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M03. TRANSISTORES BIPOLARES. HOJAS DE CARACTERÍSTICAS ERRONKA3.AMPLIFICADOR AUDIO
Vicente Bisabarros CIFP BIDASOA DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES 1
TTRRAANNSSIISSTTOORREESS
INTRODUCCIÓN
El transistor se descubrió en 1950 y aunque ha cambiado mucho desde aquello, se puede decir que es la base de la electrónica y microelectrónica actual.
Este componente da la posibilidad de convertir señales eléctricas debiles en señales eléctricas fuertes. Así, puede hacer el trabajo de un amplificador o un interruptor electrónico.
Los transistores, están fabricados con materiales semiconductores, consumen
poco y tienen una duración larga. En un chip o en un circuito integrado pueden entrar desde miles a millones de transistores.
AMPLIFICADOR
FUENTE
ALIMENTACIÓN
SEÑAL DE ENTRADA SEÑAL DE SALIDA
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111 LLLAAA EEESSSTTTRRRUUUCCCTTTUUURRRAAA DDDEEELLL TTTRRRAAANNNSSSIIISSSTTTOOORRR BBBIIIPPPOOOLLLAAARRR
Está formado por tres cristales de material semiconductor. Su estructura y su símbolo se muestran a continuación:
1. Base (B, Base) Es el cristal del medio. Es el más estrecho físicamente y el portador al revés de los cristales de los lados (si estos son N, él es P). Es la llave. Controla la cantidad de electrones que pasaran del emisor al colector.
2. Emisor (E, Emiter) Es el cristal más dopado y su función es enviar los electrones. Es el terminal que se representa con una flecha.
3. Colector (C, Collector) Es el cristal que tiene menos impurezas y recibe los
electrones enviados por el emisor. Su función es recoger los electrones enviados.
222 FFFUUUNNNCCCIIIOOONNNAAAMMMIIIEEENNNTTTOOO DDDEEELLL TTTRRRAAANNNSSSIIISSSTTTOOORRR
La corriente principal pasa del emisor al colector. Pero, ¿cuándo pasa?: cuando una corriente pequeña entra por la base. Si la corriente no pasa por la base, no hay corrientes entre el colector y emisor
Para explicar el funcionamiento del transistor, utilizaremos un sistema hidraúlico, es decir, en la imagen de la prensa tenemos tres cauces:
• El que tiene el agua estancada. En el transistor sería el colector. • El cauce pequeño que sirve para abrir la compuerta. En el transistor sería la base. • El camino que toma el agua para salir, cuando se abre la compuerta. En el transistor será el emisor.
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El transistor puede trabajar de tres modos: sin activar, como amplificador o como interruptor.
Sin Activar
Agua estancada. No hay movimiento del agua
El agua no pasa. No hay agua para abrir la compuerta.
- Como no hay agua en el cauce que abre la compuerta. No funciona la compuerta. No vierte agua.
Modo Amplificador
Una corriente pequeña pasa por la compuerta, impulsándola.
Una corriente pequeña mueve la compuerta.
La cantidad de agua que pasa depende de la abertura de la compuerta.
Al abrir la compuerta los cauces están vinculados.
La cantidad de agua que pasa es mayor.
La compuerta se abre más.
- Una corriente de agua pequeña mueve la compuerta. Por tanto, los dos cauces están unidos o vinculados - Cuanta más agua entre por el cauce pequeño (moverá más la compuerta), y más agua irá por el cauce principal.
Modo Interruptor
Mueve la compuerta totalmente.
Los dos cauces están vinculados y la compuerta está abierta totalmente.
- Una pequeña corriente de agua abre la compuerta total mente. De forma que pasa toda el agua estancada de una extremo al otro.
Una corriente de agua mueve la compuerta .
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Base
Ib
COMPARACIÓN CON LOS TRANSISTORES:
Prensa Hidráulica Transistor Lo que ocurre
Ic = 0
Colector Emisor
Base
Ib= 0
Ic
Colector E m i s o r
Base
Ib
Ic
colector Emisor
Base
Ib
Ic = β x Ib
Ic
Colector Emisor
SIN ACTIVAR - Como ninguna intensidad pasa por la base, Ib = 0, no hay intensidad entre el colector y el emisor, Ic = 0. -El transistor está en corte.
MODO AMPLIFICADOR
- Una intensidad pequeña pasa por la base, Ib. Eso hace pasar una intensidad entre el colector y el emisor Ic. - El transistor trabaja en la zona activa. - Ic es mucho mayor que Ib. A este valor se le llama ganancia (β). - La intensidad del colector, Ic será la intensidad de la base, Ib por la ganancia β.
MODO INTERRUPTOR - Por encima de un valor de la intensidad de la base, el transistor se satura. Es decir, el transistor se comporta como un interruptor cerrado. Cuando la intensidad de la base es cero, el transistor está en corte. Es decir, es un interruptor abierto.
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333 TTTRRRAAANNNSSSIIISSSTTTOOORRREEESSS EEENNNCCCAAAPPPSSSUUULLLAAADDDOOOSSS
Los transistores se suelen fabricar para diferentes tensiones, intensidades y potencias. Por eso todos no tienen el mismo aspecto.
El diferencia sería económica, los encapsulados van desde 500mW a 10W. En la imagen, se pueden ver algunas clases de encapsulados de transistores.
La clase de encapsulado indica la potencia que es capaz de soportar. Por encima de 1W se utilizan encapsulados metálicos. En potencias grandes, se colocan disipadores de calor.
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444 AAAPPPLLLIIICCCAAACCCIIIOOONNNEEESSS CCCOOONNN TTTRRRAAANNNSSSIIISSSTTTOOORRREEESSS BBBIIIPPPOOOLLLAAARRREEESSS
Los transistores trabajan de dos maneras: Como amplificador de una corriente (ANALOGICO), o como un interruptor (DIGITAL). APLICACIONES ANALÓGICAS (lineales)
El transistor cuando trabaja como amplificador, se encuentra en la zona activa o
lineal. En esta zona se encuentran las aplicaciones analógicas. Las más ahabituales son las aparecen a continuación: Amplificación De una etapa, de
dos etapas, operacionales, diferenciales.. Oscilación Convierte la tensión continua en alterna DC a AC
Otros Modulación, desplazamiento de fase.
APLICACIONES DIGITALES (conmutación)
Cuando el transistor trabaja como interruptor o en conmutación, es decir en corte o saturación, las aplicaciones son digitales. Las más habituales son:
Lógica Puertas lógicas (AND, OR, NAND, NOT...), biestables, memorias, desplazamiento de registro, operaciones lógicas...
Control Multiplexación, control de
potencia, las temporizadores<
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BD 137
555 CCCAAARRRAAACCCTTTEEERRRÍÍÍSSSTTTIIICCCAAASSS DDDEEE LLLOOOSSS TTTRRRAAANNNSSSIIISSSTTTOOORRREEESSS
5.1. Resistencia de la base
La intensidad que atraviesa la base es pequeña, normalmente de algún miliamperio.
Si metemos una corriente grande por base, el transistor se quemará. Por tanto, se suele colocar una resistencia para protegerlo.
5.2. Polarización (Para que el transistor conduzca)
Ic
Colector Emisor
Base
Resistencia que protege el transistor
Como el transistor está hecho con material semiconductor, se tiene que polarizar bien. Es básico, donde se tiene que poner el polo positivo y negativo.
Hay dos tipos de transistores: PNP y NPN. Cada uno tiene su polarización.
+ C E -
Ic Ie
- C E +
Ic Ie
B Ib
B Ib
Transistor NPN Transistor PNP
Sin embargo, nosotros siempre utilizaremos transistores NPN. En este caso, para polarizar de modo adecuado el transistor: La base-emisor se polariza directamente y la base- colector se polariza inversamente. Así, el transistor conduce y la corriente de la base controla su funcionamiento.
Transistor BD 137 - El transistor que utilizaremos la mayoría de las
veces es: BD137. Puedes ver en la imagen, cuál es el colector, la base y el emisor.
- ¡Atención! Está marcado por donde se tiene que coger el transistor.
E = Emisor C = Colector B = Base
E C B
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5.3 Modos de funcionamiento: Amplificación y Conmutación
El transistor puede funcionar en tres situaciones: amplificación (zona activa), saturación y corte (conmutación – digital). Función Analógica AMPLIFICACIÓN
Amplificación: Las pequeñas variaciones de la corriente de la base suponen variaciones grandes de la corriente del colector. Por tanto, una corriente pequeña Ib controla una corriente grande Ic.
El transistor cuando está en la amplificación, trabaja en la zona activa, representada con la letra Q.
Función Digital CONMUTACIÓN
El transistor cuando trabaja en conmutación tiene dos estados: Saturación y Corte. Partiendo de la recta de carga:
Vce = Vcc – IcRc
• Cuando la tensión Vce=0, se encuentra en Saturación:
Ic = Vcc/Rc
Esta es la situación de corriente máxima del circuito. Interruptor Cerrado.
• Cuando la corriente Ic=0, se encuentra en Corte:
Vce = Vcc
Esta es la situación de tensión máxima del circuito. Interruptor Abierto.
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666 IIIDDDEEENNNTTTIIIFFFIIICCCAAACCCIIIÓÓÓNNN YYY VVVEEERRRIIIFFFIIICCCAAACCCIIIÓÓÓNNN DDDEEE LLLOOOSSS TTTEEERRRMMMIIINNNAAALLLEEESSS
Los transistores se ofertan en diferentes encapsulados. Los diferentes encapsulados dependen de la potencia de los transistores (TO220, TO039) Por tanto, es necesario saber identificar los terminales de los transistores.
6.1 UTILIZANDO CATÁLOGOS
Cuando cojamos un catálogo es conveniente emplear el catálogo del propio fabricante.
6.2 UTILIZANDO EL POLÍMETRO
Utilizando el polímetro, podemos identificar los terminales: (EN EL POLÍMETRO Posición Diodo)
PNP o NPN. El transistor está bien. Nombre de los terminales
Rojo
Como ejemplo, veremos la identificación de un transistor NPN:
La caída de tensión que tenemos entre la base y el emisor 0,632V nos expresa que está polarizado directamente.
Si las dos medidas fueran 0 ⇒ Circuito Cerrado entre la Base y el emisor. Si las dos medidas fueran 1 ⇒ Circuito Abierto entre la Base y el Emisor.
De igual manera se examina la unión entre la Base y el colector.
La base, da una caída de tensión al conectar con las otras dos patillas.
El emisor, es la patilla que da la mayor caída de tensión.
El colector, es la patilla que da la caída de tensión más pequeña.
Por ejemplo: Base-Colector = 0,630v Base-Emisor = 0,632v
Negro
Negro Rojo
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10
No hay intensidad de
colector
El diodo no se
enciende.
¿Cuándo se activa el transistor?
El transistor se activará cuando una intensidad pasa por la base. Pero, ¿cuándo pasará la intensidad por la base? Mira los ejemplos de la parte inferior y pon al lado lo que ocurre.
200 Ω
+ 4,5 V -
200 Ω
Z 10 kΩ
+ 4,5 V -
200 Ω
10 kΩ
+ 4,5 V -
200 Ω
10 kΩ
+ 4,5 V -
La intensidad no pasará por la base.
Tomará el camino más fácil, él que tiene
menos resistencia.
La intensidad no pasa
por la base.
El transistor está
apagado.
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11
R Ω K I
Una tensión de al menos Vbe=0,7v es
necesaria para activar el transistor.
R1 Ω B
+ 4,5 V -
R2 Ω
Dicho de otro modo, si la resistencia R2 es
grande, la intensidad pasará por la base.
