Presentacin de PowerPoint

Electrotecnia y Electrnica BsicaEl Transistor (II-2013)

Jaime Ramrez Artunduaga

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistorhtml.rincondelvago.com/transistor.htmlElectrnica Bsica para Ingenieros, Gustavo A. Ruiz Robredo, UChtml.rincondelvago.com/amplificador-en-emisor-comun.html

Concepto

El transistor es un dispositivo electrnico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

El trmino transistor es la contraccin en ingls de transfer resistor (resistencia de transferencia).

Actualmente se encuentran prcticamente en todos los aparatos electrnicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lmparas fluorescentes, tomgrafos, telfonos celulares, etc

2. Composicin

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales especficos en cantidades especficas) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que est intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base).

Transistor NPN

3. Smbolo del transistor

4. Configuracin

La configuracin y el tamao de un transistor guarda relacin con la potencia que es capaz de manejar

5. Funcionamiento

El funcionamiento del transistor slo puede explicarse mediante mecnica cuntica.

De manera simplificada, la corriente que circula por el colector es funcin amplificada de la que se inyecta en el emisor, pero el transistor slo grada la corriente que circula a travs de s mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la base para que circule la carga por el colector, segn el tipo de circuito que se utilice.

El factor de amplificacin o ganancia logrado entre corriente de colector y corriente de base, se denomina Beta del transistor.

Otros parmetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base,

6. Configuraciones como amplificador

6.1 Emisor comn

La seal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. El emisor se conecta a las masas tanto de la seal de entrada como a la de salida. En esta configuracin se tiene ganancia tanto de tensin como de corriente y alta impedancia de entrada. Su composicin es: NPN.

En caso de tener resistencia de emisor, RE > 50 , y para frecuencias bajas, la ganancia en tensin se aproxima bastante bien por la siguiente expresin

:

6.2 Base comn

La seal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. La base se conecta a las masas tanto de la seal de entrada como a la de salida. Su composicin es: NPN.

En esta configuracin se tiene ganancia slo de tensin. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base.

Si aadimos una resistencia de emisor, que puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de seal, un anlisis similar al realizado en el caso de emisor comn, nos da la ganancia aproximada siguiente:

La base comn se suele utilizar para adaptar fuentes de seal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrfonos dinmicos.

:

6.3 Colector comn

La seal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la seal de entrada como a la de salida. En esta configuracin se tiene ganancia de corriente, pero no de tensin que es ligeramente inferior a la unidad. La impedancia de entrada es alta, aproximadamente +1 veces la impedancia de carga. Adems, la impedancia de salida es baja, aproximadamente veces menor que la de la fuente de seal

7. Transistor como Amplificador (emisor comn)

ttp://www.unicrom.com/Tut_emisor_com.aspManual de Electrnica Aplicada, Diego Araujo, Cultural, S.A. ISBN: 978-84-8369-026-0

Para que una seal sea amplificada, tiene que ser una seal de corriente alterna. No tiene sentido amplificar una seal de corriente continua, por que sta no lleva ninguna informacin.

En un amplificador de transistores estn involucradas los dos tipos de corrientes (alterna y continua).

La seal alterna es la seal a amplificar y la continua sirve para establecer el punto de operacin del amplificador. Este punto de operacin permitir que la seal amplificada no sea distorsionada.

En el diagrama se ve que la base del transistor est conectada a dos resistores (R1 y R2).

Estos dos resistores forman un divisor de voltaje que permite tener en la base del transistor un voltaje necesario para establecer la corriente de polarizacin de la base.

El punto de operacin en corriente continua est sobre una lnea de carga dibujada en la familia de curvas de el transistor. Esta lnea est determinada por frmulas que se muestran a continuacin. Hay dos casos extremos:

1. Cuando el transistor est en saturacin (Ic max.), que significa que Vce es prcticamente 0 voltios.

2. Cuando el transistor est en corte (Ic = 0), que significa que Vce es prcticamente igual a Vcc. Ver la figura del amplificador

Si se modifica R1 y/o R2 el punto de operacin se modificar para arriba o para abajo en la curva (lnea) pudiendo haber distorsin.

Si la seal de entrada (Vin) es muy grande, se recortarn los picos positivos y negativos de la seal en la salida (Vout)

El capacitor C1 (capacitor de bloqueo), se utiliza para bloquear la corriente continua que pudiera venir de Vin. Este capacitor acta como un circuito abierto para la corriente continua y un corto circuito para la corriente alterna (la que se desea amplificar).

El resistor Re aumenta la estabilidad de el amplificador, pero que tiene el gran inconveniente que es muy sensible a las variaciones de temperatura. Esto causar una disminucin en la ganancia de corriente alterna, lo que no es deseable.

Para resolver el problema se pone en paralelo con Re un capacitor (Ce) que funcionar como un corto circuito para la corriente alterna y un circuito abierto para corriente continua.

El voltaje de salida estar dada por la siguiente frmula:Vout = Ic x Rc = x Ib x Rc = hfe x Ib x Rc

Ganancia de voltaje: V = - Vout / Vin = - Rc / Zin.(el signo menos indica que Vout esta 180 fuera de fase con al entrada Vin)

Ganancia de corriente: I = Iout / Iin = (Vout /Rc) / (Vin /Zin) = V x Zin / Rc = 1

Ganancia de potencia = ganancia de voltaje x ganancia de corriente = P = V x I

Zin (impedancia de entrada) = R1 // R2 // hie, que normalmente no es un valor alto (contrario a lo deseado)

Zo (impedancia de salida) = RcLa salida est 180 desfasada con respecto a la entrada (es invertida)

Notas:

= hfe son parmetros propios de cada transistor hie = impedancia de entrada del transistor dada por el fabricante. // significa "en paralelo"16Seal de salida amplificada

Ejercicio:

Para el transistor NPN 2N3904 utilizado como amplificador Emisor Comn, indicado en la figura del siguiente circuito:

Si R1 = R2 = 1.000 ohmios, B (hfe)= 200, Rc = 1.000 Ohmios, Ib = 150 uA, hie (impedancia de entrada del transistor) = 2.000 Ohmios, determinar:

a.) Voltaje de salida. b.) Impedancia de entrada.c.) Ganancia de voltaje.d.) Ganancia de corriente.e.) Ganancia de potencia.

Solucin:

a.) Voltaje de salida:

Vout = Ic x Rc = B x Ib x Rc = 200 x 150x10-6 x 1.000 = 30 voltios

b.) Impedancia de entrada:

Zin = R1 // R2 // hie = ((1.000/2) x 2.000) / ((1.000/2) + 2.000) = 400 Ohmios

c.) Ganancia de voltaje:

V = Vout / Vin = - Rc / Zin = -1.000 / 400 = 2.5

d.) Ganancia de corriente:

I = Iout / Iin = (Vout x Zin) / (Vin x Rc) = V x Zin / Rc = 1

e.) Ganancia de potencia:

P = V x I= 2.5 x 1 = 2.5

8. Forma de probar a un transistor

Recuerde que hay dos tipos de transistores:

NPN = Negativo, positivo, negativo yPNP = Positivo, Negativo, Positivo.

El transistor tiene 3 terminales E emisor, B base y C collector.

La base es la UNICA que conduce NO CONDUCE con respecto a los otros 2 terminales dependiendo de como conectes el voltaje y dependiendo del tipo de transistor.

En un NPN cuando toques la base con el Positivo del multmetro conducir con respecto a los otros dos terminales del transistor.

En un PNP cuando toques la base con el Negativo del multmetro conducir con respecto a los otros dos terminales del transistor.

9. Caractersticas comparativas de las configuraciones como amplificador

EMISOR-COMN:

-hay ganancia de tensin-hay ganancia de corriente-la impedancia de entrada es media (del orden de los kilo ohm)-la impedancia de salida es media (del orden de los kilo ohm)-produce un desfasaje de 180 de la salida con respecto a la entrada

BASE-COMN:

-hay ganancia de tensin-la ganancia de corriente es igual o menor a 1-la impedancia de entrada es baja (del orden de los cientos de ohm)-la impedancia de salida es alta (del orden de los mega ohm)- no produce un desfasaje de la salida con respecto a la entrada

COLECTOR-COMN:

-la ganancia de tensin es igual o menor a 1-hay ganancia de corriente-la impedancia de entrada es alta (del orden de los cientos de kilo ohm o mega ohm)-la impedancia de salida es baja (del orden de los cientos de ohm)- no produce un desfasaje de la salida con respecto a la entrada

Rectificador de onda completa con amplificador

10. Preguntas y Ejercicios:

1.) Qu se entiende por transistor?. Cul es su importancia en los circuitos electrnicos?. Cul es su principal aplicacin?.

2.) Describa la composicin bsica de un transistor y su funcionamiento electrnico.

3.) Todo transistor tiene tres (3) terminales, mencione cada una de estos terminales indicando de que se encarga cada uno de ellos.

4.) Qu se entiende por factor de amplificacin o ganancia de un transistor?.

5.) Explique la estructura y funcionamiento del transistor operando como Colector Comn.

6.) Explique la estructura y funcionamiento del transistor operando como Base Comn.

7.) Explique la estructura y funcionamiento del transistor operando como Emisor Comn.

8.) En el numeral 9 se relacionaron las caractersticas comparativas de los transistores, dependiendo de su configuracin como amplificador. Determine cuales de estas caractersticas son comunes a todas las configuraciones.

9.) Por qu en un NPN cuando toques la base con el positivo del milmetro conducir con respecto a los otros dos terminales del transistor?.

10.) Por qu en un PNP cuando toques la base con el negativo del milmetro conducir con respecto a los otros dos terminales del transistor?.

11.) Explique la estructura y funcionamiento del transistor operando como Colector Comn.

12.) Describa como se obtienen las curvas caractersticas de un transistor funcionando como amplificador Emisor Comn.

13.) Para el transistor NPN 2N3904 utilizado como amplificador Emisor Comn, indicado en la figura del ejercicio desarrollado anteriormente, si R1 = R2 = 500 ohmios, B (hfe)= 180, Rc =100 Ohmios, Ib = 150 uA, hie (impedancia de entrada del transistor) = 1.000 Ohmios, determinar:

a.) Voltaje de salida. b.) Impedancia de entrada.c.) Ganancia de voltaje.d.) Ganancia de corriente.e.) Ganancia de potencia.

Profesor: Ing. Msc. Jaime Ramrez Artunduaga

Gracias

Felices Vacaciones