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Regiones de funcionamiento de un transistor.
En los puntos anteriores vimos cómo polarizar correctamente un transistor, y si cambiamos los valores de voltaje de estas polarizaciones, ¿qué pasa? En este caso el transistor puede funcionar de tres formas diferentes:
• Región activa: el transistor funciona como amplificador de señal.
• Saturación: el transistor funciona como un interruptor de encendido.
• Corte: el transistor funciona como un interruptor abierto (apagado).
Transistor en la región activa.
Para que el transistor pueda funcionar como amplificador, es decir, pueda tener una señal en la salida mayor que la entrada, se debe polarizar de la siguiente manera (figura 8):
El voltaje entre Base y Emisor (VBE) es positivo en la Base y negativo en el Emisor porque, para un transistor NPN, la Base siempre es positiva con respecto al Emisor.
La tensión de alimentación del colector es positiva en relación con el Emisor (VCE). Por lo tanto, para que conduzca un transistor NPN bipolar, el colector siempre será más positivo en relación con la base y el emisor, como se muestra en los "tamaños de fuente: Vbe y Vce" en la figura 8.
En esta configuración, el movimiento de los portadores de corriente negativos (electrones) a través de la región de la Base (que es muy delgada) permite una conexión entre los circuitos del Colector y del Emisor. Esta conexión entre los circuitos de entrada y salida es la principal característica de la acción del transistor, ya que las propiedades de amplificación de los transistores provienen del control que la Base ejerce sobre la corriente desde el Colector al Emisor (figura 9).
De esta manera, una gran corriente ( Ic ) fluye libremente a través del dispositivo entre los terminales colector y emisor cuando una pequeña corriente de polarización ( Ib ) fluye en el terminal base del transistor al mismo tiempo, permitiendo así que la base actúe como un tipo de entrada de control actual.
El valor de ganancia actual ( Ic/Ib ) de un transistor puede ser grande (hasta 200 para transistores estándar), y es esta gran relación entre Ic e Ib la que hace que el transistor bipolar NPN sea un dispositivo amplificador útil cuando se usa en su región activa. , ya que Ib proporciona la entrada e Ic proporciona la salida.
La Figura 10 muestra cómo una señal de entrada, en un transistor polarizado adecuadamente, se amplifica en la salida. Por tanto, el transistor permite que haya una ganancia entre la salida, con relación a la entrada.
Esta cifra es sólo representativa, ya que el circuito completo incluiría resistencias y condensadores (no mostrados) que serían necesarios para su correcto funcionamiento.
La región de corte y la región de saturación se verán en el siguiente elemento.
Regiones de transistores bipolares
Módulo 8.3
¿Qué es un transistor?
transistores bipolares
Configuración de transistores bipolares
Transistor de base común
Transistor emisor común
Transistor de colector común
Curvas de características de salida de un transistor bipolar
Veremos aquí, de forma superficial (para no desviarnos de lo que propone el curso) qué significa
“Curvas características de salida de un transistor bipolar”.
Cada transistor, sin excepción, está especificado por un conjunto de información proporcionada por el fabricante, que permitirá al diseñador elegir el transistor adecuado para su proyecto.
Entre la diversa información, se encuentran gráficos similares a la figura 11.
Este gráfico de “Curvas características de salida de un transistor bipolar” relaciona el voltaje Vce con la corriente del colector Ic.
Los valores numéricos de Voltaje y Corriente mostrados son, sólo como referencia, una gráfica “real” de un transistor determinado, pudiendo presentar valores muy diferentes.
Éste, y otros gráficos, son elementos imprescindibles a la hora de diseñar un circuito electrónico.
En nuestro caso, sin embargo, lo usaremos para comprender mejor las regiones Activa, Corte y Saturación del transistor.
Analicemos este gráfico:
Líneas rojas: representan valores actuales que se “inyectan” en la base del transistor. Los valores se dan en µA (microAmperios)
Las curvas de corriente varían desde cero (Ib0=0) hasta un valor máximo Ibmax. Este valor máximo lo da el fabricante y no puede superarse, de lo contrario el transistor se dañará .
Nota: Los valores para las curvas de corriente son del orden de µA (micro)
Región de corte (en negro, figura 11)
Cuando la corriente en la base es cero (Ib=0), la unión PN no está polarizada (Vbe<0,7), por lo tanto esta unión no conduce y la corriente en el Emisor también será cero (figura 12).
Entonces Ib=Ie=Ic=0 y el transistor está en Corte o APAGADO (apagado). En este caso, el transistor funciona como un interruptor de apagado (abierto).
En la figura 12 se puede ver que hay un valor de voltaje en la salida (Vsalida). Este valor será el valor de Vce.
En la figura 11, fíjate que es una región (área en color oscuro), por lo que, aunque haya voltaje entre el Colector y el Emisor (Vce), la corriente no fluye por el emisor.
En resumen, cuando Vbe<0,7 y Ib=0 e Ic=0, el transistor está en corte.
Región de Saturación (en amarillo, figura 11) .
En la saturación, el diodo colector de base está en polarización directa, lo que hace que la corriente de base Ib sea máxima. En este modo, la corriente de conducción entre el colector y el emisor también será máxima, lo que dará como resultado una caída de tensión mínima en el colector. Por tanto, el voltaje Vce en saturación es cero (figura 13).
Por lo tanto, el transistor está Saturado o Encendido. En este caso, el transistor funciona como un interruptor de encendido (cerrado).
En resumen, cuando Vbe>0,7 entonces Vsalida = Vce = 0 El transistor está saturado.
Región activa (en azul, figura 11)
Es la región entre el punto de corte y el punto de saturación (figura 11 en azul).
Para operar en la región activa, el diodo emisor base debe estar polarizado directamente y el
El diodo de la base del colector deberá polarizarse en dirección inversa.
Cuando el transistor bipolar está preparado para operar en la región activa, la corriente que ingresa a la base Ib controlará la cantidad de flujo de corriente a través del colector Ic , y este control es en forma lineal.
Existe una relación entre Ic/Ib, que se llama ganancia del transistor y se simboliza con β (beta), es decir, β = IC/IB.
También se puede designar como hFE.
Este valor lo proporciona el fabricante en las especificaciones (también conocida como Hoja de Datos)
Especificaciones de un transistor
Cada transistor, sin excepción, está especificado por los códigos del fabricante. Existe una infinidad de transistores con los más variados tipos de códigos y fabricantes, pudiendo incluso existir ciertas equivalencias entre los componentes que varían de un circuito a otro.
En un proyecto, el diseñador necesita tener en cuenta una serie de factores antes de elegir un transistor que funcione correctamente en el circuito.
En el caso de una sustitución por mantenimiento (que es lo que nos interesa), sólo se deberá sustituir un transistor por otro con el mismo código, o cuando esto no sea posible, por un equivalente que se elegirá entre las correspondientes Fichas Técnicas.
Algunas características de los transistores tienen que ver con su aplicación, por ejemplo, un transistor puede ser de potencia, de señal, de propósito general, etc.
Los transistores de potencia, por ejemplo, tienen mayores dimensiones de encapsulación, lo que permite una mayor disipación térmica. Sin embargo, a veces todavía es necesario utilizar un disipador térmico, como se muestra en la figura al lado.
Los transistores también deben clasificarse según su forma o encapsulación según un código específico.
La Figura 14 muestra diferentes tipos de transistores. Tenga en cuenta la diversidad de tipos de encapsulación. Los transistores con encapsulación TO-3 son aptos para potencia, ya que su cuerpo es metálico en su parte exterior, permitiendo una mayor disipación.
En la figura 14 de la derecha se muestran algunos transistores SMD. Se parecen poco a un transistor “común”, su embalaje suele ser del tipo DIP (Dual In-Line Package).
Para reemplazarlos... bueno, entonces comienza un problema, a veces un problema grande.
Para empezar necesitas una herramienta adecuada, un soplador térmico específico, con control de temperatura para retirarlo y, lo más difícil, intentar averiguar la identificación del transistor.
Hay tantos códigos que resulta desalentador, por suerte hay una web que hace esto. Se trata del “Libro de códigos SMD”. Aunque en inglés es fácil de consultar.
A continuación se muestra el enlace (todos los derechos son propiedad de los responsables de los siguientes sitios :)
