TRANSISTORES

Historia

Concepto

Funcionamiento

Modos de Trabajo

Glosario

Índice Referencias

Tipos

Tipos de Conexión

Galería

Autor(as)

• Concepto

• Historia

TRANSISTORES

• Funcionamiento

• Modos de Trabajo

•Tipos

• Tipos de Conexión

Interruptor abierto

Interruptor cerrado

Multivibrador

Flip-Flop (Biestable)

Región activa directa

Región activa inversa

Región de corteRegión de saturación

Bipolares

De efecto de Campo

HEMT y HBT

Fototransistores

Historia del Transistor

El desarrollo de la electrónica y de sus múltiples aplicaciones fue posible gracias a la invención del transistor, ya que este superó ampliamente las dificultades que presentaban sus antecesores, las válvulas. En efecto, las válvulas, inventadas a principios del siglo XX, habían sido aplicadas exitosamente en telefonía como amplificadores y posteriormente popularizadas en radios y televisores.

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Transistor y Válvula

TRANSISTORES

Uno de los mayores inconvenientes de las válvulas, era que consumían mucha energía para funcionar. Esto era causado porque calientan eléctricamente un filamento (cátodo) para que emita electrones que luego son colectados en un electrodo (ánodo), estableciéndose así una corriente eléctrica. Luego, por medio de un pequeño voltaje (frenador), aplicado entre una grilla y el cátodo, se logra el efecto amplificador, controlando el valor de la corriente, de mayor intensidad, entre cátodo y ánodo.

Lámpara incandescente de Thomas Edison

Historia del Transistor

TRANSISTORES

Los transistores, desarrollados en 1947 por los físicos Shockley, Bardeen y Brattain, resolvieron todos estos inconvenientes y abrieron el camino, mismo que, junto con otras invenciones –como la de los circuitos integrados– potenciarían el desarrollo de las computadoras. Y todo a bajos voltajes, sin necesidad de disipar energía (como era el caso del filamento), en dimensiones reducidas y sin partes móviles o incandescentes que pudieran romperse.

Fotografía del primer transistor construído por W. Shockley, J. Bardeen y W. Brattain (1947)

Historia del Transistor

El transistor es un dispositivo electrónico, semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadores, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavarropas automáticos, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorecentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.

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Concepto del Transistor

Los materiales empleados para su elaboración son, entre otros, el Germanio y el Silicio, porque tienen la propiedad de que puede acelerarse grandemente el movimiento de los electrones por medio de una corriente eléctrica.

TRANSISTORES

Características

En cuanto a su estructura, se encuentran formados por tres elementos:

Base: que controla el flujo de los portadores de corriente. Su labor es la equivalente a la rejilla cátodo en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

Emisor: que emite los portadores de corriente,(huecos o electrones). Su labor es la equivalente al cátodo en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

 El tamaño y peso de los transistores es bastante menor que los tubos de vacío.

TRANSISTORES

Características

Colector: que capta los portadores de corriente emitidos por el emisor. Su labor es la equivalente a la placa en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.

 El consumo de energía es sensiblemente bajo.

 Posee amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación).  Sirve como generador de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia).

  Permite la conmutación, actuando en interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas).  Es detector de radiación luminosa (fototransistores)

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.

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Funcionamiento Básico

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.

De tales criterios se establece:

IE > IC > IB ; IE = IB + IC  

Multivibrador

TRANSISTORES

Es un circuito oscilador capaz de generar una onda cuadrada. Según su funcionamiento, los multivibradores se pueden dividir en dos clases:

1. De funcionamiento continuo, de oscilación libre: genera ondas a partir de la propia fuente de alimentación.

2. De funcionamiento impulsado: a partir de una señal de disparo o impulso sale de su estado de reposo.

En su forma más simple son dos simples transistores realimentados entre sí. Usando redes de resistencias y condensadores en esa realimentación se pueden definir los periodos de inestabilidad.

Tipos de Conexión

TRANSISTORES

Es un multivibrador capaz de permanecer en un estado determinado o en el contrario durante un tiempo indefinido. Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en:

1. Asíncronos: sólo tienen entradas de control.2. Síncronos: además de las entradas de control

posee una entrada de sincronismo o de reloj. Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrario asíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas prevalecen sobre las síncronas.

Flip-Flop (Biestable):

Tipos de Conexión

D CLK Qi+1

0 ↑ 0

1 ↑ 1

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• Región activa inversa: Corresponde a una polarización inversa de la unión emisor - base y a una polarización directa de la unión colector - base. Esta región es usada raramente.

Modos de TrabajoExisten cuatro condiciones de polarización

posibles. Dependiendo del sentido o signo de los voltajes de polarización en cada una de las uniones del transistor pueden ser :

• Región activa directa: Corresponde a una polarización directa de la unión emisor - base y a una polarización inversa de la unión colector - base. Esta es la región de operación normal del transistor para amplificación.

Ver Gráfico en la siguiente página

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• Región de saturación: Corresponde a una polarización directa de ambas uniones. La operación en esta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo encendido, pues el transistor actúa como un interruptor cerrado (VCE 0).

Modos de Trabajo

• Región de corte: Corresponde a una polarización inversa de ambas uniones. La operación en ésta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo apagado, pues el transistor actúa como un interruptor abierto (IC 0).

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Transistores Bipolares (BJT: NPN-PNP)

Transistores de Efecto de Campo ( JFET, MESFET, MOSFET )

Transistores HEMT y HBT

Fototransistores

TRANSISTORES

Son aquellos que utilizan la corriente como elemento de control para obtener la señal y su comportamiento como dispositivo conmutador.

Transistores Bipolares

Estos solo funcionan cuando están en polarización directa (se dice que están en saturación) y en polarización inversa no funcionan (se dice que están en corte). A base de estos se construyen los circuitos integrados y otros tipos de transistores.

El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan en el proceso de inyección hacia el material polarizado de forma opuesta.

BJT de transistor bipolar de unión (del ingles, Bipolar Junción Transistor). 

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 Pueden ser de dos tipos:

Transistores Bipolares

NPN PNP

Su diferencia radica en la dirección del flujo de la corriente, indicada por la flecha que se ve en ambos gráficos

La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas).

La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas.

TRANSISTORES

Un transistor es similar a dos diodos, el transistor tiene dos uniones: una entre el emisor y la base y la otra entre la base y el colector. El emisor y la base forman uno de los diodos, mientras que el colector y la base forman el otro. Estos diodos son denominados: "Diodo de emisor" (el de la izquierda en este caso) y "Diodo de colector" (el de la derecha en este caso).

En principio es similar a dos diodos

Transistores Bipolares

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FET  Transistor Efecto De Campo (del inglés, Field Effect Transistor)

Transistores de Efecto de Campo

Es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor

Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La puerta es el terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente.

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Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son los JFET, MOSFET y MESFET

JFET ( del inglés, Junction Field Effect Transistor):

Transistores de Efecto de Campo

También llamado transistor unipolar, fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica.

Canal P Canal N

G=Puerta(Gate), D=Drenador(Drain) y S=Fuente(Source).

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Por esto, el JFET es un dispositivo controlado por tensión y no por corriente. Casi todos los electrones que pasan a través del canal creado entre las zonas de deflexión van al drenador, por lo que la corriente de drenador es igual a la corriente de surtidor

Transistores de Efecto de Campo

Cuando aumentamos la tensión en el diodo puerta-surtidor, las zonas de deplexión se hacen más grandes, lo cual hace que la corriente que va de surtidor a drenador tenga más dificultades para atravesar el canal que se crea entre las zonas de deplexión, cuanto mayor es la tensión inversa en el diodo puerta-surtidor, menor es la corriente entre surtidor y drenador.

JFET

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MOSFET (del inglés, Metal-Oxide-Semiconductor FET):

Basado en la estructura MOS. (Metal-Oxide-Semiconductor) la cual consiste en un condensador, una de cuyas armaduras es metálica y llamaremos "puerta"; el dieléctrico se forma con un óxido del semiconductor del sustrato, y la otra armadura es un semiconductor, que llamaremos sustrato. El funcionamiento del transistor de efecto de campo es distinto al del BJT. En los MOSFET, la puerta no absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT, donde la corriente que atraviesa la base, pese a ser pequeña en comparación con la que circula por las otras terminales, no siempre puede ser despreciada. Los MOSFET, además, presentan un comportamiento capacitivo muy acusado que hay que tener en cuenta para el análisis y diseño de circuitos.

Transistores de Efecto de Campo

TRANSISTORES

Transistores de Efecto de Campo MOSFE

TSe encuentran dos tipos de MOSFET:

1. MOSFET de Empobrecimiento:

Se diferencia del FET canal n en que el terminal de puerta, G, está aislado del canal de conducción por una capa de óxido de silicio SiO2. y existe un sustrato de semiconductor tipo p cuyo terminal habitualmente se conectará externamente al terminal de surtidor.

1.1 Canal N

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Transistores de Efecto de Campo MOSFE

T

Posee la misma concepción del MOSFET de empobrecimiento canal n. En el símbolo del MOSFET de empobrecimiento canal p la flecha cambia de sentido.

1.2 Canal P

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Transistores de Efecto de Campo MOSFE

T2. MOSFET de Enriquecimiento

Difiere del MOSFET de empobrecimiento en que no tiene la capa delgada de material n sino que requiere de una tensión positiva entre la compuerta y la fuente para establecer un canal. Este canal se forma por la acción de una tensión positiva compuerta a fuente, VGS, que atrae electrones de la región de sustrato ubicada entre el drenaje y la compuerta contaminados de tipo n. Una VGS positiva provoca que los electrones se acumulen en la superficie inferior de la capa de oxido. Cuando la tensión alcanza el valor de umbral, VT, han sido atraídos a esta región los electrones suficientes para que se comporte como canal n conductor. No habrá una corriente apreciable ID hasta que VGS excede VT.

TRANSISTORES

Transistores de Efecto de Campo MOSFE

T2.1 MOSFET de Enriquecimiento Canal N

2.2 MOSFET de Enriquecimiento Canal P

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Transistores de Efecto de Campo

MESFET (del inglés, Metal Effect Semiconductor FET

Consiste en un canal conductor situada entre una fuente y desagüe en contacto con la región, como se muestra en la siguiente figura. El portador de flujo desde la fuente a la fuga está controlada por una puerta de metal Schottky. El control de la canal se obtiene por la variación de la anchura de agotamiento de la capa de metal debajo de los contactos que modula el espesor de la canal y, por ende, la realización de la actual.

Su ventaja clave es la mayor movilidad de los portadores en el canal y su desventaja es la presencia de la puerta de metal Schottky que limita con interés la tensión de polarización en la puerta.

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Las siglas HBT y HEMT pertenecen a las palabras Heterojuction Bipolar Transistor (Bipolar de Hetereoestructura) y Hight Electrón Mobility Transistor (De Alta Movilidad). Son dispositivos de 3 terminales formados por la combinación de diferentes componentes, con distinto salto de banda prohibida.

Transistores HBT y HEMT

Un HEMT es un transistor con un cruce entre dos materiales con diferentes lagunas de banda (es decir, una heterounión) como el canal en lugar de una n-dopada región. Una combinación es de uso común con GaAs AlGaAs.

1. HEMT

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El efecto de este cruce es el de crear una capa muy delgada de la realización de los electrones con bastante elevada concentración, dando el canal de resistividad muy baja (o dicho de otro modo, "de electrones de alta movilidad"). Esta capa es conocido como bidimensional de electrones del gas. Al igual que con todos los otros tipos de FETs, un voltaje aplicado a la puerta altera la conductividad de esta capa.

Transistores HBT y HEMT

G=Puerta(Gate), D=Drenador(Drain) y S=Fuente(Source).

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2. HBT

El transistor bipolar de heterounión (HBT) es una mejora de la salida del transistor bipolar (BJT), que puede manejar las señales de frecuencias muy altas de hasta varios cientos de GHz. Es común en los circuitos modernos ultrarápida, en su mayoría de radio (RF) de los sistemas.

La principal diferencia entre el BJT y HBT es el uso de diferentes materiales semiconductores para el emisor y la base de las regiones, la creación de una heterounión. El efecto es limitar la inyección de agujeros en la base de región, ya que el posible obstáculo en la banda de valencia es tan grande.

TRANSISTORES

• Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. (IP) (modo de iluminación).

Fototransistores

Es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, solo que puede trabajar de 2 maneras diferentes:

Nota: ß es la ganancia de corriente del fototransistor.

• Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común)

Símbolo

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FototransistoresSi se desea aumentar la

sensibilidad del transistor, debido a la baja iluminación, se puede incrementar la corriente de base (IB ), con ayuda de polarización externa.

En el gráfico se puede ver el circuito equivalente de un fototransistor. Se observa que está compuesto por un fotodiodo y un transistor. La corriente que entrega el fotodiodo (circula hacia la base del transistor) se amplifica ß veces, y es la corriente que puede entregar el fototransistor.

El circuito equivalente de un fototransistor, es un transistor común con un fotodiodo conectado entre la base y el colector, con el cátodo del fotodiodo conectado al colector del transistor y el ánodo a la base.

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TRANSISTORES

Glosario

Ánodo: Electrodo positivo.

Aislante eléctrico: material con escasa conductividad eléctrica.

Cátodo: Electrodo negativo del que parten los electrones.Condensador eléctrico: es un conjunto de dos conductores, separados por un medio dieléctrico, que sirve para almacenar cargas eléctricas.Conductividad eléctrica: es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones pueden pasar por él.Conductor eléctrico: es aquel cuerpo que puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Generalmente elementos, aleaciones o compuestos con electrones libres que permiten el movimiento de cargas.Conmutador: de circuitos es un elemento que establece una asociación entre una entrada y una salida que perdura en el tiempo

Amplificador: un amplificador es un dispositivo que, mediante la utilización de energía externa, magnifica la amplitud o intensidad de un fenómeno físico.

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TRANSISTORES

GlosarioCorriente alterna: (abreviada CA en español y AC en inglés) a la

corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente.Corriente continua: (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial.

Deplexión: zona de la unión de los semiconductores tipo p y tipo n. Debido a difusión, los electrones libres y los huecos se recombinan en la unión. Así se crean los pares de iones con cargas opuestas a ambos lados de la unión. Esta zona carece de electrones libres y huecos.Dieléctricos: materiales que no conducen la electricidad, por lo que pueden ser utilizados como aislantes.Diodo: es un dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección.

Dispositivo: se utiliza como sinónimo de aparato.

Drenador: se conoce a una conexión de los componentes electrónicos.

Electrodo: Extremo de un cuerpo conductor en contacto con un medio del que recibe o al que transmite una corriente eléctrica.

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TRANSISTORES

Glosario

Electrónica: Campo de la ingeniería y de la física aplicada relativo al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción y almacenamiento de información. Esta información puede consistir en voz o música (señales de voz) en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en números u otros datos en un ordenador o computadora.

Electroimán: es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.

Frecuencia: es una medida para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en una unidad de tiempo.

Fotodiodo: es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz.

Fuentes de energía: son elaboraciones naturales más o menos complejas de las que el hombre puede extraer energía para realizar un determinado trabajo u obtener alguna utilidad.

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TRANSISTORES

GlosarioGalvanómetros: son aparatos que se emplean para indicar el paso

de corriente eléctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad.Interruptor: es un dispositivo para cambiar el curso de un circuito.

El invento de la lámpara es atribuido habitualmente a Thomas Alva Edison, quien contribuyó a su desarrollo produciendo, el 21 de octubre de 1879, una bombilla práctica y viable, que lució durante 48 horas ininterrumpidas.

Lámpara incandescente: llamada también lamparita, bombilla, bombillo, bombita de luz, ampolleta o foco, es un dispositivo que produce luz mediante el calentamiento por efecto Joule de un filamento metálico, hasta ponerlo al rojo blanco, mediante el paso de corriente eléctrica. En la actualidad, técnicamente son muy ineficientes ya que el 90% de la electricidad que utilizan la transforman en calor.

Oscilador: es un sistema capaz de crear perturbaciones o cambios periódicos o cuasiperiódicos en un medio, ya sea un medio material (sonido) o un campo electromagnético (ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, rayos X, rayos gamma, rayos cósmicos).Polarización: es el proceso por el cual en un conjunto originariamente indiferenciado se establecen características o rasgos distintivos que determinan la aparición en él de dos o más zonas mutuamente excluyentes, llamadas polos.

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TRANSISTORES

Glosario

Rectificador: es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua.

Relé: es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes

Radiofrecuencia: también denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3 Hz y unos 300 MHz. Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro se pueden generar aplicando corriente alterna a una antena.

Semiconductor: es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentreun amplificador es un dispositivo que, mediante la utilización de energía externa, magnifica la amplitud o intensidad de un fenómeno físico.Tensión eléctrica: diferencia de potencial o voltaje, es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado. La tensión entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para transportarla desde dos puntos.

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TRANSISTORES

Glosario

Válvula: artefacto o mecanismo que permite que algo circule en un solo sentido, pues impide el retroceso del fluido que circula por un conducto. La misma función desarrolla la válvula termoiónica, ya que permite que, en su interior, el flujo de electrones circule solamente en un sentido.

Unipolar: que tiene un solo polo

Walter Schottky: El nombre de este científico alemán se encaja en la física de estado sólido (efecto de Schottky, barrera de Schottky, contacto de Schottky, diodo de Schottky). Llevado en 1878, él era un contemporáneo de Einstein y del máximo Planck. El suyo trabaja receptores estupendos incluidos del heterodino, teoría del ruido, y el trabajo de radio del tubo tal como invención del tetrodo, pero su contribución más importante a las microondas no es ninguna duda su investigación del metal-semiconductor que rectifica las ensambladuras (publicadas en 1938), que es la base para el contacto de la puerta de todo el MESFETs.

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Galería

Imágenes

Representación de circuitos mediante transistores

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Circuitos con Transistores

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Transistor

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Diversos transistores

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Realización de prácticas de laboratorio en programa ELECTRO

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Laboratorio de Física

TRANSISTORES

Se desea utilizar una salida de un sistema digital para gobernar un relé. Se ha dispuesto para ello del circuito de adaptación que se muestra en la figura. Determinar los valores de R1 y R2 que aseguran que ambos transistores trabajan siempre en corte o saturación sabiendo que Q1 y Q2 presentan una tensión de codo base-emisor de 0,6V y que la salida digital puede tomar cualquier tensión entre 0 y 0,4V para el “0” lógico y entre 3,8 y 5V para el “1” lógico.

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Con nivel lógico alto ambos transistores deberán estar en saturación. Con nivel bajo ambos estarán en corte.

Funcionamiento a nivel bajo:

Observando el transistor Q1 vemos que la tensión de entrada es insuficiente para hacerlo conducir.

Con el transistor Q1 en corte, Q2 no tiene corriente de base por lo que también se encuentra en corte.

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Funcionamiento a nivel alto: Para que Q2 esté saturado se

debe cumplir:

IC < ß.IB

IB= 15 – UBE

R2R2 < ß2. 15 – UBE

IC2

Tomamos R2= 27 k

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Para conseguir que el transistor Q1 se encuentre también en saturación:

IC < ß.IB

IB2= 15 – 0.6 = 533 µA 27.103

R1 < ß1. 3.8 – 0.6 = 600 k IB2

Tomamos R1= 560 k

La situación más desfavorable se tiene para la tensión de entrada de 3.8 V

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Referencias• http://www.ifent.org/lecciones/fet/default.htm

• http://www.gmelectronica.com.ar/catalogo/pag113.html

• http://www.slideshare.net/lazacer/transistores-157121/

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• http://www.alegsa.com.ar/Dic/transistor.php

• http://www.wikilearning.com/el_transistor_bipolar_bjt-wkccp-622-1.htm

•

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• http://html.rincondelvago.com/transistor.html

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Autor (as):• García Rosales, Johana.• Sánchez Contreras, Darcy.• Uzcátegui Sayago, Florángel.

Tutor: Ing. Pablo Labrador.