DIRECCIÓN REGIONAL DE EDUCACIÓN DE VERAGUAS
INSTITUTO PROFESIONAL Y TÉCNICO DE VERAGUAS
TALLER IV
CIRCUITOS
ELECTRÓNICOS
12° GRADO
PREPARADO POR:
BOLÍVAR QUINTERO
A manera de introducción
El transistor es uno de los adelantos más significativos de nuestra era y uno de los componentes más versátiles de la electrónica moderna.
La palabra transistor se deriva del término transferencia de resistencia y designa, en forma genérica, a un componente electrónico de tres terminales cuya resistencia es una función del nivel de corriente o voltaje aplicado a uno de sus terminales.
Fundamentalmente, el transistor es una válvula que controla el flujo de los portadores de corriente o cargas eléctricas en movimiento a través del semiconductor, ya sea de silicio o germanio u otro material semiconductor, del cual esta fabricado.
Breve historia
En 1948 se anunció la producción del transistor de punto de contacto fig.1, en los laboratorios de la Bell por un grupo de científicos encabezados por John Bardenen, William Shockley, Walter Brattainn.
En 1949 se anunció la producción del transistor de unión o empalme, fig. 2 paralelamente con el diodo de unión.
Transistores
Funciones o utilización del transistor
Tienen una serie de aplicaciones entre ellas tenemos:
La amplificación: como amplificadores de voltaje, corriente, potencia
Base semiconductor alambre emisor
Fig. 1 transistor de punto de contacto
Alambre colector
metal
Emisor base colector
Fig. 2 transistor de empalme
+=
Oscilación: convierte la energía de corriente continua en energía de corriente alterna, el transistor extrae energía de la fuente dc y conjuntamente con un arreglo adecuado genera un voltaje de corriente ac.
Modulación y demodulación: el transistor en distintos arreglos proporciona modulación en amplitud (AM) que es la variación de la señal de radiofrecuencia (rf) , o de la modulación en frecuencia (FM) ; al igual para la demodulación o detección de señales de AM y FM.
Otras: también se usa para modificar la forma de las ondas, como mezcladores, interruptores.
Existen básicamente dos grandes familias de transistores, los bipolares o BJT (transistores de juntura bipolar) y los FET (transistores de efecto de campo.
Designaciones y símbolos de los transistores bipolares
Existen dos tipos de transistores bipolares los PNP y NPN, según como se unan sus diodos fig. fig. 5
+=
ac 0 dc
fig. 4 Q
P N P
B Fig. 5 B
N P N
C E C
Los transistores se representan muchas veces por medio de la letra Q las representaciones cuando estos transistores se usan como elementos de un circuito y con utilización de los símbolos internacionales PNP y NPN se muestran en la fig. 6.
Los transistores se relacionan con los diodos ya que un transistor es la unión de dos diodos, o un
diodo PN seguido por otro diodo NP, fig. 7, por lo tanto se aplica la teoría del diodo de unión para explicar el comportamiento del transistor cuando se aplica polarización externa.
Las tres porciones de un transistor se conocen como emisor, base, colector. La fecha en el terminal del emisor específica la dirección del flujo de corriente cuando la unión emisor – base
colector colector
base base
emisor emisor
NPN PNP
Fig. 6
N P N P N P
emisor colector emisor colector
base base
fig. 7
E VCE C E VCE Ie Ic Ie Ic
VEB VCB VEB
Ib Ib
esta polarizada en directa en el sentido convencional de la corriente, en ambos casos tanto para el transistor PNP como NPN las corrientes Ie , Ib , Ic . los voltajes VEB, VCB, VCE. Fig. 8.
Encapsulado, identificación y especificaciones
Los transistores se fabrican en serie, y las técnicas de fabricación más usadas son las de aleación, difusión, proceso planar, y el de crecimiento epitaxial; ya fabricados los transistores se insertan en cápsulas plásticas o metálicas, las cuales protegen al transistor de la humedad, contaminantes, sirven como disipador de calor, facilita la inserción de los pines de acceso y a la vez su manipulación e identificación. Los transistores se identifican por códigos o referencias que representan sus características; existen tres sistemas básicos de identificación:
El americano en la cual la referencia empieza con 2N
El europeo empieza con BC BS BF
El japonés empieza con 2SA 2SB
2SC 2SD
Existen otras referencias como la ECG, CA, TIP, MP.
Las especificaciones de los transistores se dan por:
la máxima corriente de colector que se puede manejar en forma segura
el máximo voltaje de polarización inversa que se puede aplicar entre colector y emisor sin entrar en avalancha o VCEO
la ganancia de corriente beta o hFE, Estructura de los transistores bipolares
Son dispositivos controlados por corriente. La base es sumamente estrecha en comparación con el emisor y colector, por lo tanto esta poco dopado, en consecuencia tiene una concentración muy baja de portadores. El emisor esta fuertemente dopado y la concentración de portadores mayoritarios supera a la base. El colector es amplio y tiene una alta concentración de portadores minoritarios en comparación con la base, y muy pocos portadores mayoritarios en comparación con el emisor.
En el caso de transistor PNP la base no contiene la suficiente cantidad de electrones para combinarse con todos los huecos que pueda suministrar el emisor. Para el NPN la base no contiene la suficiente cantidad de huecos para combinarse con todos los electrones que pueda suministrar el emisor y la mayoría de los electrones atraviesan la base hacia el colector.
En el material del tipo P, la mayor parte del flujo de corriente se debe a los portadores de carga positiva o huecos. El otro material tipo N, la mayor parte de los portadores de carga son electrones.
Un componente bipolar, para su funcionamiento depende de los huecos como de los electrones; siempre que la corriente fluya en un material, hay dos tipos de flujo, el de electrones y el de huecos. En los materiales tipo P, la corriente consiste en un flujo de huecos, aunque existe un pequeño flujo de electrones, en este tipo de material a los huecos se les conoce como portadores mayoritarios y a los electrones portadores minoritarios de carga. En el tipo N los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos los portadores minoritarios.
Polarización y funcionamiento de un transistor
Se forman dos regiones de agotamiento cuando las tres secciones están combinadas. Se requiere que una unión se polarice en dirección directa (emisor – base) y la otra en dirección inversa (colector – base). El transistor siempre estará en polarización directa entre base- emisor y siempre en inversa entre base y colector.
Circuito básico de polarización PNP y práctico
Como resultado de la polarización, en un transistor se producen tres corrientes la de base la emisor y la de colector, debido a que la unión base emisor está polarizada directamente, los portadores mayoritarios de ambas regiones son obligados por el voltaje de fuente a cruzar la unión y combinarse. Para un transistor NPN una parte de los electrones se combinan con los huecos disponibles en la base, provocando una corriente de base pequeña; el resto de los electrones son atraídos hacia el colector por el fuerte voltaje de polarización inversa VCC de la unión BC; estos electrones cruzan la unión BC y se dirigen hacia el polo positivo de la fuente VCC, creando una corriente de colector IC muy intensa. La corriente de emisor Ie se puede determinar por Ley de Kirchoff.
Las siguientes generalidades son útiles al analizar el desenvolvimiento cualitativo de los circuitos con transistores.
a. La primera letra del tipo de transistor indica la polaridad del voltaje del emisor con respecto a la base. Un transistor PNP tiene un voltaje (+) de cc aplicada al emisor. Un transistor NPN un voltaje (-) de cc aplicado al emisor.
c. La dirección de la cc en su forma convencional siempre estará en la dirección de la flecha en el emisor según su símbolo esquemático.
d. La unión de base-emisor siempre está polarizada en forma directa. e. La unión de base-colector siempre está polarizada inversamente.
f. Un voltaje de entrada que ayuda (aumenta) a la polarización directa, aumenta las corrientes del emisor y del colector; o lo contrario.
Funcionamiento estático y dinámico del transistor
Un voltaje de señal puede ser por ejemplo el voltaje de corriente alterna que se obtiene de un micrófono cuando se le aplica sonido, pues un transistor tiene como principal propiedad amplificar o agrandar los voltajes de señal, de modo que si aplicamos el voltaje de señal de un micrófono a un transistor, éste puede amplificarlo o agrandarlo.
Aunque el transistor es el dispositivo o componente que amplifica, éste no puede funcionar por sí sólo, un transistor para poder funcionar requiere de otros componentes auxiliares y sobre todo de una energía eléctrica dinámica que constantemente lo esté alimentando. Los componentes auxiliares son las piezas que ya conocemos: resistores, capacitores y bobinas. Mientras tanto, la energía de alimentación puede ser suministrada por una pila, batería o un rectificador cualquiera.
Un transistor va a manejar voltaje de corriente alterna mientras trabaja. El voltaje de corriente directa será su alimentación mientras que el voltaje de corriente alterna será la señal que se amplifica, en éste caso, la señal es un voltaje de corriente alterna que se obtiene del micrófono cuando se le aplica sonido (voz y música).
En un amplificador sea de uno o más transistores podrán existir dos condiciones de funcionamiento y éstas son: el funcionamiento estático y el funcionamiento dinámico.
llegarle de un micrófono o de otra fuente de señal. El hecho de que un amplificador se encuentre funcionando estáticamente no quiere decir que deje de consumir la energía eléctrica de su fuente de alimentación. Un amplificador que se encuentra “encendido” aunque no reciba señal consumirá una determinada cantidad de energía eléctrica, que obviamente al no poderse convertir en sonido se convertirá en calor o luz. Obviamente la energía eléctrica consumida por un amplificador mientras funciona estáticamente es mínima. En resumen, un circuito electrónico funciona estáticamente, cuando alimentado correctamente, se prepara para realizar un trabajo útil para nosotros como es la amplificación de una señal electrónica.
Funcionamiento dinámico: Cuando teniendo un amplificador que funciona estáticamente le aplicamos un señal o sea, un V.C.A. proveniente de un micrófono o de otra fuente de señal electrónica, entonces el amplificador funciona dinámicamente. En tanto el amplificador funcione dinámicamente, la energía disipada ya no será sólo calor o luz, sino sonido u otro tipo de señal amplificada.
Cuando el amplificador se encuentra funcionando estáticamente, si la fuente sonora genera sonido, entre las terminales de la fuente de audiofrecuencia, aparece un voltaje de corriente alterna débil, que variará de 20 Hz – 20 KHz, según el tono del sonido. Al llegar dicho voltaje de señal al transistor modifica su polarización y con ello también la corriente estática del transistor. La corriente directa ya con la señal se volverá directa variable o pulsante y por las propiedades del mismo transistor, una pequeña variación en la corriente de entrada provoca una gran variación en la corriente de salida. Como esta corriente fluctuante afecta también al voltaje de polarización en la salida, corriente y voltaje que fluctúan con gran amplitud, son prácticamente la señal amplificada.
Por lo general el voltaje de polarización, o sea, el requerido para el funcionamiento estático, en la salida del transistor siempre debe ser mayor que en la entrada, para que así pueda responder a las grandes fluctuaciones de la señal amplificada. Dirección de la circulación de la corriente convencional en los dos tipos de transistores NPN y PNP usando los símbolos esquemáticos internacionales
- +
Q1 NPN
+
+ -
Q2 PNP
- +
Voltaje de corriente directa
voltaje de corriente directa
voltaje negativo (nivel medio)
Voltaje negativo, nivel medio
Voltaje de alimentación que hay a la entrada del transistor voltaje de alimentación que
hay a la salida del (voltaje de polarización) en condiciones estáticas (sin señal) transistor (voltaje de
Polarización) en condiciones
estáticas (sin señal)
Voltaje más positivo
Voltaje más positivo nivel medio
Voltaje menos negativo voltaje menos negativo
El transistor es sensible al calor, un cambio en la temperatura, puede dar efectos adversos en la operación, ya que cambia los valores de las resistencias de las uniones y en consecuencia el flujo de corriente a través de ellas, y al operar más allá de su capacidad de disipación térmica se destruye.
Los desperfectos de un transistor pueden ser de transistor abierto, en corto, o con fugas, y al igual que los diodos no se aprecian a simple vista, por lo tanto se necesita de un instrumento para probarlos, como los probadores de transistores, con el óhmetro. Las fallas aparecen entre colector y emisor, entre base y emisor, entre base y colector.
El transistor a probar debe estar desconectado de cualquier circuito a que pertenezca, se debe identificar las terminales o patitas del transistor consultando el manual para transistores, y el tipo de transistor ya sea PNP o NPN. Identifique el tipo de óhmetro usado en relación a los colores de la punta de prueba sea digital o análogo. El óhmetro se coloca de preferencia en una escala de x10.
Existen básicamente seis pruebas, ya que de base a emisor hay un diodo y de base a emisor otro diodo.
Pasos:
Prueba de polarización directa para un transistor NPN
1. Entre base – colector, debe existir una resistencia baja, de lo contrario, si hay alta resistencia el transistor está abierto. Si hay cero ohm de resistencia el transistor está en corto.
2. Entre base – emisor, resistencia baja, de lo contrario, si hay alta resistencia el transistor está abierto. Si hay cero ohm de resistencia el transistor está en corto.
Prueba de polarización inversa para un transistor NPN
3. Entre base – emisor, resistencia alta, de lo contrario, si hay baja resistencia el transistor está en corto o con fugas.
4. Entre base – emisor, resistencia alta, de lo contrario, si hay baja resistencia el transistor está en corto o con fugas.
5. Entre emisor – colector resistencia alta, de lo contrario, si hay baja resistencia el transistor está en corto o con fugas.
