electronica 7

TECSUP - PFR Electrónica

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Unidad VII

EELL TTRRAANNSSIISSTTOORR 1. INTRODUCCIÓN

La palabra Transistor viene de Transfer Resistor o resistencia de transferencia, es un elemento que se comporta como una resistencia variable que depende de una señal eléctrica de control, entonces al cambiar el valor de la señal de control cambia la cantidad de corriente que pasa por el transistor. Existen dos tipos de transistores NPN y el PNP. Están constituidos por tres capas de semiconductor que se llaman emisor (E), base (B) y colector (C), en el transistor NPN la base es semiconductor P, el emisor y el colector de semiconductor N, en el transistor PNP es lo contrario. El transistor bipolar es el más común de los transistores y como los diodos, puede ser de germanio o de silicio.

2. TIPOS DE TRANSISTORES

La dirección del flujo de la corriente en cada tipo de transistor, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.

NPN PNP

Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña.

Electrónica TECSUP - PFR

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3. FUNCIONAMIENTO BÁSICO

Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad por la Base del transistor por lo que la lámpara no se encenderá, ya que, toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor.

Figura 1

Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequeña circulará por la Base. Así el transistor disminuirá su resistencia entre Colector y Emisor por lo que pasará una intensidad muy grande, haciendo que se encienda la lámpara. (Figura 2).

El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si introducimos una cantidad de corriente por uno de sus terminales llamado BASE ( B ), el entregará por otra llamada EMISOR ( E ), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación. Este factor se llama:

β (BETA) . Figura 2


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Este es un dato dado por el fabricante para cada transistor. Entonces: β = IC / IB IE = IB + IC

Principales ventajas del transistor

1. Elimina la necesidad de calentar el filamento de la válvula, que genera mucho calor y desperdicia mucha energía para obtener electrones móviles. Además, el encendido de un equipo transistorizado es prácticamente instantáneo.

2. Trabaja con tensiones muy pequeñas y nada peligrosas para quienes las manipulan. Es decir, pueden trabajar directamente con pilas de pequeño voltaje.

3. Fiabilidad mecánica muy superior a la de la válvula, pues, al no ser una cápsula al vacío sino un elemento de estado sólido encapsulado en plástico o metal, puede aguantar grandes vibraciones y esfuerzos que no podría soportar la válvula.

4. Un pequeño tamaño, que hace posible la construcción de receptores muy compactos y portátiles.

Desventajas del transistor

1. El pequeño tamaño real de las uniones PNP y NPN queda compensado por la

necesidad de colocarle superficies radiantes del calor o disipadores que permitan al transistor evacuar el calor y manejar potencias más elevadas, sin que la temperatura aumente excesivamente. Eso hace que la ventaja de su pequeño tamaño desaparezca en cuanto aumentamos la potencia de los transmisores.

2. Las bajas tensiones a las que funciona pueden ser una desventaja, pues los hace muy frágiles a impulsos de tensión transitorios de la red y otros impulsos parásitos. Se destruyen con más facilidad que las válvulas.

3. Ligeramente más frágiles de manejar que las válvulas cuando se montan en las placas de circuito impreso, pues pueden dañarse por aplicación de calor excesivo con el soldador.


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4. Sus propiedades varían con la temperatura, puesto que al aumentar esta última, aumenta el número de electrones espontáneamente aparecidos portadores de electricidad, con lo que aumenta su conductividad y puede dar lugar a embalamiento. Esto exige añadir unos componentes encargados de compensar la inestabilidad del transistor con la temperatura.

5. Y quizá la más importante es que el control del amplificador transistorizado deba efectuarse con una corriente, aunque sea pequeña, lo que implica que el elemento de control consume potencia y absorbe alguna energía, mientras que la válvula se deja controlar por tensiones negativas sin consumir prácticamente corriente, casi con potencia nula.

Esta última desventaja se nota especialmente en los pequeños amplificadores de señales débiles que equipan las primeras etapas de los receptores, de forma que se hace necesario utilizar más etapas transistorizadas, para amplificar las señales muy débiles captadas por las antenas con la utilización de transistores bipolares normales.

4. TIPOS DE ENCAPSULADOS

Los encapsulados en los transistores dependen de la función que realicen y la potencia que disipen, así nos encontramos con que los transistores de pequeña señal tienen un encapsulado de plástico, normalmente son los más pequeños (TO- 18, TO-39, TO-92, TO-226 ...); los de mediana potencia, son algo mayores y tienen en la parte trasera una chapa metálica que sirve para evacuar el calor disipado convenientemente refrigerado mediante radiador (TO-220, TO-218, TO-247...) ; los de gran potencia, son los que poseen una mayor dimensión siendo el encapsulado enteramente metálico. Esto, favorece, en gran medida, la evacuación del calor a través del mismo y un radiador (TO-3, TO-66, TO-123, TO-213...).


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5. POLARIZACION DE UN TRANSISTOR

Una polarización correcta permite el funcionamiento de este componente. No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP.

Polarización de un transistor NPN Polarización de un transistor PNP


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Polarizar un transistor consiste en darle los voltajes adecuados para su funcionamiento. Generalmente podemos decir que la unión base - emisor se polariza directamente y la unión base - colector inversamente.

En general: IE > IC > IB ; IE = IB + IC ; VCE = VCB + VBE

Para que un transistor bipolar funcione se debe "polarizar" que consiste en colocar fuentes de voltaje y resistencia que coloquen el diodo base emisor en directo (|VBE|=0.7) y que el diodo base colector esté en inverso. Hay varias formas de polarizar un transistor, los más usados son fija, divisor de voltaje, realimentación por colector, realimentación por emisor, seguidor emisor, etc., estos circuitos se indican en la figura mostrada.

Vcc= IbRb + Vbe

Vcc = IcRc + Vce

POLARIZACIONES TÍPICAS DE UN TRANSISTOR


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El comportamiento fundamental del transistor es que genera una corriente en el colector que es proporcional a la corriente que entra (NPN) o sale (PNP) por la base, la constante de proporcionalidad se llama la ganancia de corriente y se indica por ß o hFE.

ß = IC / IB

Conceptualmente se dice que el transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por corriente, es decir, una fuente de corriente que no es de valor fijo, varía produciendo más o menos corriente en la medida que hay más o menos corriente en la base.

Como en el transistor no se acumula carga toda la corriente que entra a él debe salir, entonces: IE = IC + IB IC = β.IB IE = IB (1+ β) β = factor de amplificación de la corriente IB. Los valores típicos están entre 0.9 y 600 La magnitud de la corriente de base casi siempre se encuentra en el orden de los microamperes, comparando con miliamperes para las corrientes del emisor y del colector.

La configuración de transistor que se encuentra más a menudo aparece en la figura A. Se le denomina configuración de emisor común debido a que el emisor es común o hace referencia a las terminales tanto de entrada como de salida (en este caso, es común tanto a la terminal de base como a la de colector). Se necesitan dos conjuntos de características para describir por completo el comportamiento de la configuración de emisor común: uno para el circuito de entrada o base-emisor y otro para el circuito de salida o colector-emisor.

Configuración de Emisor Común

Figura A


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En la región activa de un amplificador de base común la unión del colector-base se encuentra polarizada inversamente, mientras que la unión base-emisor se encuentra polarizada directamente.

6. ZONAS DE TRABAJO DE UN TRANSISTOR

El transistor puede operar en una de las tres zonas de trabajo, estas pueden ser

CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto. Si se aumenta la VCE demasiado se puede producir la destrucción del transistor

IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat

SATURACIÓN.- Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector. La Vce puede variar de 0.1 a 0.4 v.

IB - IC ; Vbat = RC X IC.

ACTIVA.- Actúa como amplificador lineal. Puede dejar pasar más o menos corriente. Dependiendo de la corriente de base y de la ganancia del transistor (β). Puede variar desde el corte hasta la saturación.

Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. En definitiva, como si fuera un interruptor.

GANANCIA DE CORRIENTE: β La ganancia de corriente es un parámetro también importante para los transistores ya que relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus hojas de características, también aparece con la denominación hFE. Se expresa de la siguiente manera:

β = IC / IB


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En resumen:

SATURACIÓN

CORTE

ACTIVA

VCE ( V )

≈0.1 - .04

≈VCC

VARIABLE

VRC ( V )

≈VCC

≈0

VARIABLE

IC ( mA )

MÁXIMA

=iceO ≈0

VARIABLE

IB ( uA )

VARIABLE

=0

VARIABLE

VBE ( V )

≈0.8

<0.7

≈0.7

Normalmente mucha gente se hace la pregunta "Tengo un transistor marcado ..., ¿de que tipo es?". Para dar solución a esta pregunta aquí tienes una descripción de los códigos de transistores más empleados. Un rápido consejo: mira siempre por números conocidos (ej. 723, 6502, etc.) entre el sufijo y el prefijo, y ten cuidado con no confundirlo con la fecha. Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC)

Estos toman la forma: dígito, letra, número de serie, [sufijo] donde la letra es siempre 'N' El primer dígito es siempre una unidad menor que el número de patillas, (2 para transistores,. El número de serie se sitúa entre el 100 y el 9999 y no dice nada sobre el transistor, salvo su fecha aproximada de introducción. El [sufijo] opcional indica la ganancia (hfe) genérica del dispositivo: A = ganancia baja B = ganancia media

IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DEL TRANSISTOR


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C = ganancia alta Sin sufijo = cualquier ganancia Mira la hoja de características para saber la ganancia exacta del dispositivo. La razón para agrupar la ganacia de forma genérica es que los dispositivos de baja ganacia son bastante más baratos que los de alta ganancia, lo que se traduce en un ahorro para un gran número de usuarios. Ejemplos: 2N3819, 2N2221A, 2N904. JAPANESE INDUSTRIAL STANDARD (JIS) Toman la forma: dígito, dos letras, número de serie, [sufijo] Nuevamente, el dígito es una unidad menor que el número de patillas. Las letras indican el área de aplicación y tipo de dispositivo según el siguiente código: SA: Transistor PNP HF SB: Transistor PNP AF SC: Transistor NPN HF SD: Transistor NPN AF El número de serie varia entre 10 y 9999. El [sufijo] opcional indica que dicho tipo está aprobado para el empleo por varias organizaciones japonesas. NOTA: Desde que el código de los transistores siempre comienza por 2S, este es siempre omitido (en la mayoría de los casos), por ejemplo: un 2SC733 puede estar marcado como C 733. Ejemplos: 2SA1187, 2SB646, 2SC733. Pro-electron Toman la forma: dos letras, [letra], número de serie, [sufijo] La primera letra indica el material: A = Ge B = Si C = GaAs


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R = mezcla de materiales. No es necesario decir que la gran mayoría de los transistores comienzan por B. La segunda letra indica la aplicación del dispositivo: A: Diodo RF B: Variac C: transistor, AF, pequeña señal D: transistor, AF, potencia E: Diodo tunel F: transistor, HF, pequeña señal K: Dispositivo de efecto Hall L: Transistor, HF, potencia N: Optoacoplador La tercera letra indica que el dispositivo está pensado para aplicaciones industriales o profesionales, más que para uso comercial. suele ser una W, X, Y o Z. El número de serie varia entre 100 y 9999. El sufijo indica la ganacia genérica en grupo, como en los JEDEC. Ejemplos: BC108A, BAW68, BF239, BFY51. Otros Aparte de los tres tipos anteriores los fabricantes casi siempre introducen sus propios tipos, por razones comerciales (ej. para poner su nombre en el código) o para enfatizar que el rango pretenece a una aplicación especializada. Los prefijos más comunes son: MJ: Motorolla potencia, cápsula de metal MJE: Motorolla potencia, cápsula de plástico MPS: Motorolla baja potencia, cápsula de plástico MRF: Motorolla HF, VHF y transistores microondas RCA: RCA RCS: RCS TIP: Texas Instruments transistor de potencia (capsula de plástico)


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TIPL: TI transistor de potencia plano TIS: TI transistor de pequeña señal (capsula de plástico)

Ejemplos: ZTX302, TIP31A, MJE3055, TIS43.

7. ¿CÓMO MEDIR LOS TRANSISTORES?

Un transistor bipolar equivale a dos diodos en oposición (tiene dos uniones), por lo tanto las medidas deben realizarse sobre cada una de ellas por separado, pensando que el electrodo base es común a ambas direcciones.

Se empleará un multímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en las escalas de resistencia y preferiblemente en las escalas ohm x 1, ohm x 10 ó también ohm x 100. Antes de aplicar las puntas al transistor es conveniente serciorarse del tipo de éste, ya que si es NPN se procederá de forma contraria que si se trata de un PNP. Para el primer caso (NPN) se situará la punta ROJA (positivo) del multímetro sobre el terminal de la base y se aplicará la punta NEGRA (NEGATIVO) sobre las patillas correspondientes al emisor y colector. Con esto se habrá aplicado entre la base y el emisor o colector, una polarización directa, lo que traerá como consecuencia la entrada en conducción de ambas uniones, moviÉndose la aguja del multímetro hasta indicar un cierto valor de resistencia, generalmente baja (algunos ohm) y que depende de muchos factores.


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A continuación se invertirá la posición de las puntas del instrumento, colocando la punta NEGRA (negativa) sobre la base y la punta roja sobre el emisor y después sobre el colector. De esta manera el transistor recibirá una tensión inversa sobre sus uniones con lo que circulará por él una corriente muy débil, traduciéndose en un pequeño o incluso nulo movimiento de la aguja. Si se tratara de un transistor PNP el método a seguir es justamente el opuesto al descrito, ya que las polaridades directas e inversas de las uniones son las contrarias a las del tipo NPN.

Las comprobaciones anteriores se completan con una medida, situando el multímetro entre los terminales de emisor y colector en las dos posibles combinaciones que puede existir; la indicación del instrumento será muy similar a la que se obtuvo en el caso de aplicar polarización inversa (alta resistencia), debido a que al dejar la base sin conexión el transistor estará bloqueado. Esta comprobación no debe olvidarse, ya que se puede detectar un cortocircuito entre emisor y colector y en muchas ocasiones no se descubre con las medidas anteriores.


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NOTA: SI EL MULTÍMETRO ES DIGITAL NO ES NECESARIO HACER ESTE PROCESO, SÓLO SELECCIONAR LA OPCIÓN DE PRUEBA DE DIODOS.

Cuando el Transistor está Dañado Lo primero que debemos hacer es saber cuando un transistor esta dañado. • Cuado marca 0 Cero Ohmios de una terminal a otra. (Está cortocircuitado

entre las dos terminales).

• Cuando no marca continuidad de Base a Emisor o de Base a Colector en la escala X10 o de Emisor a Colector en la escala X10K (en tester análogos.) (está Abierto de Base a Emisor o Colector o de Emisor a Colector.)

• Cuando marca continuidad de Emisor a Colector en la escala X10.

(Cortocircuitado de Emisor a Colector.)

• Cuando no marca continuidad de Base a Emisor o de Base a Colector en un texter Digital en la escala para medir Diodos. (Que es la escala que se utiliza para medir Transistores en texters Digitales.)

• No puede marcar de las dos formas, esto es si el transistor marca continuidad

con la punta de prueba negativa en una terminal y la punta de prueba positiva


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en otra terminal, no puede marcar continuidad si intercambiamos las puntas de prueba. Porque solo puede marcar de una forma, en una sola dirección por decirlo así.

NOTA: El Transistor no puede marcar continuidad de todas formas, ni tampoco no marcar de ninguna forma. Lo normal es De Base a Emisor, De Base a Colector en la escala X10 y de Colector a Emisor en la escala X10K (Lo explicare más abajo). No puede marcar de Emisor a Colector en la escala X10. De lo contrario esta dañado (abierto de Emisor a Colector).

8. CURVA CARACTERÍSTICA DEL TRANSISTOR


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EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR EN EMISOR COMÚN


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9. APLICACIONES CON TRANSISTORES

RELAY CONTROLADO POR LUZ


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AMPLIFICADOR PARA SENSOR DE TEMPERATURA


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ANOTACIONES

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