las siguientes relaciones:

IE = IC + IB B13.1

IC = αααα·IE + ICBO B13.2

donde:

• El coeficiente α tiene un valor comprendido entre 0,9 y 0,999.


- 5 -

• α⋅IE indica la fracción de la corriente de emisor que llega hasta elcolector (y α es muy próxima a 1.0).

• ICBO, del orden de los nA, es la corriente inversa medida de la uniónbase-colector polarizada inversamente, dejando abierto el terminal deemisor.

Sustituyendo el valor de IE en la ecuación B13.1, se puede obtener lasiguiente expresión en la B13.2:

IC = ß⋅⋅⋅⋅IB + ICEO B13.3

verificándose:

ββββ= αααα/(1-αααα) B13.4

ICEO = (ß+1)·ICBO B13.5

A través de la B13.4, los valores propios de α se desprenden de β yestán comprendidos entre 10 y 100; por lo tanto, a través de las referidasrelaciones, se deduce que a un valor pequeño de la corriente de base IBle corresponde un valor elevado de la corriente de colector IC, lo cualdemuestra que el transistor es un componente amplificador de corriente.En lo referente a las tensiones puede escribirse:

VCE = VBE + VCB B13.6

Ganancia estática del transistor

A través de las relaciones B13.3 y B13.5 es posible obtener la siguienteexpresión para β:

IC - ICBO B13.7ββββ = IB + ICBODespreciando el aporte de ICBO tanto en el numerador como en eldenominador de la ecuación B13.7, se define el más importanteparámetro de los BJTs, la ganancia estática de corriente hFE:

hFE = IC / IB B13.8


- 6 -

Curvas característicasLas relaciones anteriores pueden expresarse de forma gráfica mediantelas curvas características indicadas a continuación:

fig. B13.8 a. Curvas características de entrada de un transistor NPN de emisor comúnb. Curvas características de transferencia de un transistor NPN de emisor comúnc. Curvas características de salida de un transistor NPN de emisor común


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B13.2 EJERCICIOS

MCM4 Desconectar todos los puentes

SIS1 Situar todos los interruptores en posición OFF

SIS2 Teclear el código de la lección: B13

N.B.En algunos circuitos se requerirá la realización de medidas de tensióny corriente; si se dispone de un solo multímetro, éste se utilizará comovoltímetro o como amperímetro, según se necesite.Cuando el multímetro se utilice para medir las tensiones, serecomienda cortocircuitar los puntos del circuito donde esté previstala conexión del amperímetro.

Reconocimiento de un transistor PNP o NPN

• En los transistores T2 y T3, determinar los pines que corresponden ala base, al colector y al emisor.

• Predisponer el óhmetro en el alcance más bajo. Medir las resistenciasde unión entre base-emisor, base-colector y colector-emisor en losdos sentidos de polarización. Comparar los valores medidos con losde la tabla siguiente:

RBC RBE RCE

T2 baja ∞ baja ∞ ∞ ∞

T3 ∞ baja ∞ baja ∞ ∞

fig. B13.9 • Verificar, con los valores de resistencia obtenidos, que el transistor

T2 es un NPN y que el transistor T3 es un PNP.

Q1 En general, ¿ cómo puede representarse un transistor ?

SETA B1 2 con dos diodos conectados en serie y en oposición, con la

base como centro común2 4 con dos diodos conectados en paralelo3 1 con la serie de un diodo normal y un diodo zener4 5 con dos diodos conectados en antiparalelo5 3 ninguna de las respuestas anteriores


- 8 -

Estos parámetros son indicativos y podrán variar también para BJTs delmismo tipo. Lo importante es que con este método es posible identificarel patillaje de un transistor.

Verificación experimental de las relaciones entre las corrientes • Regular la alimentación variable Vcc a +12V. Conectar los puentes

J2, J8 y J6; luego, conectar los amperímetros, de manera de realizarel circuito que se muestra en la figura B13.10.

fig. B13.10

• Medir la corriente de colector IC para los valores de la corriente debase IB de la tabla siguiente:

IB (µA) 10 30 50 70 90 IC (mA)

hFE • Trazar la curva IC = f (IB). La curva IC = f (IB) tiene un trecho lineal.

Su pendiente proporciona el valor de la ganancia estática de corrienterepresentada por: hFE = IC / IB

• Calcular la ganancia de corriente hFE. para cada par de valores de la

tabla anterior.

Q2 ¿ Dentro de cuáles valores está comprendido el valor de hFE ?

SETA B 1 6 1 - 10 2 1 10 - 20 3 5 20 - 40 4 3 100 - 400 5 4 500 - 1000 6 2 1000 - 2000


- 9 -

SIS1 Situar el interruptor S1 en la posición ON

SIS2 Pulsar INS

Q3 ¿ Qué efecto se observa en el circuito y cuál es la causa ? SET A B1 5 se desconectó la alimentación de todo el circuito, por

consiguiente no se mide nada2 3 se desconectó la alimentación en el colector, por consiguiente

IC es nula3 4 IC aumentó debido a un cortocircuito del transistor entre C y

E4 1 IC se volvió nula debido a la desconexión del circuito de

polarización de la base5 2 IC se volvió nula debido a una interrupción en el emisor

SIS1 Situar el interruptor S1 en la posición OFF

Relación entre las corrientes de colector y de emisor • Variar el circuito anterior desconectando el amperímetro de la base

del transistor; conectar J5, desconectar J6 y conectar el amperímetroen los extremos 5 - 6 para poder medir la corriente de emisor.

• Girar RV1 para obtener una IC = 25 mA.• Medir el valor de IE.• Calcular el coeficiente α.

Q4 ¿ Cuánto vale α ? SET A B 1 2 es siempre negativa 2 5 es superior a 10 3 1 es poco inferior a 10 4 6 es poco superior a 1 5 4 es poco inferior a 1 6 3 es siempre igual a 2


- 10 -

B13.3 CUESTIONARIO RECAPITULATIVO

Q5 En un transistor NPN están presentes: SET A B 1 4 3 uniones 2 3 2 uniones 3 2 1 unión 4 1 0 uniones

Q6 El coeficiente de amplificación α de un transistor se define con: SET A B 1 1 IB/IC 2 5 IE/IB 3 2 (IC - ICBO)/IE 4 4 IC/IE 5 3 (IC + ICBO)/IE

Q7 Eligiendo como sentido convencional para las corrientes el de lascargas móviles positivas, para un transistor BJT “PNP” la relacióncorrecta es: SET A B 1 4 IE = IC + IB 2 1 IB = IC + IE 3 2 -IE = IB - IC 4 3 IE = IB - IC

Q8 Los coeficientes α y β están relacionados mediante las expresiones: SET A B 1 2 α/2 = β + 1 2 4 α = (β - 1)/( β + 1) 3 1 β = α/ (1 - α) 4 3 β = α + 1

Q9 Si en un transistor β= 50, ¿ Cuánto vale α ? SET A B 1 5 0.96 2 6 0.98 3 2 1.02 4 1 0.90 5 3 0.5 6 4 1

Lección B14: Transistores de efecto de campo JFET y MOSFET

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Lección B14: TRANSISTORES de EFECTO de CAMPO JFET y MOSFET

OBJETIVOS

• Trazado de la curva característica de salida ID = f (VDS).• Trazado de la curva característica de transferencia ID = f (VGS).• Uso del FET como:

- amplificador para pequeñas señales- generador de corriente continua.



• Módulo de experimentación mod. MCM4/EV• Osciloscopio• Multímetro


Efecto de campo en el Transistor JFET El transistor de efecto de campo es un componente que difiere deltransistor bipolar PNP o NPN, tanto en el funcionamiento como en laestructura.En el Transistor de Efecto de Campo de Unión (JFET, Junction FieldEffect Transistor) la corriente consta de cargas de una única polaridad ypor esta razón se denomina también transistor unipolar.Los símbolos gráficos de los JFETs de canal N y de canal P se muestranen la figura B14.1, mientras que en la figura B14.2 se muestran losmodelos físicos correspondientes.El terminal D es el Drain (drenador), el terminal G es el Gate (puerta) yel terminal S es el Source (fuente). La diferencia básica entre un transistor bipolar y un FET es que elprimero gobierna una corriente (I colector) con otra corriente (I base),mientras que el segundo gobierna una corriente (I Drain) con unatensión (V Gate-Source).

canal N canal P

fig. B14.1


- 12 -

fig. B14.2

Principio de funcionamiento

Considérese como ejemplo un JFET de canal N, alimentado con lastensiones que se muestran en la figura B14.3.

fig. B14.3

Si la tensión VG es nula, la corriente ID circula a través de la resistenciadel semiconductor dopado N. Si VG aumenta, polarizando inversamentela unión PN, se vacía una zona de portadores en torno a la unión, devolumen proporcional a la tensión aplicada (figura B14.4).

fig.B14.4

Puede observarse que el canal N se reduce y su conductividaddisminuye; en otras palabras, la resistencia entre S y D es proporcionalal volumen de la zona de vaciamiento. En condiciones defuncionamiento correcto la unión PN entre Puerta y Fuente se polarizainversamente; por lo tanto, la corriente de entrada es muy pequeña. Poresta razón el JFET presenta una impedancia de entrada elevada, superioral megaohmio.

Supongamos ahora que la Puerta y la Fuente se cortocircuiten entre sí yque se aplique una tensión VDS > 0. Ya que el drenador se encuentra enun potencial positivo respecto a la puerta, la unión PN resulta polarizadacuanto más inversamente tanto mayor sea la tensión VDS (figura B14.5).En estas condiciones se forma una zona de vaciamiento que reduce laconductividad del canal. Aumentando la tensión VDS se tienen dosefectos opuestos:


- 13 -

1. Aumento de la densidad de corriente entre D y S.2. Aumento de la resistencia del canal entre D y S.Ya que este último efecto no es lineal con la tensión, la corriente IDdesde un determinado valor en adelante ya no aumenta más al aumentarVDS. Para VGS=0 voltios, la máxima corriente entre drenador y fuente sedenomina IDSS, mientras que VP (tensión de estrangulamiento o depinch-off) es la tensión VDS mínima para la cual la corriente ID alcanzael valor constante IDSS.

fig. B14.5

Por consiguiente, la corriente ID es proporcional a la tensión VDS y a latensión VGS. Para un valor de |VGS| > VP el canal está totalmente cerradoe IDS=0A para cualquier tensión VDS. Este valor de tensión VGS sedenomina tensión de corte (o de cut-off) y se indica con VGSoff. Cabeobservar que VGS difiere de VP sólo por el signo: VGSoff = - VP.

Curvas características

Representando la corriente de Drenador ID en función de la tensión deDrenador-Fuente VDS para valores diferentes de la tensión de Puerta-Fuente VGS, se obtienen las curvas características de salida (o deDrenador) del FET (fig. B14.6).

Se puede observar lo siguiente:• para VDS < VP - |VGS| el FET se comporta como una resistencia (zona

óhmica)• para VDS> VP - |VGS| la ID es prácticamente independiente de VDS y

depende sólo de VGS (zona de saturación)• al disminuir VGS (valores negativos) disminuye también ID

• la corriente ID disminuye si VGS alcanza valores más negativos.

Curva característica mutua y transconductancia En la zona de saturación del FET la ID depende prácticamente sólo deVGS (fig. B14.7). Esta dependencia se expresa mediante la siguienterelación:

2

p

GSDSSD V

V1II

−⋅=


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donde: IDS = corriente de Drenador en zona de saturación IDSS = corriente de Drenador para VGS = 0 VP = tensión de estrangulamiento (o de Pinch-off).

fig. B14.6 fig. B14.7

El MOSFET El transistor de efecto de campo óxido metálico-semiconductor(MOSFET, Metal-Oxide-Silicon FET) constituye una evolucióntecnológica y constructiva del JFET. Su funcionamiento es similar al delFET, pero su estructura se diferencia por la fina capa de óxido aislanteinterpuesta entre la Puerta y el canal Drenador-Fuente; por esta razón sedenomina también transistor de efecto de campo de puerta aislada(IGFET, Insulated Gate FET). Existen dos tipos de MOSFET. Uno que funciona en base al principio devaciamiento (Depletion) del canal con las cargas libres y el otro en baseal principio del reforzamiento (Enhancement) del canal con las cargaslibres. Los símbolos se muestran en la figura B14.8.

fig. B14.8


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MOSFET de DEPLEXIÓN

La estructura de un MOSFET de DEPLEXIÓN o VACIAMIENTO(MOSFET DEPLETION) de canal N se muestra en la figura B14.9.Al igual que en el FET, el MOSFET de DEPLEXIÓN presenta un canalcontinuo entre Drenador y Fuente; está soportado por una base desemiconductor ligeramente dopada de tipo P, denominada "sustrato". Enausencia de polarización de la Puerta, el MOSFET conduce con lascargas disponibles en el canal. Si la Puerta está polarizada inversamente,el canal se vacía de sus cargas y disminuye la conducción. La curvacaracterística de salida "corriente de Drenador"-"tensión de Drenador-Fuente" se muestra en la figura B14.10. Las mismas consideraciones desarrolladas para el MOSFET de canal Npueden considerarse válidas también para el MOSFET de canal P, peroinvirtiendo el sentido de las corrientes y las tensiones.

fig. B14.9 fig. B14.10

MOSFET de REFORZAMIENTO

El MOSFET de REFORZAMIENTO (MOSFET ENHANCEMENT) decanal N se muestra en la figura B14.11. Este MOSFET no presenta uncanal continuo entre Drenador y Fuente; por lo tanto, no puede conduciren ausencia de polarización de la Puerta. Para VGS > 0, las cargasnegativas atraídas por la Puerta se sitúan en la zona entre S y D, creandoun canal N y el dispositivo así puede conducir.Este tipo de FET es el único que está en corte con VGS=0 y que controlala corriente de Drenador con una VGS positiva. Este comportamiento essimilar al de un transistor bipolar. La curva característica de salida"corriente de Drenador"-"tensión de Drenador-Fuente” se muestra en lafigura B14.12.

fig. B14.11 fig. B14.12


- 16 -

MOSFET comparado al JFET Las ventajas del MOSFET respecto a los JFETs son las siguientes:• ya que la Puerta está aislada, estos dispositivos presentan una

resistencia de entrada superior a la de los JFETs;• la Puerta tiene en promedio una capacidad de entrada más pequeña;

por lo tanto, los MOSFETs presentan un mejor comportamiento a lasaltas frecuencias.

El inconveniente de la tecnología MOS es que el aislante en SiO2 puededañarse de forma definitiva por efecto de las cargas electroestáticas; porlo tanto, estos dispositivos deberán manejarse con sumo cuidado antesde ser insertados en el circuito. Una protección sencilla consiste encortocircuitar los tres pines del encapsulado.

Circuito amplificador con JFET En las próximas lecciones se analizarán en detalle las diferentesconfiguraciones de amplificación de los transistores. En esta lección seconsidera útil adelantar el tema analizando una aplicación del JFETcomo amplificador. Para poder utilizar un FET como amplificador deberá elegirse unapolarización que permita trabajar en la zona de linealidad de las curvascaracterísticas. En este caso una variación de la tensión VGS se traduceen una variación proporcional de la corriente ID: ID = gm·VGS donde el parámetro fundamental gm se define como la transconductanciadirecta en modo Fuente común y proporciona la medida del efecto de latensión de Puerta en la corriente de Drenador (fig. B14.13).La figura B14.14 muestra un circuito amplificador realizado con unJFET. Siendo vi y vo las señales variables de entrada y de salida, la gananciade tensión Gv del amplificador, o sea la relación entre las amplitudes dela señal de salida y la señal de entrada, vale:

mDi

o gRvvGv ⋅≈=

Los valores propios de gm están comprendidos entre 0,1 y 10 mA/V.

fig. B14.13


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fig. B14.14

Generador de corriente constante Analicemos ahora otro circuito realizado con el JFET.

Un generador ideal de corriente es un circuito que proporciona tanto unacorriente de valor constante como la carga. Una fuente de este tipo tieneque tener una impedancia de salida muy elevada. La figura B14.15muestra un ejemplo de generador de corriente con transistor FET.

fig. B14.15

En el circuito VGS es igual a 0 voltios. Si VDS es superior a la tensiónVP, la corriente ID en el circuito se vuelve constante e igual a IDSS. Lacondición para que el circuito sea un generador de corriente constante esque VDS sea superior a VP. Ya que VDS = VDD - RL · ID, se deberá tener: RL < (VDD - VP) / IDSS Si RL supera este valor, la corriente disminuye rápidamente (figuraB14.16).

fig. B14.16


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B14.2 EJERCICIOS




Trazado de la curva característica de salida de un transistor JFET • Conectar los puentes J31, J32, J18, el amperímetro entre 23 y 24, el

voltímetro (o el osciloscopio) entre Drenador y Fuente, de manera derealizar el circuito que se muestra en la figura B14.17.

fig. B14.17 • Regular inicialmente en 0V la tensión Vcc de la fuente de

alimentación variable; luego, aumentar gradualmente Vcc y medir lacorriente ID que circula a través del circuito y la tensión VDS del FETpara cada valor de Vcc de la tabla siguiente:

VCC (V) 1 2 3 4 5 6 8 10 12 15 20

VDS (V)

ID (mA)

• Trazar la curva ID = f (VDS) y calcular la tensión de estrangulamiento

(o de pinch-off) VP y la corriente de saturación IDSS.


- 19 -


SIS2 Pulsar INS

Q1 ¿ Qué ocurrió en el circuito ?

SET A B 1 5 se desconectó una resistencia conectada en serie con R12 2 3 el FET se cortocircuita entre Drenador y Fuente 3 1 el FET se abre entre Drenador y Fuente 4 2 el circuito de la Puerta se abre 5 4 disminuyó la tensión de alimentación


Trazado de la curva característica de transferencia • Realizar el circuito que se muestra en la figura B14.18, conectando

los puentes J30, J37, J19, el amperímetro y el voltímetro (o elosciloscopio), tal como se muestra en la figura.

fig. B14.18


- 20 -

• Variar VGS actuando sobre RV8 y medir la corriente ID para cadavalor que se indica en la tabla siguiente:

VGS [ V ] 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 -4 -4.5

ID [ mA

• Calcular la tensión de Puerta VGoff para la cual la corriente de

Drenador se anula.• Trazar la curva ID = f (VGS), calcular el valor de IDSS.

Q2 ¿ Cómo es la marcha de la curva anterior ? SET A B 1 3 presenta un máximo en correspondencia con VGS = -5 V 2 4 es una recta que pasa por el origen de los ejes 3 5 es una recta paralela al eje de VGS 4 2 es un arco de circunferencia con centro en el origen 5 1 es una curva que decrece al disminuir VGS

Trazado en el osciloscopio de las curvas características de salida • Realizar el circuito que se muestra en la figura B14.19, conectando

los puentes J20, J21, J22, J33 y J30.• Predisponer el osciloscopio en modo X-Y (50 mV/div en el canal Y,

5 V/div en el canal X), conectar las sondas tal como se muestraen la figura (¡ Utilizar la sonda diferencial para el canal X !). Enlos extremos de R18 se medirá una tensión proporcional a la corrienteID, mientras que en el Drenador se medirá la tensión VDS.


- 21 -

fig. B14.19

• Variar VGS actuando sobre RV8 y observar la variación de la curva

IDS= f (VDS).

• Actuando sobre RV5, variar VDS y observar la variación de IDS.

Trazado en el osciloscopio de las curvas características de transferencia • Realizar el circuito que se muestra en la figura B14.20, conectando

los puentes J19, J21, J22, J33, J25, J29 y J26. • Predisponer el osciloscopio en modo X-Y (0.2 V/div en el canal Y, 1

V/div en el canal X) y conectar las sondas tal como se muestra en lafigura (¡ Utilizar la sonda diferencial para el canal X !). En losextremos de R18 se medirá una tensión proporcional a la corriente ID,mientras que en la Puerta se medirá la tensión VGS.

fig. B14.20


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Q3 A través del diagrama visualizado es posible observar algunos puntoscaracterísticos de la curva ID-VGS. Para VGS<VP ¿ Cuánto vale ID ? SET A B 1 6 10 mA 2 5 12 mA 3 2 0 mA 4 3 5 mA 5 1 2 mA • Calcular la pendiente de la curva para -2V < VGS < -0,5V, que

representa gm = ∆ID/∆VGS. Se hallará un valor de gm igual a algunosmA/V.

Circuito amplificador para pequeñas señales • Regular a +25V la tensión de la fuente de alimentación variable• Conectar los puentes J23, J24, J29, J27, J34, J36, J22 y J18, de

manera de realizar el circuito que se muestra en la figura B14.21.• Conectar el osciloscopio tal como se muestra en la figura, para

visualizar las señales de entrada (vi) y de salida (vo) en el circuito.• Actuando sobre RV6, regular la señal de entrada a 1 Vpp.• Regular RV9 de manera de obtener una señal de salida lo más

próxima posible a una forma sinusoidal.• A través del trimmer RV6, variar la tensión de entrada y observar la

distorsión de la señal de salida.• Medir el valor pico-pico de la señal de salida en ausencia de

distorsión.• Calcular la amplificación de la señal Gv = vo/vi.

fig. B14.21


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Q4 ¿ Cuál es el valor aproximado de la amplificación ? SET A B 1 3 1 2 4 2 3 6 5 4 1 10 5 2 50

Generador de corriente constante • Regular a +25 Vcc la tensión de la fuente de alimentación variable.

Conectar los puentes J18, J21, J31 y J34, el amperímetro entre lospuntos 23 y 24 y el osciloscopio tal como se muestra en la figura(¡ Utilizar la sonda diferencial !!), de manera de realizar el circuitoque se muestra en la figura B14.22.

fig. B14.22

• Regular RV9 en el valor de resistencia mínimo.• Medir la corriente que circula a través del circuito.• Variar RV9 y observar si la corriente I se mantiene constante; luego,

observar en el osciloscopio la marcha de la tensión VDS y la tensiónVRV9 en los extremos del trimmer.

Q5 ¿ Qué variaciones presentan las dos tensiones al aumentar la

resistencia de RV9 ? SET A B 1 4 las dos tensiones se mantienen sin variar 2 5 las dos tensiones disminuyen 3 2 las dos tensiones aumentan 4 1 la tensión VDS aumenta y la otra disminuye 5 3 la tensión VDS se mantiene constante y la otra aumenta


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SIS2 Pulsar INS

Q6 ¿ Qué variación se realizó en el circuito ?

SET A B 1 5 el FET se desconectó 2 1 el FET se cortocircuitó 3 4 la tensión de alimentación aumentó 4 2 falta la tensión al drain de T6 5 3 ninguna de las respuestas anteriores



Q7 ¿ Qué es el “canal" en un FET ? SET A B 1 2 la zona entre puerta y drenador 2 5 la zona entre puerta y fuente 3 4 la zona entre drenador y fuente 4 3 la conexión entre las dos zonas de puerta 5 1 la conexión de entrada al FET

Q8 El canal drenador-fuente resulta "estrangulado" (por lo tanto ID = 0)cuando: SET A B 1 4 VDS = 0 V 2 3 VGS = VP 3 1 VGS = 0 V 4 5 VGS = - 5 V 5 2 VDS = -1 V

Q9 En la zona lineal un FET se comporta como: SET A B 1 2 una resistencia 2 3 un diodo 3 5 un condensador 4 1 un inductor 5 4 un interruptor abierto

Lección B15: Componentes optoelectrónicos

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LECCIÓN B15: COMPONENTES OPTOELECTRÓNICOS

OBJETIVOS

• Estudio de la característica resistencia-luminosidad en unafotorresistencia.

• Estudio de la característica corriente-luminosidad en un fotodiodo.• Análisis de la reacción a la luz de un fototransistor.





Fotorresistencia

La fotorresistencia es un dispositivo de semiconductor sensible a laradiación electromagnética comprendida en el entorno del espectrovisible (longitud de onda comprendida entre 380 nm y 760 nm).La característica propia de la fotorresistencia es la de presentar un valorde resistencia muy elevado en la oscuridad: resistencia que disminuye alaumentar la radiación luminosa que le llega.

La fotorresistencia se realiza con una barra de material semiconductor,normalmente el sulfuro de cadmio (CdS).La radiación luminosa incidente cede parte de la propia energía a lospares electrón-hueco que pueden alcanzar un nivel energético tal comopara romper los enlaces covalentes y permitir que los portadores decarga alcancen la banda de conducción; de esta forma se crean cargaslibres que hacen aumentar la conducción y, por consiguiente, disminuirla resistencia.

La relación entre intensidad de la radiación luminosa y número decargas libres generadas, en primera aproximación, puede considerarseproporcional.

En las aplicaciones prácticas los terminales de la fotorresistencia sealimentan con una tensión exterior, gracias a la cual los portadores decarga pueden atravesar el dispositivo y el circuito a él conectado.

En la figura B15.1 se muestra la marcha típica de la resistencia R de unafotorresistencia en función de la iluminación medida en lux.


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fig. B15.1

FotodiodoEn líneas generales el fotodiodo es un diodo de semiconductor corriente;sin embargo, se realiza con una técnica constructiva particular, quepermite que la energía luminosa incidente sobre el materialsemiconductor penetre hasta la región de vaciamiento de la unión.La energía luminosa incidente que llega a los pares electrón-hueco escapaz de romper los enlaces covalentes que unen los portadores decarga, de modo que los electrones liberados sean atraídos por la regiónde tipo N y los huecos sean atraídos por la región de tipo P; de estaforma, en el interior del diodo se genera una corriente (fotocorriente)que depende de la intensidad de la radiación luminosa.El sentido del flujo de cargas que constituyen la fotocorriente va delcátodo al ánodo; por esta razón, en las normales aplicaciones, elfotodiodo se polariza inversamente.Cuando el fotodiodo no se ilumina, a través de la unión circula la débilcorriente de oscuridad Id (dark current), que es igual a la corrienteinversa de un diodo polarizado inversamente normal.Cuando el dispositivo se ilumina, la corriente total It que circula a sutravés está dada por la suma de la corriente de oscuridad Id y la corrientefotoconductora Ip:

It = Id + Ip En la figura B15.2 se muestran las curvas tensión-corriente de unfotodiodo, para diferentes valores de energía luminosa incidente.

fig. B15.2


- 27 -

FototransistoresEn línea general se trata de un transistor normal realizado con tres capasde material semiconductor dopadas alternativamente N y P.

La radiación luminosa se concentra en la región próxima a la unióncolector-base. Para entender el funcionamiento del fototransistor sesupone que la unión base-emisor esté polarizada directamente y que launión colector-base esté polarizada inversamente. Esto se obtieneaplicando una tensión Vce con el colector de potencial más elevadorespecto a la base. Polarizando el transistor de esta forma, éste trabaja enla región activa.

Supongamos inicialmente que no haya ninguna radiación incidente. Enesta situación se tienen unos portadores minoritarios generados porefecto térmico: los electrones que atraviesan la unión desde la base haciael colector y los huecos que transitan desde el colector hacia la base,constituyen la corriente de saturación inversa Icbo de la unión decolector.La corriente de colector está dada por la relación: Ic = (1+ß)⋅⋅⋅⋅Icbo + ß⋅⋅⋅⋅Ib donde Ib es la corriente de base y ß es la ganancia del transistor.Suponiendo que la base esté abierta (Ib = 0), la relación anterior seconvierte:

Ic = (1+ß)⋅⋅⋅⋅Icbo Si el dispositivo se ilumina, por efecto fotoelectrónico se generan otrosportadores minoritarios que contribuyen a la corriente de saturacióninversa, exactamente como en el caso de las cargas minoritariasgeneradas por efecto térmico.

Si se indica con Ip la componente de la corriente de saturación inversadebida a la luz, se tiene que la corriente de colector total vale: Ic = (1+ß)⋅⋅⋅⋅(Icbo + Ip) Nótese que, por efecto del transistor, la corriente producida por laradiación se multiplica por el factor (1+β).

En la figura B15.3 se muestran las curvas "tensión colector-emisor"-"corriente de colector" de un fototransistor N-P-N para diferentesvalores de intensidad luminosa incidente.

Si se conecta el terminal de base y se inyecta una corriente de base Ib, sesuma la cantidad β⋅Ib a la corriente de colector.


- 28 -

fig. B15.3

B15.2 EJERCICIOS




Curva característica resistencia-luminosidad de la fotorresistencia • Conectar el puente J39 y el óhmetro entre los puntos 30 y 31, de

manera de realizar el circuito que se muestra en la figura B15.4.

fig. B15.4

• Las fotorresistencias pueden considerarse componentes sensibles a la

temperatura, ya que se realizan con materiales semiconductores. Paraminimizar el efecto térmico de la lámpara encendida en elcomponente, se recomienda realizar las medidas rápidamente,comenzando por la lámpara a la distancia mínima desde lafotorresistencia y luego alejándola progresivamente.

• Medir la resistencia alejando la fuente luminosa.


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Q1 ¿ Cómo varía la resistencia medida ? SET A B 1 3 la resistencia aumenta 2 4 la resistencia se mantiene constante 3 1 la resistencia disminuye 4 5 la resistencia se mantiene constante en el valor de cero 5 2 la resistencia es siempre infinita

La intensidad luminosa que llega a la fotorresistencia es proporcional ala energía luminosa de la fuente y a su distancia. Es razonable pensarque cuanto más cercana es la fuente, tanto mayor será la intensidad quellega a la fotorresistencia. Cualitativamente el fenómeno observadotiene una marcha similar a la que se muestra en la figura B15.1.

Curva característica corriente-luminosidad del fotodiodo

• Conectar el puente J39 y el voltímetro en los extremos de laresistencia R20 (figura B15.5).

fig. B15.5

• Cuando una radiación luminosa llega a la superficie del fotodiodo,

dicho diodo se comporta exactamente como un generador decorriente; es decir, suministra una corriente proporcional a laintensidad luminosa recibida. La tensión que se mide en los extremosde R20 es proporcional a la corriente que la atraviesa; por lo tanto, ala iluminación del fotodiodo.

• Acercar la lámpara al fotodiodo y medir la tensión en los extremos deR20.

• Alejar la fuente luminosa y repetir las medidas.

Q2 ¿ Cómo varía la tensión medida al aumentar la distancia ? SET A B 1 4 la tensión aumenta 2 1 la tensión se mantiene constante 3 2 la tensión disminuye 4 5 la tensión es siempre nula 5 3 la tensión se mantiene constante en el valor de 12V


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Funcionamiento del fototransistor• Conectar el puente J39 y el voltímetro, tal como se muestra en la

figura B15.6.

fig. B15.6

• Medir la tensión de colector con la lámpara apagada y verificar si el

transistor conduce (con la lámpara apagada o con poca luminosidad,el fototransistor debería pasar al estado de corte; por lo tanto, latensión detectada será próxima a los +12V).

• Encender la lámpara y acercarla al fototransistor; luego, medir latensión de colector.

Q3 ¿ Cómo varía la tensión medida ?

SET A B 1 5 la tensión se mantiene constante 2 1 la tensión disminuye 3 4 la tensión aumenta 4 2 la tensión es siempre nula 5 3 la tensión se mantiene constante a 12V


SIS2 Pulsar INS

Q4 ¿ En estas condiciones es posible hacer conmutar el fototransistor al

estado de conducción ? SET A B 1 4 no, porque se desconectó la alimentación2 3 no, porque la unión base-emisor del fototransistor está en

cortocircuito 3 1 no, porque la lámpara no tiene la potencia necesaria 4 2 no, porque en el emisor está presente una carga elevada



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Q5 Una fotorresistencia está realizada por: SET A B 1 3 una unión P-N 2 4 una barra de material semiconductor 3 2 un metal 4 5 un aislante 5 1 una unión metal-semiconductor

Q6 ¿ A qué región del espectro de la radiación electromagnética esprincipalmente sensible la fotorresistencia ? SET A B 1 3 infrarrojo 2 1 visible 3 4 ultravioleta 4 5 ondas de radio 5 2 radiación gama

Q7 Un fotodiodo está realizado por: SET A B 1 4 un metal 2 1 una barra de material semiconductor 3 2 una unión P-N 4 5 una unión entre dos metales 5 3 ninguna de las respuestas anteriores

Q8 En las normales aplicaciones el fotodiodo: SET A B 1 2 no está polarizado 2 1 está polarizado directamente 3 4 está polarizado inversamente 4 3 está polarizado con una tensión alterna


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Q9 ¿ Dónde se concentra la radiación luminosa en un fototransistor ?

SET A B 1 3 en el colector 2 1 en la unión colector-base 3 5 en la base 4 2 en la unión base-emisor 5 4 en el emisor

Q10 En la oscuridad la corriente de colector del fototransistor es: SET A B1 2 nula2 4 depende de la corriente de saturación inversa de la unión C-B

generada por efecto térmico3 1 depende de la corriente de saturación inversa de la unión B-E

generada por efecto térmico4 3 depende de la tensión colector-emisor

Lección B16: Transductores de temperatura

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LECCIÓN B16: TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA

OBJETIVOS

• Estudio de la curva característica resistencia-temperatura de untermistor.




B16.1 NOCIONES TEÓRICAS Los termistores son dispositivos de semiconductor en los cuales laresistencia depende de la temperatura del dispositivo mismo. El efectotermorresistivo de los semiconductores presenta características muydiferentes respecto a los metales.

En efecto, con la temperatura varía no sólo la movilidad, sino también ysobre todo el número de los portadores; los electrones y los huecos a lasbajas temperaturas no tienen energía suficiente como para pasar de labanda de valencia a la banda de conducción.

Aumentando la temperatura aumenta también la energía de losportadores, los cuales pueden alcanzar valores tales como para superarel espacio entre las dos bandas: de esta forma la conductividad varía alvariar la temperatura.

Se acaba de considerar un fenómeno mediante el cual al aumentar latemperatura aumenta también la conductividad y, por consiguiente,desciende la resistencia del material.

Estos tipos de materiales de denominan NTC (negative temperaturecoefficient). Para un NTC la ley que enlaza la resistencia a latemperatura está dada por:

R1/R2 = e B·(1/T1-1/T2)

donde: R1 y R2 son las resistencias calculadas respectivamente a lastemperaturas T1 y T2

B = Wb/K


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Wb energía del enlace K constante de Boltzmann.

Los valores propios para B están comprendidos entre 2.000 °K y 5.600°K. A través de la fórmula anterior se desprende que: ln (R1/R2) B = 1/T1-1/T2 En la figura B16.1 se muestra un gráfico de la variación de la resistenciaen función de la temperatura para NTC con diferente B.

Por último, cabe recordar que pueden realizarse elementostermosensibles con coeficiente de temperatura positivo y que poranalogía a lo expuesto anteriormente se denominan PTC (positivetemperature coefficient).

fig. B16.1


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B16.2 EJERCICIOS


SIS1 Situar todos los interruptores en la posición OFF


Curva característica resistencia-temperatura de un termistor

• Realizar el circuito que se muestra en la figura B16.2, conectando elóhmetro entre los puntos 26 y 27.

fig. B16.2

• Medir la resistencia del termistor cuando éste se encuentra a la

temperatura ambiente.• Conectar la resistencia R19 a la tensión de alimentación, conectando

el puente J38.• Observar la marcha de la resistencia indicada por el multímetro.

Q1 ¿ Cómo varía la resistencia del NTC al aumentar la temperatura ? SET A B 1 5 se mantiene constante 2 3 disminuye 3 1 disminuye por un leve trecho y luego aumenta 4 2 aumenta 5 6 se anula 6 4 se vuelve infinita


SIS2 Pulsar INS


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Q2 ¿ Qué modificación se realizó en el circuito ?

SET A B 1 4 la resistencia R19 se enfrió 2 5 la alimentación a R19 se desconectó 3 2 el NTC se interrumpió 4 1 se conectó una resistencia en paralelo al NTC 5 3 se conectó una resistencia de valor bajo en serie al NTC


• Desconectar J38 y aguardar que el bloque resistencia-termistores se

enfríe.• Conectar el óhmetro entre los puntos 28 y 29 para medir la

resistencia a la temperatura ambiente de una resistencia PTC.• Conectar J38 y observar la indicación del óhmetro al variar la

temperatura.

Se obtendrá, contrariamente al caso anterior, una marcha creciente de laresistencia del PTC con la temperatura. El coeficiente de temperatura espositivo sólo en un intervalo limitado de temperatura; fuera de él, elcoeficiente resulta negativo según una marcha propia ilustrada en lafigura B16.3.

fig. B16.3


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Q3 Un termistor está formado por: SET A B 1 2 un conductor 2 3 un semiconductor 3 5 una unión p-n 4 1 una unión de dos metales 5 4 un aislante

Q4 La curva característica resistencia-temperatura de un termistor NTC es: SET A B 1 5 lineal 2 4 cuadrática 3 2 exponencial 4 3 logarítmica 5 1 parabólica

Q5 En un termistor NTC la resistencia: SET A B 1 4 disminuye al aumentar la temperatura 2 3 crece al aumentar la temperatura 3 2 crece al aumentar la temperatura hasta 0°C y luego disminuye 4 5 disminuye al aumentar la temperatura hasta 0°C y luego crece 5 1 se mantiene constante al variar la temperatura

Q6 En un PTC, ¿ cómo varía la resistencia al aumentar la temperatura ? SET A B 1 3 aumenta 2 5 disminuye 3 4 primero aumenta y luego disminuye 4 1 primero disminuye y luego aumenta 5 2 se mantiene constante

Lección B17: Configuraciones de amplificación

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LECCIÓN B17: CONFIGURACIONES DE AMPLIFICACIÓN

OBJETIVOS

• Análisis de las diferentes configuraciones (Base, Emisor, Colectorcomún).

• Marcha de las curvas características.• Cálculo de la ganancia estática de corriente.



• Módulo de experimentación mod. MCM4/EV• Osciloscopio• Multímetro

B17.1 NOCIONES TEÓRICAS Un amplificador de transistor puede realizarse de tres manerasdiferentes, denominadas configuraciones de amplificaciónfundamentales.Estas configuraciones se denominan "emisor común", "colector común"y "base común", definiendo así el terminal del transistor que se conectadinámicamente a masa y que por consiguiente se convierte en referenciacomún para la entrada y la salida.

Amplificador de emisor común

Como puede observarse en la fig. B17.1, la señal a amplificar se aplicaal terminal de base y la salida amplificada se extrae del colector.

Un aumento de la tensión aplicada VBE crea un aumento de la corrienteIB y por consiguiente de la corriente IC (ya que IC = hFE IB). Esteaumento de IC aumenta la tensión VRC; por consiguiente, ya que VCE =VCC - VRC , disminuye la tensión de salida VCE .Una disminución de VBE, con razonamiento análogo, conduce a unaumento de VCE .

Se puede observar que:• el amplificador es inversor; es decir, si aumenta la tensión de entrada

disminuye la tensión de salida y viceversa;• la amplificación de tensión es proporcional al valor de RC, ya que una

variación de IC determinará una variación de tensión superior con RCmás elevado.


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El amplificador de emisor común es el único con amplificación elevada,tanto de tensión como de corriente; por consiguiente, la amplificaciónde potencia resulta muy elevada (ya que P = V⋅I).

fig. B17.1 Amplificador de Emisor común

fig. B17.2 Amplificador de Colector común

fig. B17.3 Amplificador de Base común


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Amplificador de colector común

En esta configuración (fig. B17.2), el colector es el terminal común yaque es el único de los tres sujeto a un potencial fijo (VCC); por sencillez,la señal de entrada aplicada a la base y la señal de salida extraída delemisor no se refieren al colector sino a la masa del circuito.

Ya que en un transistor en conducción VBE es cuasi constante, unaumento o una disminución de VIN se transfiere integralmente al emisory por consiguiente a la salida , ya que: VOUT = VIN - VBE. Se puede observar que:• el amplificador es no inversor, ya que si aumenta VIN aumenta

también VOUT y viceversa;• la amplificación de tensión vale 1, es decir la variación de la tensión

de emisor es igual a la de la base; por esta razón esta configuración sedenomina también seguidor de emisor.

Sin embargo, el amplificador de colector común, aparentemente inútilya que no amplifica la tensión de entrada, se utiliza a menudo ya que,por tener una impedancia de entrada elevada y una impedancia de salidabaja, logra transferir sin atenuación señales de entrada con impedanciade salida elevada a una carga de baja impedancia; es decir, un adaptadorde impedancia. Esta configuración se utiliza también para realizar lasfuentes de alimentación.

Amplificador de base común

En esta configuración, cuyo esquema de principio se muestra en la fig.B17.3, la señal a amplificar se aplica al emisor y la salida amplificada seextrae del colector.

Análisis del funcionamiento:Un aumento de la tensión de entrada VEB (que tiene que ser siemprenegativa); es decir, una disminución de VBE, hace disminuir IB e IC; yaque VCB = VCC - RC⋅IC , la tensión de salida aumenta.Una disminución de VEB, con razonamiento análogo, lleva a unadisminución de VCB.

Se puede observar que:• el amplificador es no inversor;• la amplificación de tensión es proporcional al valor de RC;• el circuito de entrada tendrá una impedancia muy baja, ya que es

atravesado por la corriente de emisor IE .

Esta configuración se utiliza sobre todo en los circuitos deradiofrecuencia ya que la impedancia de entrada, del orden de lasdecenas de ohmios, se adapta muy bien a la impedancia característica de50 ohmios de antenas y líneas de transmisión.


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Tabla recapitulativaEn la tabla siguiente se indican las expresiones correspondientes a losparámetros característicos de las tres configuraciones de amplificaciónfundamentales de los transistores, donde:• RS es la resistencia de salida de la señal a amplificar (subíndice s =

fuente);• re es un parámetro cuyo valor aproximado es 25 mV/ IE .

Emisor común

Colector común

Base común

Impedancia de entrada RIN

β·re - baja β·RE - muy alta re - muy baja

Impedancia de salida ROUT

RC - alta (RS /β)//RE - muybaja

RC - alta

Ganancia de corriente(máxima)

Ai

β - alta

β - alta

unitaria

Ganancia de tensión Av

RC / re - alta unitaria RC / re - alta

Ganancia de potencia AP

Ai · Av - muy alta Ai - alta Av - alta

Relación de fase entre VIN y VOUT

180° 0° 0°


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B17.2 EJERCICIOS





Circuito de emisor común

Curva VBE = f (IB) para VCE = constante

• Conectar los puentes J1, J8, J6, el amperímetro entre 3-4 y elvoltímetro (o el osciloscopio) entre 4-8, para realizar el circuito quese muestra en la figura B17.7.

fig. B17.7

• Medir la tensión VBE para cada valor de la corriente IB de la tabla

siguiente:

IB [µA] 0 5 10 20 40 80 100 300 500

VBE [mV]

• Trazar la curva característica VBE = f (IB).


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Q1 La curva que acaba de trazarse es similar a la curva característica de: SET A B 1 3 resistencia 2 4 UJT 3 2 diodo 4 6 PTC 5 1 SCR 6 5 NTC • Calcular la resistencia estática de entrada: RIE=VBE/IB en un punto de

la zona lineal de conducción de la unión base-emisor.• Es preciso hallar para RIE un valor de algunos millares de ohmios;

por consiguiente, un circuito de emisor común tiene una resistenciaestática de entrada media.

Curva IC = f (VCE) para IB constante

• Conectar los puentes J2, J6, J8 y los instrumentos, tal como se

muestra en la figura B17.5. La tensión VCE puede medirse tambiéncon un osciloscopio.

fig. B17.5


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• Regular VCC a 0 V y IB a 20 µA.• Aumentar la tensión variable VCC. Medir la corriente de colector IC

para los valores de VCE indicados en la tabla siguiente:

VCE [ V ] 0.1 0.5 1 5 8

IB = 20 µA

IC [ mA ]

IB = 40 µA

IB = 80 µA

• Trazar para cada valor de IB las curvas IC=f (VCE) y describir su

marcha.

La corriente de colector IC aumenta rápidamente con la tensión VCE(para bajos valores de ésta); luego, se convierte en una función linealde VCE y proporcional a la corriente de base IB. Para pequeños valoresde IB , en la zona de linealidad las curvas resultan paralelas. Paravalores de IB superiores al mA, la corriente IC tiende a tomar valoresproporcionales a la tensión de colector VCE . En la zona de linealidad laresistencia estática de salida es elevada.• Para VCE = 5V calcular, a partir de la tabla anterior, la ganancia

estática de corriente hFE = IC/IB para cada par de valores (IC, IB).Anotar los resultados en la tabla siguiente:

IB [ µA ] 20 40 80

IC [ mA ]

hFE

El valor obtenido depende de IC y especialmente aumentagradualmente con ésta hasta un determinado valor, que depende deltransistor, para luego disminuir.


SIS2 Pulsar INS


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Q2 A través de las medidas de corrientes y tensiones en los extremos deltransistor se puede decir que: SET A B 1 5 una resistencia RC superior se interrumpió 2 3 la VCE aumentó debido a una variación de VCC 3 4 la unión base-emisor se cortocircuitó 4 2 se conectó una resistencia en serie al emisor y el

circuito ya no es un emisor común5 1 el circuito de emisor se abrió y por consiguiente IC se anuló


Circuito de base común

Curva VEB = f(IE) para VCB constante

• Conectar los instrumentos para llevar a cabo las medidas relativas alesquema que se muestra en la figura B17.6. Las tensiones puedenmedirse también con el osciloscopio.

fig. B17.6

• Manteniendo constante VCB= 0.5V, medir la tensión de emisor VEBpara los valores de IE indicados en la tabla siguiente y obtenidosvariando RV2.

VCB = 0.5V IE [ mA ] 0 0.05 0.1 0.3 0.5 1

VBE [ mV ]

• Trazar la curva característica de entrada VEB= f (IE) para VCB= 0.5V.


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Q3 ¿ Cuánto vale la resistencia de entrada de esta configuración en la zonade linealidad ? SET A B 1 2 es muy alta 2 4 depende de IC y toma valores muy diferentes 3 1 es inferior a 1KΩ 4 5 es siempre nula 5 3 es siempre infinita

Curva IC = f (VCB) para IE constante

• Regulando RV2, poner VCC a 0V y IE a 3mA.• Aumentar VCC y calcular la corriente de colector IC midiendo la caída

de tensión en R4 de 1KΩ para cada valor de VCB indicado en la tablasiguiente:

VCB [ V ] 0 1 2 3 IE (mA)

IC (mA) 3

1

• Repetir las medidas anteriores para IE = 1mA.• Comparar los resultados de las características de salida para las

conexiones de base común y emisor común.• Calcular, en la zona de linealidad de la curva IC= f (VCB), la

resistencia estática de salida: ROB = VCB/IC en la curva característicade IE = 3mA.

Q4 ¿ Cuánto vale la resistencia calculada de esta manera ?

SETA B1 5 es nula2 1 está comprendida entre 10 y 100 Ω3 2 vale aproximadamente 100 KΩ4 3 está comprendida entre 1 KΩ y 10 KΩ5 4 es superior a los 10 MΩ


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Circuito de colector común

Curva VCB = f (IB) para VCE constante

• Conectar los puentes J1, J6, J7, J4 y los instrumentos de medidasegún el circuito que se muestra en la figura B17.7. Las tensionespueden medirse también con el osciloscopio.

fig. B17.7

• Regular VCC de manera de tener VCE = 5V.• Variar RV1 y mantener constante VCE = 5V. Medir la tensión VCB

para cada valor de corriente IB de la tabla siguiente:

IB [ µA ] 0 5 10 30 50 VCE [ V ]

VCB [ V ] 5

10

• Repetir las medidas anteriores para VCE = 10V.• Trazar para cada valor de VCE la curva característica de entrada y

describir su marcha.


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La curva VCB = f (IB) tiene en cuenta la marcha de VBE, que es similar ala de un diodo. Cuando la unión base-emisor es polarizadadirectamente (VBE = 0.7V), VCB es constante e igual a (VCE - VBE).

• Con la relación teórica RIC = VCB/IB, calcular la resistencia de entradaRIC.

Q5 ¿ Cuánto vale la resistencia de entrada de un circuito de colectorcomún ?

SETA B1 3 es nula2 1 es del orden de 100 Ω3 4 es del orden de 100 KΩ4 5 vale 1 MΩ aproximadamente5 2 es infinita

Curva IE = f(VEC) para IB constante

Las siguientes medidas se pueden realizar sólo si dispone de dosamperímetros y un voltímetro.

• Conectar los puentes J2, J7, J4 y los instrumentos de medida, demanera de realizar el circuito que se muestra en la figura B17.8.

fig. B17.8

• Regular VCC a 0V y IB a 80µA; luego, aumentar gradualmente VCC.Medir la corriente de emisor IE para cada valor de VCE de la tablasiguiente.

VCE [ V ] 0 0.1 0.3 0.5 1 5 10 IB [ µA ]

IE (mA) 80

50


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• Repetir las medidas anteriores para IB = 50 µA.• Trazar la curva característica de salida para cada valor de IB.

A través de los gráficos obtenidos se observa que, cuando el transistorpasa al estado de conducción, IE se mantiene cuasi constante si VCE essuperior a 0.5V aproximadamente.


Q6 ¿ Cuántas son las posibles conexiones del transistor ?

SETA B1 4 12 1 23 6 34 5 45 2 56 3 6

Q7 ¿ Cuáles son las magnitudes de entrada de un transistor NPN de basecomún ?

SETA B1 3 VBE, IB2 1 VBC, IB3 2 VEB, IE4 5 VCE, IC5 4 VEC, IB


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Q8 ¿ Cuáles son las magnitudes de entrada de un transistor PNP decolector común ?

SETA B1 3 VBE, IB2 1 VBC, IB3 5 VEB, IE4 2 VCE, IC5 4 VCE, IB

Q9 ¿ Cuáles son las magnitudes se salida de un transistor NPN en conexiónde colector común?

SETA B1 2 VCB, IC2 3 VEC, IE3 5 VCE, IC4 1 VCE, IB5 4 VBE, IB

Lección B18: Polarización del transistor

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LECCIÓN B18: POLARIZACIÓN del TRANSISTOR

OBJETIVOS• Medida del punto de reposo y su posición en la recta de carga.• Polarización clase A, B y C.



• Módulo de experimentación mod. MCM4/EV• Multímetro• Osciloscopio• Generador de funciones


Polarizar un transistor significa fijar las tensiones y las corrientes demodo que tomen un determinado valor, al cual le corresponde en elplano de las características un punto Q bien definido, denominado punto"de reposo" o "de trabajo” del circuito.La red de polarización consta de un conjunto de elementos circuitales asituarse en torno al dispositivo activo para asegurar que elfuncionamiento de éste último se realice en el punto de reposo.

Polarización de un transistor de emisor común

Circuito y característica de salida

Un circuito de polarización para emisor común está representado en lafigura B18.1.La polarización consiste en la determinación de los componentesexternos al transistor que fijan en un determinado valor las magnitudesIC, VCE, IB. Estos tres valores, indicados con ICQ-VCEQ-IBQ, constituye el"punto de reposo Q" del transistor.

figura B18.1 figura B18.2


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Determinación de los componentes de polarización

Para dimensionar los componentes que garantizan la polarización de untransistor pueden utilizarse dos métodos: uno gráfico, con el empleo delas curvas características, y uno analítico.

Método analítico

1. Se calcula la resistencia de colector RC con la relación que procedede la red del circuito Colector-Emisor (VCC=VCE+ RC⋅IC):

RC = (Vcc - VCEQ)/ICQ B18.1

donde VCC es la tensión de alimentación.

2. Se calcula con la relación siguiente la corriente de base IBQ queprovoca una corriente de colector ICQ:

IBQ = ICQ / ββββ B18.2

donde β es la ganancia de corriente del transistor.

3. Se calcula la resistencia de base RB con la relación que procede de lared de entrada VBB = VBE +RB · IB :

RB = (VBB - 0.7) / IBQ B18.3

donde 0.7V debe considerarse la VBEQ del transistor y VBB es latensión de alimentación de la unión Base-Emisor.

Método gráficoSe define "recta de carga" de un circuito de polarización la línea queune el punto (VCEM,0) con el punto (0,ICsat) en la curva característica desalida del transistor. VCEM es la tensión máxima entre colector y emisor,y es igual a la tensión de alimentación VCC, mientras que ICsat es lacorriente de colector máxima denominada "corriente de saturación"(IC = ICsat para VCE = 0 voltios).

1. Se fija el punto de reposo "Q" en la curva característica de salida.2. Se determina el valor de ICsat trazando la recta de carga que pasa

por el punto de reposo y por (VCEM,0) (figura B18.3).3. Se calcula la resistencia de colector RC con la fórmula que procede de

la ecuación de la recta de carga (Vcc = VCE +RC · IC):

RC = Vcc / ICsat B18.4

4. Se determina el valor de IBQ en la curva característica de salida parael cual la curva IC = f (VCE) pasa por el punto de reposo (ICQ, VCEQ).


- 53 -

5. Se determina el valor de VBEQ en la curva característica de entradaVBE = f (IB) que corresponde a IBQ.

6. Se calcula RB con la relación que procede de la ecuación del circuito

de alimentación de la unión Base-Emisor VBB = VBE + RB · IB :

RB = (VBB - VBEQ) / IBQ B18.5

fig. B18.3

Zonas de funcionamiento del transistor

En la curva característica de salida IC = f (VCE) pueden definirse tresáreas de trabajo diferentes del transistor (fig. B18.4).

• zona I: VBE es igual a 0 voltios e IC alcanza valores muy bajos; porlo tanto, VCE depende sólo de la tensión de alimentación VCC. Enestas condiciones de funcionamiento el transistor está "bloqueado" o"en corte".

• zona II: IC es una función lineal de IB y es prácticamenteindependiente de VCE. En estas condiciones el transistor se encuentraen la zona "activa".

• zona III: VCE alcanza valores muy bajos e IC depende sólo de latensión de alimentación y de la resistencia de colector RC (ICsat=VCC/RC). El transistor se encuentra en la zona de "saturación".

fig. B18.4


- 54 -

Circuito de polarización con una sola tensión de alimentación

El circuito que se muestra en la figura B18.1 puede realizarse con unasola tensión de alimentación mediante un divisor al efecto (figuraB18.5). Las fórmulas anteriores para la determinación del punto dereposo no varían si se utilizan las siguientes relaciones:

VBB = Vcc · R2 / (R2+R1) B18.6

RB = R1 · R2 / (R1+R2) B18.7

R1 = RB · Vcc / VBB B18.8

R2 = RB · Vcc / (Vcc - VBB) B18.9

fig. B18.5

Clases de funcionamiento

Los circuitos que utilizan el transistor como amplificador se puedenrepresentar mediante una curva característica de transferencia como laque se muestra en la figura B18.6.

fig. B18.6

Las señales a amplificar generalmente varían en el tiempo. En algunasaplicaciones se desea amplificar sólo una parte de la onda de entrada, locual resulta posible si se define de manera adecuada el punto de reposodel transistor. Las diferentes formas de funcionamiento puedensubdividirse en tres categorías, denominadas "clase A", "clase B" y"clase C".


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Clase AEn la clase A el punto de trabajo está situado en el centro del trechorectilíneo de la curva de transferencia; en este caso, si las excursiones dela corriente de base, por efecto de la señal a ésta aplicada, son talescomo para permanecer dentro de la zona de linealidad, la forma de ondaen la salida del amplificador reproduce fielmente la de la señal deentrada. Por consiguiente, la corriente de colector circula durante toda laduración del ciclo de la señal de entrada y su valor medio se mantieneconstantemente idéntico al de reposo. La figura B18.7 muestra unejemplo de amplificación con polarización del transistor en clase A.

fig. B18.7

Ya que el intervalo en el cual varían tanto la corriente de base como lacorriente de colector es más bien estrecho debido a la linealidad, sedesprende que del transistor no se puede "extraer" toda su potenciadesarrollable. Esta potencia máxima corresponde a la máxima excursiónposible de la corriente de colector; es decir, de cero a la saturación. Porconsiguiente, el resultado es que el rendimiento del amplificador,definido como la relación entre la potencia proporcionada a la salida (Po)y la potencia de alimentación (VCC⋅ICQ), es más bien bajo.

Clase BEn este caso el punto de reposo está localizado cerca del punto de cortey, en ausencia de señal de entrada, la corriente de colector es muy baja.En presencia de señal la corriente circula sólo en correspondencia con laexcursión positiva de la señal aplicada. La parte negativa de la señal deentrada, siendo inferior al valor de corte, provoca un bloqueo total de lacorriente de colector. La figura B18.8 muestra un ejemplo de aplicaciónde la clase B.

En el caso de señal de tensión alterna, la corriente de colector circulasólo durante medio período, o sea 180 grados. Este ángulo se denominaángulo de circulación; por lo tanto, para obtener una reconstrucción dela señal, se deberán utilizar dos transistores que conduzcanalternativamente. El rendimiento propio del funcionamiento en clase Bes superior al del funcionamiento en clase A.


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fig. B18.8

Clase CEn la clase C el punto de trabajo está sensiblemente desplazado fuera delpunto de corte. El transistor proporciona la señal de salida sólo encorrespondencia de aquel intervalo del ciclo de la señal de entradadurante el cual la tensión de base supera el umbral de corte. El ángulo decirculación se reduce aún más respecto a los valores anteriormenteexpuestos y es inferior a 180 grados. Los impulsos de corriente decolector son más bien estrechos y tienen una duración inferior a medioperíodo.La figura B18.9 muestra un ejemplo de amplificación en clase C.

fig. B18.9

El amplificador clase C se caracteriza por una notable deformación de laseñal de salida y por la capacidad de proporcionar un rendimientoelevado.


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B18.2 EJERCICIOS





Medida de tensiones y corrientes en el punto de reposo

• Realizar el circuito que se muestra en la figura B18.10, conectandolos puentes J2, J6, J8 y la instrumentación. La medida de tensiónpuede llevarse a cabo también con el osciloscopio.

Fig. B18.10

• Regular VCC a 20V y, a través de RV1, regular IB a 0.• Aumentar IB de manera de obtener IC ≈ 20 mA y VCE ≈ 10V.

Las regulaciones anteriores han permitido polarizar el transistor en elpunto de reposo definido por:• IBQ ≈ 100µA• ICQ ≈ 20 mA• VCEQ ≈ 10V

• a través de la ecuación VCC = VCEQ + R2 ⋅ ICQ, que define la recta decarga, se calcula la corriente de saturación Icsat.


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• Verificar prácticamente la exactitud de este resultado variando IB pormedio de RV1. Para determinar la corriente de saturación ICsat obrarde modo que IB > 0.1 mA. Determinar también la tensión de corteVCEM, obrando de modo que sea IB=0.

Q1 ¿ Cuánto vale la tensión VCE en condiciones de saturación (VCEsat) ? SET A B 1 4 10 V 2 5 7 V 3 6 2 V 4 2 5 V 5 3 1 V 6 1 0.2V

Amplificador Clase A

• Conectar los puentes J10, J11, J14, J16 y el amperímetro entre lospuntos 20 y 21, según el esquema que se muestra en la figura B18.11.

• Regular el generador de funciones para una señal sinusoidal deamplitud 0 mV pico-pico y frecuencia 1 KHz.

fig. B18.11 • Poner VCC = 20V y regular RV3 para obtener ICQ ≈10 mA.

En ausencia de la señal del generador G se observará en el canal 2 delosciloscopio una tensión constante equivalente a VCEQ+R10⋅ICQ.


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• Aumentar progresivamente la amplitud de la señal proporcionada porel generador, hasta que en el canal 1 del osciloscopio se observe unvalor máximo de 50 mV pico-pico.

• Observar la tensión de salida en el canal 2.

Q2 ¿ Cómo es la marcha de la señal de salida ? SET A B1 3 la señal consta de una componente sinusoidal solapada a una

componente continua de polarización2 5 la señal es sinusoidal de valor medio nulo3 1 la señal es triangular4 2 la señal es de onda cuadrada5 4 la señal es sinusoidal con frecuencia doble respecto a la de la

señal de entrada Debido a la señal aplicada a la Base del transistor, se puede decir que elpunto de reposo instantáneo "se desplaza" a lo largo de la recta de carga,dando origen a una señal vce variable en la salida. Las excursiones delpunto de reposo en la recta de carga son simétricas respecto a los valoresVCEQ e ICQ fijados por la polarización.

• Desplazar el canal 2 del osciloscopio después del condensador C2 yvisualizar nuevamente la señal de salida.

Se observará que el condensador C2 permite desacoplar la señal desalida, eliminando la componente continua VCEQ.

• Aumentar nuevamente la amplitud de la señal de entrada y observaren el osciloscopio la marcha de la señal de salida.

Al aumentar la tensión de entrada, la señal de salida sufre distorsionesdebido a que las excursiones del punto de reposo afectan las zonas desaturación.

Q3 Para obtener en la salida la señal máxima libre de distorsiones,

¿ qué valor teórico tiene que tener VCEQ ? SET A B 1 6 2⋅Vcc 2 1 Vcc - R9⋅ICO 3 4 Vcc 4 2 Vcc/2 5 3 Vcc/4 6 5 R9⋅ICO


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Amplificadores clase B y C

• En el circuito anteriormente realizado (fig. B18.11), regular ICQ enaproximadamente 5mA a través de RV3.

• Regular el generador de funciones para una señal sinusoidal deamplitud 50 mV pico-pico y frecuencia 1KHz.

• Regular el canal 2 del osciloscopio en la posición DC.• Aumentar lentamente la tensión de polarización VCEQ disminuyendo

IBQ y observar al mismo tiempo la marcha de la tensión de salida enel colector.

Q4 ¿ Qué variaciones presenta la señal visualizada ? SET A B 1 5 la señal se convierte triangular 2 3 la señal se anula 3 4 la señal dobla su frecuencia 4 1 la señal se convierte de onda cuadrada 5 2 la señal sufre distorsiones Esto se debe al hecho de que el transistor comienza a pasar al estado decorte. Si se continúa a disminuir IBQ se observará sólo una componentede señal en correspondencia con las medias ondas positivas de la señalde entrada capaces de llevar el transistor fuera de la zona de corte.El circuito funciona ahora en clase B; por lo tanto, se amplifican sólo lasmedias ondas positivas de la señal de entrada.

• Disminuir aún más IBQ y observar la tensión en los extremos deltransistor.

Para un valor de IBQ bajo, la señal de salida puede incluso anularse si laseñal de entrada no tiene una amplitud suficiente como para llevar eltransistor fuera de la zona de corte. Si el circuito permite amplificar unapequeña parte de la media onda positiva (ángulo de circulación < 180°),el funcionamiento se dice en clase C.


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Q5 ¿ Qué significa polarizar un transistor ? SET A B1 4 regular los parámetros IB, VCC y RC para obtener la mayor

ganancia de tensión y corriente2 3 regular un circuito de modo que en reposo los valores de la

tensión y la corriente de salida sean independientes de los deentrada

3 5 regular un circuito de modo que en reposo las tensiones y lascorrientes, de salida y de entrada, alcancen determinadosvalores

4 1 anular la dependencia del funcionamiento del circuito de latemperatura

5 2 llevar a valores óptimos la tensión de alimentación delcircuito

Q6 La clase de funcionamiento de un amplificador depende:

SET A B 1 3 del dispositivo utilizado 2 4 del valor de amplificación 3 5 de la excursión de la señal que se pretende obtener 4 1 de la tensión de alimentación 5 2 de la polarización

Q7 En un circuito amplificador con transistor de emisor común, conocidosel punto de reposo (VCEQ, ICQ) y la tensión de alimentación VCC,¿ cuánto vale la resistencia de colector RC ? SET A B 1 4 (Vcc - VCEQ ) / ICQ 2 3 (VBB - VBEQ ) / IBQ 3 1 VCEQ / ICQ 4 5 Vcc - VBB / IBQ 5 2 Vcc - VBB / ICQ

Q8 Un amplificador realizado con un solo transistor proporciona a lasalida una señal que repite fielmente la forma de la señal de entrada.¿ Cuál es su clase de funcionamiento ? SET A B 1 2 A 2 3 B 4 5 A-B 5 4 A-C

Lección B19: Estabilicación del punto de reposo

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LECCIÓN B19: ESTABILIZACIÓN del PUNTO de REPOSO

OBJETIVOS• Influencia de la temperatura sobre la corriente de colector IC y la

tensión base-emisor VBE, y medida de la variación de la ganancia enun circuito amplificador de emisor común con resistencia de emisor.

• Variación de la resistencia de salida de un circuito con resistenciacolector-base.

• Efecto estabilizante de la resistencia de colector-base (RF).



• Módulo de experimentación mod. MCM4/EV• Osciloscopio• Multímetro• Generador de funciones


El punto de reposo de un transistor puede variar tanto debido a latemperatura como porque las características del dispositivo varíandebido al envejecimiento o a la necesidad de sustituir el componente(dispersión de las características).

Efectos térmicosLa corriente de colector causa una disipación de potencia que semanifiesta en un aumento de la temperatura de la unión.

La corriente de dispersión de colector ICBO es proporcional a latemperatura de la unión: se puede decir que se dobla trasaproximadamente cada 10° de aumento de la temperatura. Ya que lacorriente de colector IC es igual a ICBO+α⋅IE, la corriente total de colectoraumenta con la corriente de dispersión y por consiguiente con latemperatura de la unión. También la tensión Base-Emisor VBE depende de la temperatura. Alcrecer la temperatura, VBE disminuye de unos 2.5 mV/°C; porconsiguiente IB aumenta y aumenta también IC.


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Circuito de estabilización con resistencia de emisor

Uno de los sistemas más sencillos para estabilizar el punto de trabajoconsiste en la inserción de una resistencia RE en el emisor (figuraB19.1).

fig. B19.1

Por ejemplo, si se supone que ICQ aumente, aumenta también la caída detensión en RE; por consiguiente, la tensión VBEQ disminuye y con ellatambién la corriente de base IBQ, determinando la disminución de IC.

Circuito de estabilización con resistencia colector-base

También el circuito de la figura B19.2 permite una estabilización delpunto de reposo; en efecto, tras cada aumento de la corriente de colectoraumenta también la caída de tensión en los extremos de RC,reduciendo la tensión de colector dada por VCE = VCC - IC⋅RC. Yaque IB vale aproximadamente VCE/RF (en realidad IB = (VCE - VBE)/RF),se tiene entonces una reducción de la corriente de base y porconsiguiente la corriente de colector IC tiende a disminuir.

fig. B19.2

Circuito con resistencia de emisor: parámetros de estabilidad

Influencia de ICBO Si se supone que el único parámetro variable sea la corriente inversa dela unión base-colector (ICBO), se puede escribir que la estabilidad decorriente (Si) del circuito esté determinada por:


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)RR()RR(

IISi

EB

EB

CBO

c

⋅β++⋅β=

∆∆= B19.1

o bien:

)Si()1Si(

RR

E

B

−β−⋅β= B19.2

Cabe observar que cuanto más pequeño es Si, tanto mayor será laestabilidad. Puede considerarse que un factor de estabilidad Si < 10caracterice un buen circuito; en este caso, se obtiene RB < 9⋅RE.

Influencia de VBESi ahora se supone que la única magnitud variable sea VBE, con ICBO y βconstantes, se tiene un factor de estabilidad de tensión (Sv) igual a:

E

BBE

C

RR1

VISv

+β

=∆∆= B19.3

Se puede considerar que un buen circuito tiene una estabilidad detensión inferior al 10%; en este caso, con RB < 9⋅RE la fórmula anteriorse convierte: Sv = -1/RE B19.4 Esta última fórmula puede escribirse de la siguiente manera:

CE

BE

C

C

IRV

II

⋅∆=∆ B19.5

La estabilidad es máxima en este caso para el máximo valor de RE⋅IC.Una variación del 5-10% de IC debida a la variación de VBE esnormalmente aceptable. Esto ocurre seguramente si en la relación B19.5se pone: RE · IC ≈ 10-20 · |VBE| B19.6


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Influencia de la ganancia ββββ Si ahora se supone que la única magnitud variable sea β con VBE e ICBOconstantes, puede escribirse que el factor de estabilidad de gananciavale: ∆IC IC · Si2

Sβ = = B19.7 ∆β β1 · (1+ß2) donde Si2 se calcula con la relación B19.1 para β=β2. De esta relación sepuede remontar a RB/RE calculando Si2 si se conocen β1 y β2.

Caso general Para un transistor al germanio, un valor de S del orden de 10generalmente asegura una buena estabilidad respecto a la corriente ICBO;en este caso los efectos de las variaciones de β son muy limitados. Enausencia de datos se puede imponer una caída de tensión en losextremos de RE igual a 1/10 de la tensión de alimentación o bien una REnueve veces inferior a RB: RE · IC = Vcc/10 B19.8 RB = 9 · RE B19.9 Para un transistor al silicio, la estabilidad del punto de reposo dependebásicamente de la ganancia β, mientras que puede despreciarse el efectodebido a ICBO. En ausencia de datos, es posible elegir una resistencia deemisor 30 veces inferior a la de base: RB = 30 · RE B19.10


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Efecto de la estabilización en los componentes de señal

El funcionamiento dinámico de un amplificador se modifica con la redde estabilización; en particular, disminuye considerablemente laamplificación de tensión.

Se puede eliminar este efecto indeseado excluyendo la red deestabilización en funcionamiento dinámico:• en el caso del circuito de la fig. B19.3, se inserta dinámicamente a

masa (para las componentes alternas de señal) el emisor conectandoun condensador en paralelo a RE;

• en el caso del circuito de la fig. B19.4, se inserta dinámicamente amasa el punto central de RF conectando un condensador.

fig. B19.3 fig. B19.4


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B19.2 EJERCICIOS





Circuito de estabilización con RE • Conectar los puentes J10, J11, J15 y los instrumentos de medida

según el esquema de la figura B19.5, con VCC a 20V.• Regulando el trimmer RV3 llevar la corriente IC al valor de 10 mA.• Conectar el puente JT durante algunos minutos, de manera de

alimentar la resistencia de calentamiento y por consiguiente hacercalentar el transistor T5 .

• Analizar las marchas de la tensión VBE y la corriente IC al aumentarla temperatura; luego, desconectar el puente JT.

fig. B19.5

Determinación delos efectos de latemperatura


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Q1 Al aumentar la temperatura, ¿ cómo varían la tensión y la corriente ? SET A B 1 3 las dos magnitudes se mantienen inalteradas 2 5 la corriente disminuye y la tensión aumenta 3 1 la corriente se mantiene constante, la tensión disminuye 4 2 la corriente aumenta y la tensión disminuye 5 4 la corriente se anula y la tensión aumenta • Desconectar el puente J15 y conectar la resistencia R10 a través del

J14.• Regulando con el trimmer RV3, llevar la corriente de colector a 10

mA.• Volver a conectar JT y repetir la medida anterior.

A causa del efecto estabilizante de RE = 100Ω conectada con el emisor,las variaciones de VBE e IC son inferiores.

• Conectar el amperímetro en los extremos de J11 y medir la corrientede base IB cuando la corriente de colector es de 10 mA.

• Calcular la ganancia estática de corriente hFE = IC/IB ≈ β.

Q2 ¿ Cuánto vale la ganancia así calculada ? SET A B 1 5 hFE = 0 - 1 2 3 hFE = 1 - 50 3 4 hFE = 50 - 90 4 2 hFE = 90 - 150 5 1 hFE > 150 • Desconectar los puentes J10, J11 y medir la resistencia RBM entre el

terminal central del trimmer y la masa.• Calcular la resistencia equivalente de base RB utilizando la relación

B18.7: RBM · [(RV3 - RBM) +R6 ] RB = RV3 + R6 • Con los valores de β y RB que se acaban de determinar y con la

relación B19.3, calcular el factor de estabilidad Sv.


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Q3 ¿ Cuánto vale el factor de estabilidad Sv ? SET A B 1 6 entre 1 y 2 2 5 entre 2 y 3 3 4 entre -1 y 0 4 1 entre 20 y 30 5 3 entre 10 y 20 6 2 entre 0 y 1

Efecto de la resistencia RE sobre la ganancia del amplificador

• Conectar los puentes J11, J15, J10 y el amperímetro, de manera derealizar el circuito que se muestra en la figura B19.6.

fig. B19.6

• Poner Vcc =20V y regular RV3 para obtener ICQ = 10 mA• Regular el generador de funciones para una señal sinusoidal de

amplitud 50 mV pico-pico y frecuencia 1KHz.• Medir en el canal 2 del osciloscopio la amplitud pico-pico de la señal

de salida y calcular la amplificación de tensión Av del circuito:

Av = Vout/Vin

El valor de Av es aproximadamente 300, aunque este valor podrávariar notablemente en función del hFE del transistor.

• Desconectar el puente J15 y conectar el J14, para conectar laresistencia R10 en el emisor.

• Regulando RV3 volver a llevar ICQ = 10 mA.• Medir nuevamente la amplitud de la señal de salida y calcular la

amplificación para el circuito así modificado.


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Q4 La amplificación ha variado respecto al circuito anterior. ¿ Cuál es larazón ?

SETA B1 3 la inserción de RE que introduce una realimentación en el

circuito, aumentando la amplificación2 5 la inserción de RE que aumenta la estabilidad, pero reduce la

amplificación3 1 un aumento de la tensión del generador de señal4 2 un aumento de la temperatura del transistor5 4 ninguna de las causas anteriores

Utilidad del condensador de desacoplo

• En el circuito anteriormente realizado, conectar el puente J16 demanera de conectar el condensador C3 en paralelo a R10.

• Medir con el osciloscopio la amplitud de la señal de salida y calcularla amplificación de tensión.

• Comparar este resultado con el obtenido en el apartado anterior.

La conexión del condensador de desacoplo C3 elimina el efecto derealimentación para las componentes variables de la señal, permitiendoobtener nuevamente una ganancia elevada, como en ausencia de RE en elemisor.


SIS2 Pulsar INS

Q5 Realizar medidas en el circuito e indicar la anomalía que se verificó.

SETA B1 4 el colector y el emisor de T5 están en cortocircuito2 5 el circuito en la base de T5 está interrumpido3 1 la base y el emisor de T5 están en cortocircuito4 3 la resistencia R10 aumentó5 2 la resistencia R9 disminuyó



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Circuito de estabilización con resistencia colector-base

• Conectar los puentes J12, J15 y el amperímetro según el esquema defigura B19.7.

fig. B19.7

• Actuando sobre la tensión VCC obtener una corriente ICQ de 5 mA.• Conectar el puente JT durante algunos minutos, de manera de

alimentar la resistencia de calentamiento y por consiguiente calentarel transistor T5 .

• Analizar la marcha de la corriente IC al aumentar la temperatura;luego, desconectar el puente JT.

• Desconectar el puente J12 y conectar J10 y J11.• Regulando el trimmer RV3, volver a llevar la corriente de colector a 5

mA.• Conectar nuevamente JT y repetir la medida anterior.

Las variaciones de IC son menores cuando está insertada la resistenciade realimentación R8.


Q6 La resistencia de emisor RE permite:

SETA B1 4 disminuir la temperatura de la unión colector-emisor2 5 hacer poco sensible el circuito a una variación de temperatura3 1 calcular la corriente de emisor4 2 aislar el emisor desde la masa del circuito5 3 proteger el emisor contra eventuales impulsos de tensión


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Q7 Para aumentar la estabilidad del punto de trabajo de un transistor seutilizan los siguientes métodos:

SETA B1 3 resistencia entre base y emisor y capacidad entre emisor y

masa2 5 resistencia entre emisor y masa o capacidad entre emisor y

masa3 2 resistencia entre colector y alimentación4 1 resistencia entre emisor y masa o resistencia entre colector y

base5 4 resistencia entre colector y base o capacidad entre emisor y

masa

Q8 Un circuito tiene una buena estabilidad cuando Si es:

SETA B1 2 inferior a 10%2 4 inferior a 10%3 1 igual a la ganancia hFE4 5 2·RB/RE5 3 calculado con punto de trabajo en zona de saturación

Q9 El punto de trabajo de un transistor al silicio se estabiliza con unaresistencia de emisor RE.. ¿ Cuál puede ser el valor de RE ?

SETA B1 3 RE=RB/92 5 RE=RB/303 4 RE=Vcc/(10 · IC)4 1 IC=10 ·IB5 2 Vcc=2·VCE

Apéndice “A” : Símbolos utilizados

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APÉNDICE "A": SÍMBOLOS UTILIZADOS

En los siguientes puntos se reseñan los símbolos utilizados para lasnotaciones de tensiones y corrientes.

1. Los valores instantáneos de las magnitudes que varían en el tiempose representan con letras minúsculas ("v" para la tensión e "i" para lacorriente).

2. El valor medio de las magnitudes variables en el tiempo o bien las

magnitudes constantes en el tiempo, se representa mediante lascorrespondientes letras mayúsculas ("V" para la tensión e "I" para lacorriente).

3. Los terminales de un dispositivo se indican con la primera letra,

mayúscula, del nombre del terminal mismo (B=Base; D=Drain, etc.). 4. Las corrientes de un dispositivo tienen como subíndice la letra del

terminal al cual se refieren (ejemplo: iB, IB, ib, corrientes de Base; iD,ID, id, corriente de Drain). Las tensiones entre dos terminales tienencomo subíndice las letras de los terminales mismos (ejemplo: vbe,vBE, VBE, tensión entre Base y Emisor).

5. El valor instantáneo total y el valor medio tienen subíndice

mayúsculo (ejemplo: iB, IB para las corrientes; vBE, VBE para lastensiones).

6. El subíndice de las componentes incrementales es minúsculo

(ejemplo: ib para las corrientes; vbe para la tensiones). 7. La amplitud de la tensión de alimentación normalmente se indica

repitiendo el subíndice mayúsculo del electrodo al cual se refiere; sinembargo, se acostumbra indicar con VCC la tensión de alimentacióncorrespondiente indiferentemente a Ánodo, Drain y Colector.

Apéndice “B”: Hojas técnicas

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APÉNDICE "B": HOJAS TÉCNICAS

• Transistor NPN BC337• Transistor PNP BC327• JFET BF245• Fototransistor TIL81• Fotodiodo TIL100• Fotorresistor NSL467• Termistor RTD PTC• Termistor RTD NTC

Disp. y Circuit. Electronic.ii(Teoria y Exp.)

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