CAPITULO 7. TRANSISTORES

CAPITULO 7. TRANSISTORES

7.1. INTRODUCCIÓN.

Una válvula es un dispositivo que sirve para controlar un flujo, ya sea agua, aceite, gasolina, corriente eléctrica, etc.

Por ejemplo: la llave de la tubería de agua, es una válvula, porque con ella podemos controlar el flujo de agua.

Durante este curso estudiaremos las válvulas electrónicas, las cuales nos sirven para controlar la corriente de un circuito.

Las válvulas electrónicas se clasifican principalmente en dos tipos:

1. Válvulas al vacio.

2. Válvulas de estado sólido.

La pantalla de un televisor es una válvula electrónica al vacio.

*Este tipo de válvulas no serán estudiadas en este curso de electrónica.

Las válvulas de estado sólido se hacen con materiales semiconductores.

El transistor es una válvula de estado sólido que sirve básicamente para amplificar señales.

Para realizar una amplificación es necesario un medio, con el cual con poca energía se pueda manejar una mayor cantidad de energía y en este caso el transistor ese medio en el cual con pocos electrones moveremos una mayor cantidad de ellos.

A la relación de energía de salida entre la energía de entrada le llamaremos amplificación.

AMPLIFICACIÓN = ENERGIA DE SALIDA/ ENERGIA DE ENTRADA

Un transistor esta formado por tres elementos semiconductores, los cuales son llamados de la siguiente manera:

a) Emisor.

b) Base.

c) Colector.

En la figura (A) se representa un transistor con sus tres elementos.

Como se representa en la figura, el emisor es más grande que la base y el colector.La base es una lamina delgada de material semiconductor que separa al colector del emisor.

La base es un control de la conducción,el colector es mayor que la base, pero más pequeño que el emisor y recibe el nombre de juntura a la unión de 2 elementos semiconductores, por lo tanto, en un transistor tenemos 2 junturas.

En la figura (B) se muestran las junturas del transistor:

7.2. TIPOS DE TRANSISTORES

Existen 2 tipos de transistores:

a) Transistor NPN.

b) Transistor PNP.

7.2.1.TRANSISTOR NPN

En la figura (C) se muestra la formación de un transistor NPN

En un transistor se tienen tres terminales que son emisor (E), base (B) y colector (C).

En al figura (D) tenemos el símbolo para representar a un transistor NPN, así como el nombre de cada terminal.

Un transistor NPN es equivalente a dos diodos conectados como se muestra en la figura (E).

a) Un diodo de base a emisor.

b) Un diodo de base a colector.

-FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR NPN.

Al aplicar un voltaje para polarizar directamente la unión base- colector, los electrones se mueven desde tierras y entran al emisor. Como el numero de electrones que se desplazan a través del emisor es muy grande, al llegar a la base, parte de esa cantidad de electrones salen por la base, pero la mayor cantidad de ellos atraviesan el material de la base para entrar al colector. Estando en el colector estos electrones son atraídos por la fuente.

Por lo tanto:

La corriente del emisor es igual a la suma de las corrientes de base y colector.

IE = IB +IC

En la figura siguiente se indica el sentido de las corrientes en el transistor NPN.

7.2.2.TRANSISTOR PNP

Para formar un transistor PNP, la distribución de los materiales semiconductores es como se muestra en la figura (F).

El símbolo para representar a un transistor PNP es el de la figura (G).Y en el se marca el nombre de cada terminal.

Un transistor PNP es equivalente a la conexión de 2 diodos, tal y como se representa en la figura (H).

La base es formada por los cátodos de los diodos y el emisor y colector por los ánodos.

-FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR PNP

Para comprender el funcionamiento del transistor lo relacionaremos al circuito de la figura (I).

Para controlar la resistencia del circuito es necesario cambiar el valor de la resistencia total, y para hacerlo utilizamos el potenciómetro marcado con R2.

Al aumentar la resistencia R2 la corriente disminuye, pero el voltaje en el punto A se hace mas positivo.

En cambio, si disminuimos a R2, la corriente se incrementa haciendo que el voltaje en el punto A se haga menos positivo, la figura (L) representa la disminución de R2.

En el circuito anterior se vario el voltaje en el punto A, así como la corriente utilizando un método mecánico, esto mismo lo podemos hacer automáticamente utilizando un transistor, tal y como se muestra en las siguientes figuras:

Cuando aplicamos un voltaje positivo a la terminal de control (Base) la corriente a través del transistor aumenta haciendo que el punto A sea menos positivo.

Cuando la terminal de control o base se le aplica un voltaje menos positivo, la corriente del circuito disminuye y aumenta el voltaje en el punto A.

Para poder variar el voltaje en la base podemos hacer la siguiente modificación.

Utilizamos un potenciómetro así como se muestra en la figura (P).

Al mover el cursor hacia el punto “X” estamos aplicando un voltaje mayor a la base, en cambio, si el cursor es desplazado hacia el punto “Y”, el voltaje de la base disminuye.

En el transistor PNP la conducción se realiza de la siguiente manera:

La polarización directa en la unión base-colector establece una corriente de base a emisor. Como en el emisor hay espacios para que sean ocupados por mas electrones, estos pasan por el colector y atraviesan la base para llenar los espacios disponibles en el emisor son atraídos por la terminal positiva de la fuente.

Por lo tanto:

La corriente de emisor es igual a la suma de las corrientes en la base y el colector.

IE = IB + IC

En la figura siguiente se representan las corrientes de un transistor PNP.

Los transistores al igual que las válvulas con las que controlamos gases o liquidos, tienen un punto en el cual dejan pasar un flujo máximo o bien impiden el paso a través de ellas.

La forma en que funciona una llave sirve para comprender como funciona el transistor.

-Por ejemplo:

Cuando la perilla se gira de tal modo que el obturador se mueva hacia arriba, la cantidad de liquido a través de la llave aumenta, hasta llegar a su máximo nivel por lo tanto decimos que esta en saturación.

Al seguir moviendo el obturador hacia arriba, la cantidad de liquido a través de la llave permanece constante.

Cuando la perilla es girada para bajar el obturador (para cerrar) el flujo en la llave se reduce.

El flujo disminuye cuando el obturador llega hasta abajo, en este caso lo que pasa, es que cierra el camino para el flujo.

Para un transistor pasa lo mismo, tendremos un punto en el cual la conducción es máxima y otro donde es cero, y a esto se le llama saturación y corte respectivamente.

Al aplicar energía a la base de un transistor de tal modo que conduzca, y si aumentamos el valor de la energía en cantidades constantes, el transistor aumentara su conducción para cada incremento de energía, al hacer respectivamente lo anterior vamos a encontrar que la amplificación correspondiente para cada incremento después de cierto rango de valores se va reduciendo y llegara a un limite en el cual la conducción del transistor permanece constante, aun cuando se siga aumentando la energía en la base, cuando esto sucede el transistor entra en saturación.

Si ahora disminuimos la energía en la base del transistor, la conducción disminuye linealmente para un determinado rango de valores. Al continuar disminuyendo la energía aplicada en la base, encontraremos un punto en el cual el transistor deja de conducir, y a esto le llamaremos corte.

7.3. CONFIGURACIÓN DE LOS TRANSISTORES

El transistor puede ser conectado de tres distintas formas, las cuales son las siguientes:

1. Configuración emisor común.

2. Configuración base común

3. Configuración colector común.

En cada una de las anteriores formas de conectar el transistor se tienen distintas características de funcionamiento.

7.3.1. CONFIGURACIÓN EMISOR-COMÚN.

En un amplificador emisor común la señal se aplica entre base y emisor. Y la señal amplificada es obtenida entre colector y emisor.La señal de entrada polariza dinámicamente al transistor, de tal modo que la conducción del transistor esta cambiando de acuerdo a la señal que se esta amplificando.

El funcionamiento del amplificador básico en emisor común es el siguiente:

Con la fuente de voltaje (+V) y el divisor de voltaje formado con Ra y Rb; y Rc seleccionamos el punto de operación estático del amplificador. En la salida del amplificador tenemos el voltaje del colector.

Las características más importantes de un amplificador

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