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INTRODUCCIN

1.- EL INTERRUPTOR A TRANSISTOR

Un circuito bsico a transistor como el ilustrado en la Figura 1 a), conforma uncircuito inversor; es decir que su salida es de bajo nivel cuando la seal de entradaes alta y viceversa.

El mismo est calculado de manera que el transistor est en la zona de corte(punto B) o saturacin (punto A), Figura 1 d), dependiendo si el valor de la funcin deentrada vale 0 +V, respectivamente. Trabajando de esta manera el transistor secomporta como un interruptor controlado, realizando transiciones entre lasaturacin y el corte.

Se observa que el interruptor est controlado por la corriente de base: Cuando

el transistor est al corte no fluye corriente y el interruptor est abierto (Figura 1c),cuando el transistor est saturado fluye la mxima corriente de colector y elinterruptor est cerrado (Figura 1b).

a) b) c) d)

Figura 1: Circuito de conmutacin bsico: a) Configuracin. b) Llave cerrada(punto A). c) llave abierta (punto B). d) Recta de carga y puntos defuncionamiento.

1.1 Tiempos de conmutacin del transistor

En la Figura 2 se representa la respuesta del transistor del circuito de la Figura1 cuando se aplica a su entrada un impulso rectangular.

Desde el instante en que la tensin aplicada en el borne VEpasa del valor 0 a+V, hasta que la intensidad de colector alcanza el 90% de su valor final Ics, y eltransistor llega a la saturacin, se observa que transcurre un cierto tiempo llamadoton. Igualmente, desde el momento en que la tensin en el borne VEpasa del valor +Va 0 hasta que la intensidad del colector alcanza el 10% de Ics transcurre un tiempo

llamado toff. Siendo tonel tiempo de conmutacin del estado de corte al de saturacino tiempo de encendido, mientras que a toffse lo denomina tiempo de conmutacin delestado de saturacin al corte, o tiempo de corte o apagado.

IC

VCE

A

B

EL TRANSISTOR COMO CONMUTADOR

E

C

Vcc

Rc

E

C

Vcc

RcC

Vcc

VE

R1

R2

Rc

E

C

+V

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Tiempo de retardo: td (delay time): Intervalo de tiempo entre el puntocorrespondiente al instante de aplicacin de la seal de entrada y el punto en que laseal de salida toma el 10% de su valor final.

Este tiempo de retraso se debe, principalmente a dos factores:1.-Cuando un transistor acta como conmutador, se lo polariza inversamente

para llevarlo al corte, con lo cual la capacidad de la juntura base-emisor se carga aese valor de tensin negativa; por tal razn para pasarlo a la conduccin (saturacin)se necesita de cierto tiempo para descargar y cargar ese condensador. A mayor valorde polarizacin inversa mayor ser ese retardo.

2.-Se requiere de cierto tiempo para que la corriente de emisor se difunda atravs de la regin de la base.

Figura 2: Tiempos de conmutacin del transistor

Tiempo de subida o crecimiento: tr(rise time): Intervalo de tiempo entrelos puntos correspondientes al 10 y 90% de la forma de onda ascendente de lacorriente de colector.

El tiempo de crecimiento es una funcin de la frecuencia de corte alfa, f; ytambin depende inversamente de la cantidad de corriente de apertura; mientrasmayor sea la corriente de apertura, menor ser el tiempo de crecimiento.

Tiempo de almacenamiento: ts(storage time): Intervalo de tiempo entreel instante en que la tensin de entrada comienza el descenso y el puntocorrespondiente al 90% de la forma de onda descendente de la corriente de colector.El tiempo de almacenamiento es una funcin de hfe, y de las corrientes de apertura ycierre.

La no respuesta del transistor durante el tiempo ts a la anulacin de laexcitacin, se debe a que el transistor en saturacin tiene una carga en exceso deportadores minoritarios almacenados en la base. El transistor no puede responderhasta que ese exceso de carga de saturacin se haya eliminado. En el caso extremoeste tiempo tspuede ser de dos a tres veces el tiempo de subida o de bajada a travsde la regin activa. Al emplear transistores de conmutacin donde la velocidad resulta

de verdadero inters, la mayor ventaja se obtiene cuando se reduce el tiempo dealmacenamiento.Se puede reducir el tiempo de almacenamiento proporcionando una corriente

inversa de base de manera que extraiga los portadores en exceso de la base,

VE

tto t1

0

+V tensin de entrada

corriente de colector

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aumentando as la velocidad de disminucin del nmero de portadores almacenadosen exceso.

Un condensador C, llamado condensador de rapidez, elegido apropiadamente ycolocado en paralelo con la resistencia de base R1(Figura 1-a) har que tsse reduzcaconsiderablemente.

El condensador de rapidez tambin proporciona un impulso de corriente inicialcuando el transistor se conmuta al estado de conduccin, reduciendo de este modo eltiempo de retardo (td) y el de subida (tr).

Tiempo de cada tf (fall time): Intervalo de tiempo entre los puntoscorrespondientes al 90 y 10% de la forma de onda descendente de la corriente decolector.

Tiempo de conexin o encendido TON= td+ tr: Resulta de la suma de lostiempos de retardo td y de subida tr .Es el tiempo total para pasar del corte a lasaturacin.

Tiempo de desconexin o apagado TOFF = ts + tf: Es la suma de los

tiempos de almacenamiento tSms el de cadatf. Es el tiempo total para pasar de lasaturacin al corte.

Tiempo total de conmutacin TT= (td+tr) + (ts+ tf) =TON + TOFF

Los tiempos de encendido (TON) y apagado (TOFF) limitan la frecuenciamxima a la cual puede conmutar el transistor.

En la Tabla 1 se detallan los tiempos de respuestas de algunos transistoresutilizados en conmutacin, de acuerdo a las hojas de datos dadas por el fabricante.

Transistor

Aplicaciones

Pot.

hfe

(mn/mx)

td

(ns)

tr

(ns)

ts

(ns)

tf

(ns)

ton

(ns)

toff

(ns)

fT(mn)

(MHz)

PXT2222A

NPN-(Philips)

Propsitos

grales.

Ptot= 1,25W

100/300 15 20 200 60 35 250 300

PMBT2369

NPN-(Philips)

Alta Velocidad

Ptot= 250 mW40/120 4 6 10 10 10 20 500

MPS3904

NPN-(Philips)

Propsitosgenerales.

Ptot= 500mW

100/300 50 60 1000 200 110 1.200 180

Tabla 1:Valores comparativos de los tiempos de conmutacin de diferentestransistores.http://www.chipcatalog.com/Cat/835.htmhttp://www.datasheet4u.com/http://www.datasheetcatalog.com/philips/70/http://www.alldatasheet.co.kr

En los circuitos interruptores a transistor, eltiempo de encendido: TONde untransistor, definido anteriormente como el retardo de tiempo entre el instante de

TOFFONmx

T

1

TT

1F

http://www.chipcatalog.com/Cat/835.htmhttp://www.chipcatalog.com/Cat/835.htmhttp://www.datasheetcatalog.com/philips/70/http://www.datasheetcatalog.com/philips/70/http://www.datasheetcatalog.com/philips/70/http://www.chipcatalog.com/Cat/835.htm

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aplicacin de un pulso de entrada y el momento en que la corriente de salida toma el90% de su valor final, NO se emplea para analizar el retraso de la propagacin, pordos motivos: Primero, la entrada a la puerta no es un impulso cuadrado, sino quetiene un tiempo de subida no nulo. Segundo, la entrada no necesita alcanzar el 90%de su valor para que la puerta cambie de estado. Por lo tanto el tiempo que se utilizaes el tiempo de propagacin:

Tiempo de retardo de propagacin:El tiempo que tarda un interruptor atransistor en responder a una seal de entrada es lo que se llama tiempo de retardode propagacin tpd. La Figura 3 ilustra grficamente los conceptos tpdf y tpdraplicados al caso de un circuito que realiza la funcin lgica inversin.

Figura 3: Tiempo de retardo de propagacin

tpdr= tpd,LH= tpd+ = Tiempo de retraso cuando la salida alcanza el 50% delnivel al pasar del nivel bajo al alto.

tpdf = tpd,HL = tpd- = Tiempo de retraso cuando la salida del interruptoralcanza el 50% del nivel al pasar del nivel alto hacia el nivel bajo.

Ordinariamente tpd+ es mayor que tpd- a causa de la inevitable capacidad enla salida del interruptor.

Por lo tanto el tiempo que tarda un interruptor a transistor en responder a unaseal de entrada, definido como tiempo de propagacin medio, es la media aritmticaentre los tiempos medios de propagacin del cambio de estado de la entrada a lasalida en los casos en que sta pasa del estado 1 al 0, y viceversa, es decir:

tpd= (tpdf + tpdr) / 2

Con lo cual la frecuencia mxima de utilizacin del transistor estar dada por:

fmx.=1/2 tpd

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2.-LIMITACIONES DE FRECUENCIA DE LOS TRANSISTORES

Ciertos transistores presentan una ganancia aprovechable en frecuencias decientos de MHz, mientras que otros no funcionarn con frecuencias superiores a los50 kHz.

Las caractersticas dadas por los fabricantes o los manuales de transistoresindican, por lo general, uno o ms parmetros que describen el comportamiento delos transistores en funcin de la frecuencia. Los tres parmetros de frecuencia mscomnmente indicados son:

Frecuencia de corte beta o de emisor comn: f, es la frecuencia para lacual la ganancia de corriente hfe, del transistor en configuracin emisor comn cae

1/ , por lo tantof es la frecuencia de corte en la que la ganancia en cortocircuito en configuracin emisor comn, cae 3 dB, Figura 4.

Figura 4: Caractersticas frecuenciales.

Frecuencia de transicin o de corte: fT, Se define como la frecuencia para la cualla ganancia de corriente, hfe, del transistor en configuracin emisor comn, se haceigual a la unidad, con lo cual se considera que es la mxima frecuencia de operacindel transistor.

i(dB) = 20 log 1 = 0 dB

Se deduce tambin que fT= hfe.f, llamadoproducto ganancia-ancho de banda.

Frecuencia de corte alfa o de base comn: f, es la frecuencia para la cualla ganancia de corriente hfb(), en configuracin base comn cae 0,707; por lo tanto

f es la frecuencia de corte en la que la ganancia de corto circuito en configuracinbase comn, cae 3 dB.

Bibliografa:MANDADO Enrique; Sistemas Electrnicos Digitales. Marcombo Boixareu Editores. Barcelona, 1991.

SCHILLING Donald, BELOVE Charles; Circuitos Electrnicos, discretos e integrados. Marcombo Boixareu

Editores. Barcelona, 1985.BOYLESTAD Robert, NASHELSKY, Louis; Electrnica: Teora de circuitos y dispositivos electrnicos.

Pearson Educacin. Mxico, 2003.

0,7072

1h

i

ii fe

b

C

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