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- 1. ANGELA SAN ANTONIO Y YAIZA GARCIA I.E.S. BERNARDINO DEL CAMPO
- 2. Estructura Del Transistor INDICE 1 ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR. .................................................................................................................3 2 POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR.................................................................................................................4 3 FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR...........................................................................................................6 3.1 3.1. ZONA DE CORTE.......................................................................................................................................................6 3.2 3.2. LA ZONA ACTIVA.......................................................................................................................................................7 3.3 3.3 la zona de saturacion................................................................................................................................................8 4 CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL TRANSISTOR.........................................................................................9 5 MÉTODO GRÁFICO PARA RESOLVER CIRCUITOS CON TRANSISTORES...............................................10 6 ENCAPSULADOS DE LOS TRANSISTORES..................................................................................................12
- 3. 1 ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR. El transistor está formado por la unión de tres capas de material semiconductor1 , de tipo P y tipo N, dispuestas de forma alternada ( en forma de sándwich). Según la disposición de estas capas, podemos tener dos tipos de transistores: - Transistor PNP. - Transistor NPN. Son los más utilizados. Cada una de las tres partes que constituyen el transistor se conecta a un terminal metálico que permitirá conectarlo a un circuito. Todo el conjunto se recubre con un encapsulado protector, que puede adoptar diversas formas y estar fabricado de materiales diversos (plásticos, metal ...). Por tanto, el transistor es un dispositivo de tres terminales, que reciben los nombres de emisor, base y colector. Podemos considerar el transistor constituido por dos diodos: - Uno formado por la unión emisor-base. - Otro por la unión base-colector. Esta peculiar estructura constituye la base de funcionamiento del transistor, pues el terminal de base controla el paso de corriente eléctrica entre el colector y el emisor En el dibujo la flecha indica la dirección de la corriente que circula a través del emisor: en un transistor NPN es saliente, mientras que en un transistor PNP va en sentido contrario, es decir, hacia dentro del 1 Algunos ejemplos de materiales semiconductores son el Aluminio, Silicio, Carbono, Galio, etc.
- 4. Estructura Del Transistor dispositivo y, por consiguiente, la flecha se dibuja al revés. Por el transistor circulan un conjunto de corrientes eléctricas cuyas direcciones y sentidos, para un transistor NPN, son: - IB = intensidad de corriente de base. - IC = intensidad de corriente de colector - IE = intensidad de corriente de emisor. Se observa que las corrientes de base y de colector entran en el transistor, mientras que la corriente de emisor sale del dispositivo; en consecuencia, podemos establecer la siguiente relación: IE = IB + IC Si conocemos dos de las corrientes del transistor, la expresión nos permitirá calcular la tercera. Entre los terminales del transistor se generan las siguientes caídas de tensión: - VCE = tensión colector-emisor. - VBE = tensión base-emisor. 2 POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR. La acción de polarizar un transistor consiste en conectarlo a un circuito exterior, llamado circuito de polarización, que está formado por un conjunto de generadores y resistencias. Al conectar el transistor al circuito de polarización se establecen los valores de corriente y voltaje requeridos en los terminales del dispositivo (VBE, VCE, IB, IC, IE). Dichos valores constituyen el llamado punto de trabajo del transistor y, su valor dependerá de las magnitudes de las resistencias y de los generadores conectados. El circuito de polarización del transistor más sencillo está formado por dos generadores:
- 5. - Uno de ellos proporciona la tensión de base VBB. - El otro proporciona la tensión de colector VCC. Si el transistor es de tipo NPN, los polos positivos de cada generador se conectan a la base y al colector; y los polos negativos, al emisor. Si el transistor fuera de tipo PNP, los polos negativos de cada generador se conectarían a la base y al colector, y los polos positivos al emisor. En cualquier caso, el terminal emisor se conecta de forma común a ambos generadores, por lo que este tipo de conexión se denomina configuración en emisor común. El circuito de polarización suele incluir al menos dos resistencias, cuya finalidad es limitar las corrientes que circulan por la base y el colector, y que reciben los nombres: - RB = resistencias de base. - RC= resistencias de carga. Si observamos el circuito de polarización del transistor en emisor común, podemos diferenciar dos circuitos, que tienen el mismo emisor y que denominaremos circuito de base y circuito de colector. Usando un transistor NPN se cumplen las siguientes relaciones:
- 6. Estructura Del Transistor - Circuito de base: VBB – VBE VBB = VBE + IB · RB IB = -------------------- RB - Circuito de colector: VCC - VBE VCC = VCE + IC · RC IC = --------------------- RC 3 FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR. La propiedad fundamental que presenta el transistor es que permite controlar el paso de la corriente eléctrica entre el colector y el emisor mediante la corriente de base, por lo tanto, se comporta como un interruptor controlado por corriente. - Si la corriente de base es nula o muy pequeña, el transistor no conducirá y se comportará como un interruptor abierto, que impide el paso de corriente entre el colector y el emisor. - Cuando la corriente de base alcance el valor adecuado, el transistor conducirá la corriente y se comportará como un interruptor cerrado, permitiendo el paso de corriente eléctrica entre el colector y emisor. Dependiendo de la magnitud de la corriente de base, podemos considerar tres zonas de funcionamiento del transistor: zona de corte, zona activa y zona de saturación. 3.1 3.1. ZONA DE CORTE. Se caracteriza porque el transistor no conduce la corriente y se comporta como un interruptor abierto. Está situación se produce cuando la intensidad de la corriente de base IB es nula o muy pequeña.
- 7. El valor de la corriente de base IB dependerá, a su vez, del valor de VBE. No hemos de olvidar que se puede considerar que el transistor está formado por dos diodos, y que para que exista conducción en un diodo es necesario que se supere su voltaje o tensión umbral (en este caso, el voltaje umbral del diodo formado por la unión base-emisor). En consecuencia, cuando VBE < VUMBRAL, la corriente eléctrica que circula por la base será demasiado pequeña para que sea posible la conducción a través del transistor. En el caso de transistores de silicio, este valor umbral es de 0’7 v, Por tanto, si VBE < 0’7 v, el transistor de silicio estará en estado de corte. 3.2 3.2. LA ZONA ACTIVA. Se caracteriza porque el transistor conduce la corriente eléctrica parcialmente. Esta situación se produce cuando la intensidad de la corriente de base IB ha alcanzado el valor suficiente para hacer posible el paso de corriente entre el colector y el emisor (es decir, se ha superado la tensión umbral necesaria para el diodo formado por la unión base-emisor conduzca la corriente). En la zona de funcionamiento activa, la corriente eléctrica que circula por el colector está relacionada con la corriente de base a través de la siguiente expresión: IC = β · IB El factor β es un número mayor que 1 (en la práctica suele superar el valor 100), de forma que la corriente de colector de salida será mayor que la corriente de base de entrada. En consecuencia, en la zona activa el transistor no sólo conduce, sino que además se comporta como un amplificador de corriente. El factor β se denomina ganancia de corriente del transistor y expresa la capacidad de amplificación del dispositivo. Es característico del transistor y es un dato que suele proporcionar el fabricante. En este caso, una vez conocida IC, podemos calcular el valor de VCE a partir de la expresión: VCE = VCC – IC · RC Y obtendremos así el punto de trabajo del transistor.
- 8. Estructura Del Transistor 3.3 3.3 LA ZONA DE SATURACION El funcionamiento descrito en la zona activa no se mantiene de forma indefinida; si se aumenta progresivamente el valor de la corriente de base, se alcanza un límite por encima del cual el transistor llega al llamado estado de saturación. En esta zona de funcionamiento, el transistor conduce plenamente y se comporta como un interruptor cerrado. En la zona de saturación no se cumple la relación antes descrita entre IC y IB (IC ≠ β · IB). Se caracteriza porque el valor de la tensión entre colector y emisor se mantiene fijo. En el caso de transistores de silicio, VCE (SATURACIÓN) = 0’2 v. Como VCE es un valor fijo, podemos obtener la corriente de colector a partir de la expresión: VCC – VCE (SAT) IC = ---------------------- RC
- 9. Curvas Caracteristicas del transistor Este valor de IC en saturación también será fijo, siendo la máxima corriente para dicha polarización. En muchos circuitos electrónicos el circuito de polarización del transistor se diseña de forma que éste funcione entre las zonas de corte y de saturación, a modo de interruptor, controlado a través de la corriente de base) o lo que es lo mismo, de la tensión en la unión base-emisor). 4 CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL TRANSISTOR. Al igual que en el caso del diodo, el comportamiento de un transistor se suele representar mediante un conjunto de gráficas, que normalmente proporciona el fabricante del dispositivo. Estas gráficas reciben el nombre de curvas características del transistor. Son de dos tipos: - Curvas características de entrada. Representa la corriente de base, I B, en función de VBE, para distintos valores de VCE.. Dado que la unión base-emisor se comporta como un diodo, las características de entrada son semejantes a las curvas de un diodo. - Curvas características de salida. Representan IC en función de VCE, para distintos valores de IB, lo que supone incorporar una familia de curvas, tal y como aparece en la figura: FIG. 1 CURVAS DEL TRANSISTOR 1
- 10. 5 MÉTODO GRÁFICO PARA RESOLVER CIRCUITOS CON TRANSISTORES. FIG. 2 CURVA DEL TRANSISTOR 1 El funcionamiento de un transistor se puede representar mediante sus curvas características. Las curvas de salida de un transistor típico son muy útiles, puesto que nos van a permitir calcular de forma sencilla los valores IB; IC, IE, VBE y VCE, que configuran el denominado punto de trabajo de un transistor. Para calcular el punto de trabajo, el proceso es el siguiente: 1. Obtención de la corriente de base IB. El parámetro fundamental que va a condicionar el funcionamiento del transistor es la corriente de base. Dicha corriente se puede calcular de la siguiente forma: - Circuito de base: VBB – VBE VBB = VBE + IB · RB IB = -------------------- RB 2. Obtención de la corriente de colector IC. Se puede obtener de dos formas: - A partir de la relación: IC = β · IB
- 11. Curvas Caracteristicas del transistor - A partir de la gráfica que relaciona IC con la IB. Esta gráfica suele ser proporcionada por el fabricante del transistor, y tiene la forma que aparece en la imagen siguiente. El valor obtenido IB se lleva a la gráfica y a partir de ella se obtiene IC. 3. Obtención de la tensión colector-emisor VCE. La expresión: VCE = VCC – IC · RC Se conoce con el nombre de recta de carga. Esta recta, dibujada sobre las curvas características de salida del transistor proporciona la posición del punto de trabajo del dispositivo. Entonces, para dibujar la recta de carga basta conocer dos puntos de la misma; lo más sencillos es buscar los puntos de corte con los ejes. · Punto de corte con eje de abscisas (eje OX), para IC = 0; VCE = VCC – 0 VCE = VCC La recta corta al eje de abscisas en el punto (VCC , 0). · Punto de corte con el eje de ordenadas (eje OY), para VCE = 0: VCC 0 = VCC – IC · RC IC = ---------- RC
- 12. VCC La recta corta al eje de ordenadas en el punto (0, ---------). RC Marcamos estos puntos en la gráfica y se dibuja la recta, tal y como se muestra en la figura: El punto de corte Q de la recta de carga con la curva característica correspondiente a la corriente de base IB de trabajo (obtenida en el apartado 1) es el punto de trabajo del transistor. 6 ENCAPSULADOS DE LOS TRANSISTORES. Los transistores necesitan un encapsulado que los proteja de las condiciones ambientales. Estos encapsulados 2 pueden ser metálicos, cerámicos o de plásticos. 2 Es una carcasa que protege a los transistores de daños físicos, así como de la corrosión y facilita la comunicación con medios externos.
- 13. Curvas Caracteristicas del transistor Cada modelo de transistor se encapsula en un determinado modelo de cápsula que permita conectar los terminales del transistor al resto del circuito. Los encapsulados más habituales son los que se muestran a continuación: FIG. 3 TIPOS DE ENCAPSULADOS 1 Cada transistor dispone de unas características diferentes con relación, fundamentalmente, a su intensidad máxima por base y por colector, al valor del parámetro de ganancia B y a la potencia máxima que podrá ser disipada por el transistor. Estos tres factores son los responsables de que se fabriquen transistores de variadas dimensiones y formas atendiendo a sus características particulares.
- 14. INDICE DE ILUSTRACIONES 14 YAIZA GARCÍA Y ÁNGELA SAN ANTONIO