UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ...

20
TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 1/20 Escola Anoia ELECTRÒNICA ANALÒGICA ÍNDEX 1) CORRENT ALTERN I CONTINU ................................................................... 2 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA ....................................................................... 4 3) MATERIALS SEMICONDUCTORS ............................................................... 5 4) DÍODES ......................................................................................................... 6 4.1) Introducció ............................................................................................... 6 4.2) Díode bipolar ........................................................................................... 8 4.3) Díode LED ............................................................................................. 12 5) TRANSISTORS............................................................................................ 13

Transcript of UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ...

Page 1: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

1/20

Escola Anoia

ELECTRÒNICA ANALÒGICA

ÍNDEX

1) CORRENT ALTERN I CONTINU................................................................... 2

2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA ....................................................................... 4

3) MATERIALS SEMICONDUCTORS ............................................................... 5

4) DÍODES ......................................................................................................... 6

4.1) Introducció ............................................................................................... 6

4.2) Díode bipolar ........................................................................................... 8

4.3) Díode LED............................................................................................. 12

5) TRANSISTORS............................................................................................ 13

Page 2: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

2/20

Escola Anoia

1) CORRENT ALTERN I CONTINU Podem considerar bàsicament dos tipus de corrent elèctric:

- el corrent continu i - el corrent altern .

El corrent continu es caracteritza pel fet que el desplaçament d'electrons es fa sempre en el mateix sentit , amb una tensió i intensitat constants en el temps. És el corrent que proporcionen, per exemple, les piles i les bateries. En canvi, el corrent altern es distingeix pel fet de ser un corrent variable en què les principals magnituds que el defineixen, tensió i intensitat, canvien contínuament de valor i de sentit .

El corrent altern és el corrent que es fa servir més majoritàriament, tant als habitatges com a les indústries. Quan connectem un aparell a un endoll li estem subministrant corrent altern. Al final del segle XIX, el corrent altern es va escollir com el millor sistema de distribució d’electricitat respecte al corrent continu pels seus avantatges pel que fa a: producció, transport, distribució i utilització. És especialment avantatjós l’ús del corrent altern en el transport d’energia elèctrica, ja que permet minimitzar al màxim les pèrdues a la xarxa elèctrica.

Page 3: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

3/20

Escola Anoia

Per reduir considerablement aquestes pèrdues, atès que els centres de producció d’electricitat i els centres de consum estan situats a grans distàncies, cal transportar el corrent a altes tensions. És per això que, un cop produïda l’electricitat a les centrals, cal elevar-ne el voltatge per al transport, i tornar-lo a disminuir per al consum, per mitjà de transformadors, que només funcionen amb corrent altern. El corrent altern que produeixen els generadors a les centrals (alternadors) i que utilitzem més habitualment és el que es produeix en forma de senyal sinusoïdal . Aquest corrent es tracta d’un senyal elèctric periòdic, és a dir, que es reprodueix en intervals de temps iguals. A casa fem servir corrent altern de 220 volts (V) i 50 hertzs (Hz) de freqüència. Els paràmetres principals que defineixen el corrent altern sinusoïdal són els següents: Cicle . És la part del senyal que es va repetint en el temps. Un cicle complert està format per dos semicicles idèntics, però de sentit contrari. Període (T). És el temps de durada d’un cicle complet. Es mesura en segons. Freqüència (f ). És el nombre de cicles que es produeixen o es repeteixen en un determinat interval de temps, normalment 1 segon. La seva unitat és l'hertz (Hz ↔ seg-1). La relació entre el període i la freqüència és:

Semicicle positiu

Semicicle negatiu

Page 4: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

4/20

Escola Anoia

2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la transmissió, no d’energia, sinó d’informació a partir de senyals elèctrics generalment febles, basats en el moviment dels electrons en el buit, en gasos o en sòlids. El disseny, la fabricació i l’anàlisi de circuits electrònics també és un dels objectius de l’electrònica. El conjunt d’elements que integren aquests circuits s’anomenen components electrònics, els quals es poden classificar en actius i passius.

• Els components electrònics passius són aquells que, per si sols, no són capaços d’amplificar o generar senyals elèctrics, és a dir, que actuen com a càrregues (elements receptors d’energia elèctrica), de manera que permeten reduir o ajustar el senyal elèctric del circuit. Alguns exemples són els resistors, els condensadors i les bobines.

• Els components electrònics actius , en canvi, són capaços de generar,

modificar i amplificar el valor del senyal elèctric. Són producte del descobriment de les propietats de materials semiconductors, com el silici i el germani. En destaquen especialment els díodes i els transistors.

Dins de l’estudi de l’electrònica, cal diferenciar també entre l’electrònica analògica i l’electrònica digital . En aquesta unitat didàctica ens centrarem en l’estudi dels components actius aplicats a l’electrònica analògica (en la que es treballa amb senyals elèctriques que poden adquirir qualsevol valor de tensió i intensitat en el temps), mentre que deixarem per una altra unitat l’estudi de l’electrònica digital (en la que la senyal elèctrica només admet valors de 1 o 0, o el que és el mateix: condueix o no condueix).

Comparativa entres senyals analògiques i les digitals

Page 5: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

5/20

Escola Anoia

3) MATERIALS SEMICONDUCTORS Un material semiconductor és aquell que té estructura cristal·lina, i en una bona disposició per a deixar electrons lliures. Cada àtom té en la seva òrbita externa 4 electrons, que comparteix amb els àtoms adjacents formant enllaços covalents. De manera que cada àtom veu 8 electrons en la seva capa més externa, fent al material de baixa conductivitat. El Silici (Si) i el Germani (Ge) compleixen aquestes característiques.

Material semiconductor pur (neutre) (Llegendes)

El semiconductor pur no s'utilitza, ja que resulta molt difícil aconseguir alliberar els seus electrons, tot i que a temperatura ambient sempre hi ha alguns enllaços trencats que permeten que els seus electrons estiguin lliures. Però es poden afegir impureses a aquest material i llavors canvia radicalment el seu comportament. Aquest procés d’afegir impureses a un material semiconductor s’anomena dopatge . Si en l'estructura del semiconductor pur substituïm alguns àtoms d'aquest per uns altres que tinguin 3 electrons en la seva última capa, per exemple l'Indi (In), s'obté una estructura on apareixen buits (simbolitzats com h+), on falten electrons perquè el comportament del material sigui com el del semiconductor neutre.

Per tant aquest material es comporta com si estigués carregat positivament. Es denomina material semiconductor de tipus P .

Page 6: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

6/20

Escola Anoia

En els semiconductors tipus P, a part de l’Indi (In) s’hi poden afegir com impureses altres elements de valència 3, com pot ser el bor que també és capaç d’acceptar electrons. Per una altra banda, també podem substituir algun dels àtoms del material neutre, per àtoms que tenen 5 electrons en la seva última capa, com els de l’Antimoni (Sb), s'obté una estructura on queden electrons lliures (e-) que no pertanyen a cap enllaç i de fàcil mobilitat.

Per tant aquest material es comporta com si estigués carregat negativament. Es denomina material semiconductor de tipus N . Al de tipus N, també s’hi poden afegir altres impureses, elements de valència 5, com el fòsfor capaç també de cedir electrons.

4) DÍODES

4.1) Introducció Els díodes són uns components electrònics actius que aprofiten les propietats físiques que presenten els semiconductors. Els díodes en general es basen en la unió de dos materials semiconductors, silici o germani, un de tipus P i un altre de tipus N . Quan s’uneixen aquests dos materials (P-N) es produïx una recombinació d'electrons (e-) i buits (h+) en la zona d'unió, apareixent una zona deserta sense portadors de càrrega lliures.

El díode unit d’aquesta manera presenta dos terminals, anomenats ànode (zona P) i càtode (zona N). En funció de com unim aquests dos terminals a la bateria, tindrem dos tipus de polaritzacions del diode: a) Polarització inversa :

Page 7: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

7/20

Escola Anoia

Si el born positiu de la bateria el connectem al càtode del díode, i el negatiu de la bateria a l’ànode, el díode no condueix (estat de blocatge) i no permet el pas de corrent a través seu. El díode es troba en polarització inversa i es comporta com un interruptor obert .

L’explicació d’aquest fet és que la polarització de la bateria obliga als electrons (e-) de N i buits (h+) de P a allunyar-se de la unió, augmentant així l'ample de la zona deserta, i impedint la circulació d'electrons. Tota la tensió cau en el díode: VR.

b) Polarització directa : Si es connecta el born positiu d’una pila o font d’alimentació a l’ànode i el negatiu al càtode, el díode condueix i permet el pas del corrent a través seu (estat de conducció). Quan es troba en aquest estat, es diu que el díode té polarització directa i podem dir que es comporta com un interruptor tancat .

Page 8: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

8/20

Escola Anoia

Aquest fet es deu a que a l'aplicar tensió directa, es redueix la barrera de potencial de la unió, a causa de la polarització de la bateria, que impulsa als electrons (e-) de N i buits (h+) de P. Per tant, els electrons (e-) tendeixen a creuar la unió de N a P i els buits (h+) en sentit oposat. La zona deserta es redueix, i s'estableix un corrent en sentit directe ID. En el díode cau una petita tensió VD i la resta de tensió cau sobre la bombeta en aquest cas.

Existeixen diferents tipus de díodes: díodes bipolars, rectificadors, LED (Díodes Emissors de Llum), varicap, Zener, fotodíodes, etc.

4.2) Díode bipolar El díode bipolar és un component fabricat amb materials semiconductors que funciona com una vàlvula unidireccional: deixa passar el corrent en un sentit i no en el contrari. El seu símbol és:

Té forma de punta de fletxa, la qual indica el sentit que el díode permet el pas del corrent. El càtode d’un díode s’identifica a simple cop d’ull, perquè té inscrit algun tipus de marca, normalment una línia o franja circular.

Page 9: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

9/20

Escola Anoia

El terminal per on pot entrar el corrent s'anomena ànode (A), i el terminal de sortida s'anomena càtode (K). L'estat de conducció es produeix quan el díode deixa passar el corrent a través seu, és a dir, hi ha un flux de corrent de l'ànode al càtode. APLICACIONS: El fet que el díode tingui únicament dos estats possibles (conducció i blocatge), li permet gaudir de moltes aplicacions en circuits electrònics. Els díodes són molt utilitzats en fonts d’alimentació com a rectificadors, és a dir, per convertir en corrent continu el corrent altern de la xarxa elèctrica. Altres aplicacions dels díodes es poden trobar en: circuits limitadors, funcions lògiques i com a elements de protecció. Font d’alimentació: La major part dels circuits electrònics requereixen corrent continu per al seu funcionament. La font d'alimentació converteix el corrent altern en corrent continu. L'esquema de blocs d'una font d'alimentació és:

El transformador, s'encarrega de canviar els nivells de la tensió d'entrada (Ve), de 230V fins a un proper al que desitgem obtenir de corrent continu, en el cas d'Espanya.

Les equacions d’un transformador son:

P1 = P2 (potencia del debanat 1 = potencia del 2)

Page 10: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

10/20

Escola Anoia

o el que és el mateix:

Ve · I1 = Vs · I2 → Ve / Vs = I2 / I1 També es compleix:

N1 / N2 = Ves / Vs = m (relació de transformació) On: N1 = nombre d'espires del debanat 1 N2 = nombre d'espires del debanat 2 Un cop rebaixada la tensió d’entrada amb el transformador, entra en funcionament el rectificador, que s'encarrega únicament de convertir el corrent altern (amb semicicles positius i negatius) en corrent altern només positiu (anul·lant els semicicles negatius). Existeixen dos models:

• el de mitja ona i

• el d'ona completa.

El rectificador de mitja ona , elimina el semicicle negatiu de la xarxa i amb això només passarien els semicicles positius. És un muntatge poc eficient ja que la meitat de la tensió subministrada no s'empraria, degut a que s’anul·la la tensió d’entrada en el semicicle negatiu, malbaratant-se una part important del recurs. Aquest muntatge s'implementaria amb un únic díode.

(Nota: RL simbolitza la càrrega)

El rectificador d'ona completa , rectifica el semicicle negatiu de tensió i el converteix en positiu, per a aconseguir-lo un dels mètodes és utilitzar un pont de díodes. L'eficiència d'aquest muntatge és molt alta pel que és molt utilitzat. Es tracta d'un muntatge amb quatre díodes, en el semicicle positiu els díodes D1 i D3 permeten el pas del corrent fins a la càrrega, amb la polaritat indicada. En el semicicle negatiu són D2 i D4 els quals permeten el pas del corrent i la lliuren a la càrrega amb la mateixa polaritat que en el cas anterior.

Page 11: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

11/20

Escola Anoia

Un cop s’ha rectificat el corrent d’entrada, entra a continuació en funcionament el filtre . Aquest filtre consisteix en col·locar un condensador (en paral·lel a la càrrega) que va repetint periòdicament petits cicles de càrrega i descàrrega incomplerts. Això permet que el corrent polsant (com el que es mostra en la figura anterior a V2), es mantingui en un nivell de contínua el més alt possible. Quan el valor de la tensió polsant és superior a la que té el condensador, és aquesta, la que es lliura a la càrrega, mentre que quan la tensió polsant és inferior a la del condensador, és el condensador qui la hi subministra a la càrrega (començant un cicle de descàrrega d’aquest), mantenint la tensió amb nivells elevats de corrent continu. Tanmateix existeixen unes petites variacions en la tensió que s'obté (V3), anomenat tensió d’arrissada .

L'estabilitzador , s'encarrega per últim d'eliminar l’arrissada que encara hi ha després del pas del corrent pel filtre, tot deixant el corrent totalment continu i estable. Es sol utilitzar un circuit especialitzat (regulador de tensió) o un díode zener que s'encarreguen d'aquesta funció.

+

- +

-

Page 12: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

12/20

Escola Anoia

La unió dels quatre blocs descrits anteriorment configuren una font d'alimentació. Malgrat tot, en algunes ocasions poden no estar algun d'ells; per exemple: el transformador, o l'estabilitzador. El muntatge complert es el que es mostra a continuació:

4.3) Díode LED El díode LED és un díode emissor de llum (de l'anglès: Light Emitting Diode). Es tracta d'un díode de semiconductor que, a efectes elèctrics, té un comportament idèntic als díodes bipolars, però amb la característica d'emetre llum quan està en conducció. Transforma l'energia elèctrica en energia lluminosa.

Els avantatges més importants que presenten els LED, respecte de les bombetes pilot de filament, són: alt rendiment energètic, poca producció de calor, vida útil molt elevada, mida reduïda, carcassa resistent, disponibilitat de diversos colors i consum baix. El seu símbol és:

Page 13: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

13/20

Escola Anoia

L'emissió de llum es produeix quan el díode és en estat de conducció. En estat de conducció, la caiguda de tensió entre ànode i càtode és UAK = 1,5 V. Els LED tenen múltiples aplicacions. Són molt emprats en aparells diversos (televisors, vídeos, ordinadors, equips de música, rentadores, càmeres fotogràfiques, carregadors de bateries, etc.) per indicar l’estat de funcionament. També s’utilitzen en semàfors, rètols lluminosos, pantalles de gran format, i en comandaments a distància que serveixen per emetre llum de freqüència no visible i raigs làser en lectors òptics de CD i DVD.

5) TRANSISTORS El transistor és un component electrònic format per material semiconductor que consta de tres parts ben diferenciades: emissor (E), base (B) i col·lector (C). Físicament, la base sempre està enmig de l’emissor i el col·lector. La combinació d’aquestes parts de semiconductor de classe P o N dóna lloc a dos tipus de transistors: transistor NPN i transistor PNP. El transistor, per tant, és una espècie de sandvitx entre capes de material semiconductor de signe oposat (P o N). La zona intermèdia es la base i, les dues extremes, l’emissor i el col·lector.

A la base li correspon la regió central, d'espessor molt petit i escàs dopat.

Símbols Equivalència en forma de díodes

Page 14: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

14/20

Escola Anoia

En un transistor podrem establir dos circuits:

• el circuit de govern o comandament i • el circuit principal o d’utilització.

En el circuit de govern d’un transistor NPN, el corrent entra per la base i surt per l’emissor. En el circuit d’utilització , el corrent arriba pel col·lector i en surt per l’emissor.

Substituïm el transistor NPN pel seu equivalent de díodes i després per la seva configuració de material que ens ajudarà a comprendre el seu funcionament:

Es compleix que:

VBB = RB*IB + VBE VCC = RC*IC + VCE

On: VBB = tensió de base. RB = resistència limitadora de base. IB = intensitat de la base. VBE = tensió base-emissor. VCC = tensió de col·lector. RC = resistència de col·lector. IC = intensitat del col·lector. VCE = tensió col·lector-emissor.

Page 15: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

15/20

Escola Anoia

El funcionament del transistor NPN és el següent: a) - Si VBB (font d’alimentació del circuit de govern) és igual a 0 Volts, o la font està alimentant però de forma que VBE < 0,6V, la intensitat a la base (IB) serà 0 o pràcticament 0. Aquest fet és degut a que la tensió entre base i emissor (VBE) en estat de conducció val aproximadament 0,6 V, i que correspon a “l’energia” que cal donar als electrons perquè puguin superar la barrera que suposa la zona deserta. Per tant el díode superior continuarà estant polaritzat en inversa i no permetrà el pas de corrent entre col·lector-emissor, comportant-se així com un interruptor obert (el transistor està així treballant en zona de tall: no deixa passar el corrent):

Si VBB=0 o VBE < 0,6V, llavors: IB ≈ 0 → IC ≈ 0 ; IE ≈ 0 b) - En canvi quan apliquem tensió sobre la base-emissor del transistor (VBB>0), de forma que la tensió entre base i emissor (VBE) sigui igual a 0,6V o superior, llavors circula un corrent entre base i emissor, fent que el “díode” base-emissor passi a comportar-se com un circuit tancat.

A més, en aquest moment la zona P-N, base-emissor, es comporta como si tota ella fos únicament del mateix material N, i per tant, és com si entre col·lector-emissor només existís material N de baixa resistència, permitent així el pas del corrent IC entre col·lector-emissor.

Page 16: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

16/20

Escola Anoia

Per tant, en un transistor es compleix que la intensitat d’emissor (IE) és igual a la suma de les intensitats de base (IB) i de col·lector (IC):

IE = IB + IC

Gràcies a aquestes propietats del transistor, podem utilitzar-lo fonamentalment funcionant de dues maneres diferents: a) En mode actiu (lineal) o b) en mode commutació (no lineal).

a) El mode actiu del transistor es caracteritza perquè les intensitats i tensions de sortida (de col·lector-emissor) són funció de les intensitats i tensions d’entrada (de base-emissor), les quals poden adoptar múltiples valors. Per tant, aquest mode de treball del transistor permetria, per exemple, regular gradualment la lluminositat d’una bombeta, la velocitat d’un motor de CC (Corrent Continu) o el volum d’un amplificador.

El principi fonamental en el que es basa un transistor en aquest estat és que amb l’aplicació d’un petit corrent a través de la unió base-emissor, s’estableix un corrent molt més gran entre la unió col·lector-emissor (efecte d’amplificació del corrent elèctric). En aquests moments el transistor està treballant en la zona activa . El poder amplificador del transistor es basa precisament en el fet que febles variacions de corrent entre la base i l’emissor controlen fortes variacions entre l’emissor i el col·lector. Per tant, la intensitat de la base és la que controla l’estat del transistor, malgrat que el seu valor sigui molt petit en relació amb la intensitat de col·lector i emissor. En un transistor, si considerem que la intensitat de base IB actua com a corrent d’entrada i la intensitat de col·lector IC com a corrent de sortida, podem establir una relació entre aquestes dues intensitats:

IC = IB · β on el paràmetre multiplicador β, és l’anomenat guany de corrent (en alguns manuals, el guany de corrent també s’anomena hFE). Els valors d’aquest paràmetre sol variar, en el cas dels transistors comercials, entre 50 i 300 , encara que és variable en funció de la temperatura d'escalfament del transistor.

Page 17: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

17/20

Escola Anoia

Transistor treballant en la zona activa

Aquest guany de corrent ens indica la capacitat d’amplificació de corrent del transistor per un determinat punt de treball.

És un sistema encara molt utilitzat, especialment en sistemes analògics (no digitals), com ara amplificadors, aparells de mesura analògics, reguladors, aparells de ràdio i televisió, etc. Exemple resolt :

Dades: • Tensió d’alimentació: VCC = 12V • Rb = 56 KΩ i Rc = 500 Ω. • Guany de corrent: β = 70 (suposa pels càlculs que: VBE = 0,7 V) Calcular: • Intensitat de col·lector, d’emissor i de base. • VCE

Resolució: La tensió de la meitat d’una malla és igual a la de l’altra meitat:

Càlcul de IB: VCC = I B·RB - V BE , i per tant: I B= (VCC− VBE) / RB = (12V −0,7V) / 56KΩ I B= (12V −0,7V) / 56·103Ω ≈ 0,2 mA

Càlcul de IC: I C= β·I B=70·0,2mA = 14 mA Càlcul de IE: I E = I B + I E = 14mA + 0,2mA = 14,2 mA

Page 18: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

18/20

Escola Anoia

Càlcul VCE: VCC = IC·RC - VCE

VCE = VCC − IC·RC

VCE = 12V − 14mA·500 Ω = 12 − 14·10−3·500 = 5V

b) El mode de treball en commutació (no lineal) és similar al funcionament d'un interruptor en el que adopta dues situacions o estats definits:

- Estat obert o de no conducció (OFF): en aquest estat la resistència entre els

terminals emissor-col·lector del transistor és molt alta o infinita. Això és possible quan el corrent que circula per la base és 0, o la tensió VBE < 0,6V. En aquests moments el transistor està treballant en la zona de tall .

- Estat tancat o de conducció (ON): en aquest estat la resistència col·lector-

emissor és pràcticament zero. Aquest fet es produeix quan el corrent que circula pel col·lector compleix, IC < IB·β. Aquest estat s'aconsegueix si el valor de IC és menor al calculat en el mode actiu. En aquests moments el transistor està treballant en la zona de saturació .

Transistor en estat de commutació o no lineal (ON)

(transistor treballant en la zona de saturació )

Transistor en estat de commutació o no lineal (OFF)

(transistor treballant en la zona de tall ) Mentre en un interruptor el seu estat es controla manualment, accionant una palanca o basculant, en el transistor el seu estat es governa elèctricament a través del terminal de la base. L’anomenat interruptor del transistor està constituït pel circuit format pels terminals col·lector-emissor, i s'efectua a través del terminal de base.

Page 19: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

19/20

Escola Anoia

Representació gràfica : Les tres zones de treball del transistor descrites anteriorment (zona activa, de tall i de saturació) es poden representar mitjançant una gràfica, que mostri a les ordenades la intensitat que circula pel col·lector (IC), enfront de la tensió que apliquem entre col·lector i emissor (VCE):

ZONA DE SATURACIÓ: Aquesta zona de funcionament del transistor es caracteritza perquè en qualsevol cas el corrent que condueix pel col·lector no depèn del corrent que s'introdueix per la base. En aquesta situació, per molta intensitat que passi per la base, per l’Emissor segueix passant pràcticament el mateix corrent (sense pràcticament cap variació ni amplificació), mentre que en el Col·lector passa igualment. Aquest fenomen s’expressa matemàticament d’aquesta forma:

IC ≤ β ····IB

ZONA DE TALL: per la base no circula intensitat suficient (IB ≈ 0) , per tant tindrem que

IC ≈ 0 i IE ≈ 0. Per tant, en aquesta zona el funcionament del transistor no permet la conducció de corrent pel col·lector ja que la intensitat de base es nul·la o pràcticament nul·la.

Page 20: UD Electrònica analògica 4art...TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O. 4/20 Escola Anoia 2) DEFINICIÓ D’ELECTRÒNICA Els objectius bàsics de l’electrònica són el tractament i la

TECNOLOGIA – 4art d’E.S.O.

20/20

Escola Anoia

El treball del transistor de forma alternativa en la zona de tall i la zona de saturació , permet al transistor funcionar en el mode de commutació . ZONA ACTIVA: el transistor funciona aquí com un amplificador de corrent, permetent així controlar un corrent elevat (la qual passa pel col·lector) a partir d'un corrent petit (la qual passa per la base). Aquest fenomen s’expressa matemàticament de la següent forma:

IC = IB · β Aplicacions dels transistors : Les aplicacions del transistor en electrònica analògica són molt diverses, però a tall d’exemple es poden destacar les següents: Amplificador de so : aquest muntatge és només teòric, ja que per a obtenir bons resultats d’amplificació s’hauria d'inserir condensadors, un adaptador d'impedàncies per a l'altaveu i diverses etapes per a aconseguir una amplificació acceptable.

Malgrat aquest fet el muntatge teòric ens pot permetre veure que quan introduïm la veu pel micròfon, es produeixen variacions de corrent en la base del transistor i aquestes variacions es veuen amplificades en el col·lector i es reprodueixen per l'altaveu. Control de velocitat d'un motor : amb ajuda d'un potenciòmetre, fem variar la velocitat de gir d'un motor de corrent continu.

Quan el valor de resistència del potenciòmetre és gran, el corrent de base és petita i per tant, el corrent de col·lector que circula pel motor també és petita i girarà a poc a poc. Quan la resistència del potenciòmetre és petita el corrent de base és gran i també és gran la del col·lector i el motor girarà més ràpid.