Transistor en conmutación

Transistor en ConmutaciónQuizhpi Mateo.

Universidad Politécnica Salesiana, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Cuenca, [email protected]

Abstract— El transistor es muy utilizado en las zonas de trbajo: Corte y Saturacion, ya que funciona con interruptor abierto o cerrado respectivamente, a continuación vamos a describir algunos de los circuitos básicos utilizados.

INTRODUCCION

Hasta el momento se ha visto la polarización del transistor en la zona lineal, es decir, donde ocurre una ganancia de Corriente, pero también es clave el estudio del mismo en las otras zonas de trabajo, corte y saturación, ya que son muy utilizados en la actualidad.

OBJETIVOS

Reconocer correctamente en que zona está trabajando el transistor.

Modelar y aplicar correctamente las ecuaciones respectivas a cada estado.

Determinar con eficacia los puntos de trabajo del transistor.

MARCO TEÓRICO

“El diseño ideal para el proceso de inversi6n requiere que el punto de operación conmute de corte a la saturacion, pero a lo largo de la recta de carga descrita en la figura. Para estos propósitos se asurne que I C=I CE=0 mA cuando I B=0μA (una excelente aproximación de acuerdo con las mejoras de las técnicas de fabricación). Cuando V i=V max=V CC , el transistor se encontrara "encendido" y el diseño debe asegurar que la red esté saturada totalmente por un nivel de IB mayor asociado con la curva IB, que aparece cerca del nivel de saturación.

I Csat=VccRC

Por lo mismo, para el nivel de saturacion se debe asegurar que la siguiente condicion se satisfaga:

I B>IC sat

βdc

Ademas de su contribucion en los circuitos logicos de las computadoras, el transistor se puede utilizar como un intemptor,

si se emplean los extremos de la recta de carga. En la saturacion la corriente Ic es muy alta y el voltaje VCE muy bajo. El resultado es un nivel de resistencia entre las dos terminales determinado por:

R sat=V CEsat

I Csat

[1

Figura 1. Recta de Carga

DESARROLLO

1. Polarización Fija con Dos Fuentes con transistor NPN:

VEE7 V

VC15 V

Q1

2N3904

R2220Ω

RB250kΩKey=A

50%

Figura 2. Polarización Fija con Dos Fuentes

Cálculo:

I B=V EE−V BE

RB

I B=7−0,715000

I B=6,3 mA

V CE=V CC−I C (R¿¿C)¿

V CE=15−¿)220

V CE=2,252 V

V CEmax=V CC

V CEmax=15V

I C=β I B

I C=135∗6,3 ×10−3

I C=56,7 mA

I Csat=V CC

RC

I Csat=15

220

I Csat=6 8 mA

Mediciones:

RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]15,25 2,46 58,517,47 3,26 53,718,57 3,664 51,321,1 4,71 47,1

23,20 5,28 44,625,4 5,91 42,927,9 6,56 40,147 9,58 25,7100 9,84 25250 13,91 5,5

Tabla 1. Resultados Polarización Fija con Dos Fuentes

Simulaciones

Figura 3. Zona de Saturación: V CE e IC

Figura 4. Zona de Corte: V CE e IC

0 2 4 6 8 10 12 14 160

1020304050607080

15; 0

0; 682,25; 57,6

VCE (V)

IC(m

A)


2. Polarización Fija con Una Fuente con transitar PNP:

VCC-20 V Q2

2N3906

RC220Ω

RB1MΩKey=A50%


Cálculo:

I B=V CC−V BE

RB

I B=−20+0,7340000

I B=−56,76 μA

I C=β I B

I C=250∗56 ×10−6

I C=−14,191 mA

V CE=V CC−I C(R¿¿C)¿

V CE=−25+¿)220

V CE=−16,877 V

V CEmax=V CC

V CEmax=−20 V

I Csat=V CC

RC

I Csat=−20220

I Csat=−90,909 mA

Mediciones:

RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]17 −0,406 −60,676 −4,32 −48,5109 −7,26 −37,5

141,3 −9,46 −31,8250,3 −13,3 −19,3295,9 −14,34 −16,7340 −15 −15,1

369,5 −15,71 −13,5430 −16,21 −11,61000 −18,44 −5,1

Tabla 2. Resultados Polarización Fija con Una Fuente

Simulaciones



-25 -20 -15 -10 -5 0

-100

-80

-60

-40

-20

0-20; 0

0; -90,909

-16,877; -14,191

VCE (V)

IC(m

A)


3. Polarización por Divisor de Tensión con transistor NPN:

VCC25 V

R410kΩ

RC330Ω

Q2

2N3904R5100kΩKey=A

50%


Cálculo:

RTh=R4 · R5

R4+R5

RTh=10000 ·900010000+9000

RTh=4736,84 Ω

I B=ETh−V Be

RTh

I B=11,842−0,7

4736,84

I B=2,352mA

ETh=V CC · R2

R1+R2

ETh=25· 900019000

ETh=11,842V

I C=β I B

I C=30∗2,35 ×10−3

I C=70,5667 mA


V CE=25−¿)330

V CE=1,71 V

V CEmax=V CC

V CEmax=25V

I Csat=V CC

RC

I Csat=25

330

I Csat=75,758 mA

Mediciones:

R1[ K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]8,40 3,67 66,9

9 5,86 59,19,15 6,38 57,59,3 7,27 54,7

9,52 9,05 499,65 10,52 449,9 13,5 36,210,1 15,7 28,2

10,25 18,45 2010,57 22,33 8,3

Tabla 3. Resultados Polarización Fija con Una Fuente

Simulaciones



0 5 10 15 20 25 300

1020304050607080

25; 0

0; 75,7581,71; 70,56

VCE (V)

IC(m

A)


4. Polarización mediante Retroalimentación con transistor PNP:

Vcc

-15 V

Rc330Ω

Q1

2N3906

R11.0kΩKey=A

50%


Cálculo:

I B=V CC−V BE

RB

I B=−15+0,7

40000

I B=−357,5 μA

I C=β I B

I C=80∗357 ×10−6

I C=−28,6 mA


V CE=−15+(28,6 )330

V CE=−5,562 V

V CEmax=V CC

V CEmax=−15V

I Csat=V CC

RC

I Csat=−15330

I Csat=−45,454 mA

Mediciones:

RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]1,65 −0,95 −40,57,23 −2,018 −37,6

14,55 −3,08 −34,528,81 −4,6 −30,145,6 −5,87 −26,4

54,9 −6,43 −24,871,1 −7,27 −22,23181 −10,3 −13,6226 −10,95 −11,7460 −12,7 −6,7

Tabla 4. Resultados Polarización con Retroalimentación

Simulaciones



-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0

-40

-30

-20

-10

0-15; 0

0; -45,454

VCE (V)

IC (m

A)

-1.123;42.05


5. Polarización Fija con Una Fuente y Resistencia de Emisor con Transistor NPN:

Vcc

15 V

Rc500Ω

Q1

2N3904

RE220Ω

RB1.0kΩKey=A

50%

Figura 18. Polarización Fija con Resistencia de Emisor

Cálculo:

I B=V CC−V Be

RB+( β+1 ) RE

I B=15−0.7

45000+(120+1 ) 220

I B=200,28 μA

V CE=V CC−I C(R¿¿C+RE)¿

V CE=15−24 ×10−3(720)

V CE=1,3 V

V CEmax=V CC

V CEmax=15

I C=β I B

I C=120∗200 ×10−6

I C=24,034 mA

I Csat=V CC

RC+RE

I Csat=15

500+220

I Csat=20,8 mA

Mediciones:

RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]44,1 0,983 20,8358,8 2,15 20,564,8 2,78 19,275,1 3,71 18,798,4 5,5 17

119,2 6,62 15164,2 8,4 11,7209,5 9,6 9,6314 11,21 6,7915 13,72 2,4

Tabla 5. Resultados Polarización con Retroalimentación

Simulaciones



0 2 4 6 8 10 12 14 160

5

10

15

20

25

15; 0

0; 20,7

4,88; 13,95

VCE (V)

IC (m

A)


6. Polarización fija con una fuente que tenga la capacidad de moverse desde ¼ VCC hasta ¾ VCC en la recta de carga.

VCC12 V

RC330Ω

RB500kΩKey=A

50% Q1

2N3904

Figura 22. Polarización Fija

Cálculo

¾ Vcc

V CE 1=12( 14 )=3 V

V RC=VCC−VCE1

¿12−3=9V

IB= ICβ

=27.27 mA375

=72.72 uA

IC1=VRCRC

IC1=9

330=27.27 mA

RBmin=VCC−VBE

IB= 12−0.7

72.72 uA=155.39 K Ω

1/4 Vcc

V CE 1=12( 34 )=9 V

V RC=VCC−VCE1

¿12−9=3V

IB= ICβ

=9,09375

=24,24 uA

IC1=VRCRC

IC1=3

330=9,09 mA

RBmax=VCC−VBE

IB= 12−0.7

24,24 uA=466,17 K Ω

I Csat=VCCRC

= 12330

=36.36 mA

V CEmax=VCC=12 V

Mediciones:

RB[K Ω ] V CE [V ] I C [mA ]159,2 3,08 26,26172,3 3,33 24,27195,4 3,78 21,40221,8 4,29 18,85268,5 5,20 15,57313,2 6,06 13,35354,3 6,86 11,80389,6 7,54 10,73423,8 8,20 9,87462,3 8,95 9,04

Tabla 6. Resultados Polarización Fija

Simulaciones

Figura 23. Punto ¾ Q: I C y V CE

Figura 24. Punto ¼ Q: I C y V CE


CONCLUSIONES

Existen varios circuitos en los que se requiere que el tranasistor esté completamente abierto o cerrado, es decir en corte o saturación, necesitamos que funcione como interruptor. Adicionalmente también se entendio que son dispositos de control para controlar otros elementos, tales como motores, reles, etcl. Despues se llegara al estudio de otros dispositivos de control como los FET.

Este gran dispositivo tiene grandes aplicaciones, como observamos se lo utiliza como temporizadores, lo cual es el funcionamiento básico de un CILM555. Para estos circuitos temporizados es importante hacer el calculo del tiempo de carga y descarga de la red RC, el cual es el que los tiempos ON y OFF del circuito.

REFERENCIAS

[1] ELECTRÓNICA: TEORIA DE CIRCUITOS. SEXTA EDICION.ROBERT L. BOYLESTAD.LOUIS NASHELSKY.PEARSON EDUCATION.Pag 181-185.

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