EL TRANSISTOR

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EL TRANSISTOR
Electrónica Analógica
ÍNDICE
 OBJETIVOS ................................................................................................. 3  INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 4 6.1. El transistor ............................................................................................ 5 6.1.1. El interior de un transistor ................................................................. 5 6.1.2. Polarización de un transistor ............................................................. 7 6.1.2.1. Polarización directa de la unión emisor de un transistor NPN ...... 7 6.1.2.2. Polarización directa de la unión emisor de un transistor PNP ....... 8 6.1.2.3. Polarización inversa de la unión colector de un transistor NPN .... 9 6.1.2.4. Polarización inversa de la unión colector de un transistor PNP .... 9 6.1.3. Efecto transistor y ganancia de corriente ........................................ 11 6.1.4. Curvas características de un transistor en emisor común .............. 16 6.1.5. Recta de carga de un transistor ...................................................... 18 6.1.6. Punto de reposo de un transistor .................................................... 20 6.1.7. Zonas de funcionamiento de un transistor ...................................... 21 6.1.8. Presentación del transistor .............................................................. 24 6.1.9. Varios circuitos de polarización ....................................................... 28 6.2. El transistor en conmutación .............................................................. 36 6.2.1. Zonas de trabajo del transistor en conmutación ............................. 36 6.2.2. Polarización del transistor en conmutación para NPN y PNP ......... 38 6.2.3. Montaje en Darlington ..................................................................... 40 6.3. Montajes con transistores ................................................................... 42 6.3.1. Relé en colector .............................................................................. 42 6.3.2. Montaje en Darlington ..................................................................... 44 6.3.3. Mando relé con dos transistores NPN............................................. 47 6.3.4. Circuito con doble mando ............................................................... 49 6.3.5. Temporización al cierre de un relé .................................................. 51  RESUMEN .................................................................................................. 53 1
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 OBJETIVOS
 Comprobar el funcionamiento del transistor.
 Experimentar el comportamiento práctico de los transistores cuando están
formando parte de circuitos de aplicación.
 Estudiar los efectos que diodos y transistores tienen sobre las señales
electrónicas, base fundamental para entender cómo se puede aplicar a la
realización de montajes prácticos.
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UD7. El Transistor
 INTRODUCCIÓN
La electrónica es una ciencia de aplicación que a primera vista, sea por los
comentarios que venimos oyendo desde hace muchos años, sea por la
escasa formación, tiene fama de cosa complicada e intocable.
La verdad es que no es lo mismo entender el funcionamiento de un motor o
aplicación mecánica, donde las piezas y efectos se "ven" y se "palpan"
físicamente, o una instalación hidráulica, donde el fluido se aprecia
discurriendo por los conductos, que una tarjeta electrónica llena de circuitos
integrados de aspecto negro siniestro (parecidos a los de Lord Vader) y
acompañados por su corte de resistencias, condensadores, transistores y
otros componentes de menor "rango".
El secreto de la electrónica es el conocimiento de estos componentes, y como
conocimiento queremos decir el estudiar y saber qué hacen en realidad con
las señales electrónicas, cuál es su efecto sobre ellas y qué va a ser lo que
obtengamos a la salida. Así, un transistor en amplificación consigue
entregarnos una señal que es n veces más grande que la de su entrada, o un
diodo recorta los semiciclos negativos de una señal alterna colocada en su
entrada. Mezclando, intercalando y combinando estos componentes podemos
llegar a producir efectos de temporización, control, cálculo, automatización,
que conseguimos con las tarjetas electrónicas. Ya puede ver que el león no
es tan fiero como lo pintan.
Por otra parte se ha comprobado en la práctica que los transistores son el
componente estrella de la electrónica por sus características y aplicaciones,
algo parecido a la popular aspirina, que sirve para todo. Además, es muy fácil
agruparlos de forma compacta en grupos llamados circuitos integrados, las
renombradas "cucarachas" o "chips", asignándoles también a cada uno una
función, más complicada, claro.
Por consiguiente, se puede comprobar que nadie sabe la suficiente
electrónica como para desentrañar el funcionamiento de una tarjeta
electrónica, ni siquiera para reparar una avería. Lo que es más importante es
disponer de una buena base y una buena cantidad de catálogos de casas
comerciales, que son las que ponen en el comercio esas piezas que realizan
una tarea determinada. No queda más que identificar el integrado o
componente mediante las marcas que tiene, y decir "bien, este integrado es
un 723 de la marca National Semiconductor, y realiza tal y tal cosa". En estas
condiciones sí que se puede comprobar el funcionamiento de un circuito,
chequearlo para comprobar una avería y lo que es más importante, diseñar
nuestras propias aplicaciones con esos conocimientos.
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UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
1.1. EL TRANSISTOR
Abordamos en este punto el componente estrella de la electrónica moderna,
el transistor. Existen diversos tipos de transistores. El que vamos a ver a
continuación y con más extensión se denomina transistor bipolar. Las otras
familias (MOS, FET, etc.) se tratarán en otros capítulos. Estos dispositivos
electrónicos culminan los componentes activos por sus características y
aplicaciones.
Todos los montajes, funciones y circuitos electrónicos de cierta envergadura
disponen de estos elementos ya sea de forma individual o por grupos
funcionales, generalmente dentro de un chip o integrado. Así pues, el circuito
integrado no es un nuevo componente, sino conjuntos de transistores unidos
de forma especial para realizar un cometido. El aumento de la complicidad de
los circuitos ha llevado a este desarrollo y al uso de los circuitos integrados.
Pasemos pues a estudiar el transistor.
1.1.1. EL INTERIOR DE UN TRANSISTOR
El transistor es un componente que basa su funcionamiento, al igual que el
diodo, en los cristales semiconductores P y N, aunque para ser más exactos,
emplea tres y no dos. Según las combinaciones que podemos conseguir
tenemos dos configuraciones básicas: PNP y NPN, según cómo coloquemos
los cristales.
1ª unión
P
N
P
N
P
N
2ª unión
Figura 6.1. Cristales PNP y NPN
Cada una de las zonas determinadas por los tres cristales se denomina de
una forma, la cual obtendrá su razón de ser cuando estudiemos la
polarización de este invento. Éstas son el emisor, colector y base, donde la
base es la encargada de ejercer el gobierno sobre las demás.
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UD7..- El Transistor
Sería algo parecido a un sistema de riego, donde el caudal de una acequia
principal pudiera ser controlado con el de otra más pequeña y además más
fácil de manejar por su reducido valor (en cantidad de agua).
DEPÓSITO DE
COLECTOR
Acequia principal
DEPÓSITO
DE BASE
COLECTOR
REGULACIÓN
EMISOR
Acequia secundaria
BASE
Alternador
Lámpara
CARGA
Figura 6.2. Símil hidráulico de un transistor
Como puede ver (el que tenga experiencia como hortelano tendrá ventaja), el
caudal de la acequia principal puede ser regulado con el de la secundaria,
aumentando la cantidad de agua que pasa por el emisor. El transistor todavía
va más lejos que el símil y con la corriente de base es capaz incluso de
"llamar" o "atraer" más corriente de colector.
Salta a la vista que el caudal que circula por el emisor es la suma de los
caudales del colector y la base. Esta propiedad es muy importante y refleja
todo el funcionamiento del transistor.
Un transistor está formado por tres cristales semiconductores
unidos, dando lugar a arquitecturas PNP y NPN.
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1.1.2. POLARIZACIÓN DE UN TRANSISTOR
Vamos a ver cómo un transistor es capaz de realizar lo anteriormente
expuesto con la corriente. La colocación de los cristales, como ya sabemos,
origina la aparición de tres zonas, y el secreto, como siempre, consiste en la
polarización adecuada de estas zonas, que es la siguiente:
N
P
P
N
e
c
N
e
P
c
b
b
Figura 6.3. Polarización adecuada de transistores.
Ya ve que la unión emisor-base debe estar directamente polarizada, y la
unión colector - base inversamente. Veremos a continuación esto con más
detalle.
1.1.2.1. POLARIZACIÓN DIRECTA DE LA UNIÓN EMISOR DE UN
TRANSISTOR NPN
La figura siguiente muestra una polarización directa de la unión emisor-base
de un transistor NPN, mediante una batería de potencial Vee. El polo positivo
se conecta con la base y el negativo con el emisor, consiguiendo el mismo
efecto que si de un diodo se tratara.
Barrera de potencial
N
emisor
P
-
-
-
-
-
-
-
-
-
N
-
colector
-
base
Ie
Vee
Ib
Figura 6.4. Polarización directa de la unión emisor-base de un transistor NPN
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El negativo de la pila inyecta electrones en el emisor, con lo que los
electrones de la primera fila (próximos a la barrera de potencial) adquieren la
suficiente energía como para atravesarla y cubrir huecos en la base. Este
efecto produce un aumento de electrones en la base, que son atraídos por el
positivo de la pila.
Ya sabe que el potencial Vee de la pila debe ser superior a 0,7
V (potencial adquirido por la unión PN directamente
polarizada). En caso contrario, la barrera es insalvable y no se
produce tránsito de portadores.
Se crea pues una corriente de portadores real del emisor a la base (Ie =Ib),
expresándose la misma idea si decimos que se produce una circulación de
corriente base a emisor en su sentido convencional.
1.1.2.2. POLARIZACIÓN DIRECTA DE LA UNIÓN EMISOR DE UN
TRANSISTOR PNP
En este caso debemos montar el circuito de la figura siguiente. El polo
positivo se encuentra conectado al emisor y el negativo a la base. En este
caso el movimiento de electrones se produce de base a emisor.
(Convencionalmente de emisor a base).
Barrera de potencial
P
emisor
-
-
-
N
-
-
-
-
-
P
-
-
-
colector
-
-
-
Ie
Ib
base
Vee = 0,7V
Figura 6.5. Polarización directa de la unión emisor-base de un transistor PNP
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1.1.2.3. POLARIZACIÓN INVERSA DE LA UNIÓN COLECTOR DE
UN TRANSISTOR NPN
Esta polarización conecta el polo negativo de la pila a la base (tipo P) del
transistor, y el positivo al colector (tipo N). Puede verse el montaje en la figura
siguiente.
La barrera de potencial aumenta.
Diferencia de potencial = Vcc
Ifugas
N
P
emisor
N
-
-
-
colector
base
Vcc
Figura 6.6. Polarización inversa de la unión emisor-base de un transistor NPN
En estas condiciones y como ya sabemos, los electrones del colector son
atraídos por el polo positivo de la fuente Vcc, mientras que el polo negativo
inyecta electrones en la base. Por esto la barrera de potencial de la unión
aumenta hasta que su valor se hace igual a la tensión de la pila, impidiendo
cualquier circulación de corriente a su través, excepto la corriente inversa de
saturación (corriente de fuga).
1.1.2.4. POLARIZACIÓN INVERSA DE LA UNIÓN COLECTOR DE
UN TRANSISTOR PNP
En este caso debe cambiar el polo positivo de la pila a la base y el negativo al
colector, por lo que este último inyecta electrones en el colector (P) y el polo
positivo atrae electrones a la base (N). Únicamente tenemos la corriente
inversa de saturación.
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Aumento de la barrera de potencial
Ifugas
P
N
emisor
P
-
-
colector
-
base
Vcc
Figura 6.7. Polarización inversa de la unión colector de un transistor PNP
6.1.2. POLARIZACIÓN EN EMISOR COMÚN
Por fin parece llegar el final del calvario al que estamos sometiendo a los
cristales P y N desde hace varios puntos, la polarización de un montaje NPN
o PNP con dos polarizaciones, una inversa y otra directa, ofreciéndonos un
efecto muy peculiar y maravilloso: el efecto transistor.
Así pues, tomamos un cristal de tipo NPN, le conectamos una polarización
directa emisor-base y otra colector-base, tal como aparece en la siguiente
figura:
Barrera de potencial
N
emisor
P
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Ib
Ie
N
-
-
-
colector
-
-
base
Vee  0,7V
Ic
Vcc
Figura 6.8. Efecto de la doble polarización
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La polarización directa de la unión emisor implica una circulación de
electrones de emisor a base. La polarización inversa de colector supone un
desplazamiento muy pequeño de electrones de base a colector.
Como puede verse en la figura anterior, los electrones que proceden del
emisor vienen con mucha velocidad gracias a estar la unión directamente
polarizada. Es la llamada corriente de emisor. Esta virulencia de llegada,
unida al hecho de que la base tiene un espesor muy pequeño comparado con
el emisor y colector, hace que algunos electrones sean atraídos por la base,
formando la corriente de base. El resto, más numerosos, atraviesan la base y
se introducen en el colector, formando la corriente de colector.
Todo lo dicho es válido para los transistores PNP, sólo que cambiará la forma
de polarización.
Este proceso de conducción se denomina efecto transistor y culmina las
prestaciones electrónicas de los materiales semiconductores al ofrecernos el
componente que basa su funcionamiento en este efecto: el transistor.
1.1.3. EFECTO TRANSISTOR Y GANANCIA DE CORRIENTE
Volviendo a la figura anterior, el polo negativo de la pila Vee introduce
electrones en el emisor. La base se hace cargo de ellos para rellenar los
huecos que tiene. Sin embargo, estos electrones disponen de una energía tan
elevada (velocidad) que muchos de ellos pasan de largo hacia el colector
atraídos además por la pila Vcc.
Para que este efecto se produzca con resultados palpables, artificialmente
podemos incentivarlo haciendo que la base sea estrecha y esté poco dopada
(facilidades para los electrones que circulan hacia el colector). También
podemos hacer que el colector sea más grande y esté más impurificado,
atrayendo y facilitando que los electrones vayan a él, algo parecido a lo de
Jesucristo y los niños. Por otra parte, y ésta es una cuestión muy interesante
para los circuitos con transistor, la Vcc debe ser bastante mayor que Vee.
Resumiendo, cuantos más electrones atraviesen la base, mayor será la
corriente de colector. Estamos llegando a la aplicación eléctrica del dibujo de
las acequias. Una corriente de base es capaz de comandar a otra, de
colector. Y lo que es más, la hace aumentar o disminuir a voluntad.
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UD7..- El Transistor
Se suele decir de una forma más técnica, comparando con una resistencia
variable, que el transistor es un dispositivo electrónico que varía su
resistencia de la unión emisor a la unión de colector, de ahí recibe su nombre,
transistor (Transfer Resistor).
Ic
Ic
c
TRANSISTOR
c
TRANSISTOR
N
Ib
Ib
P
b
N
e
R
b
e
Ie
Figura 6.9. Representación de la transferencia de resistencia
Ib
Intensidad de base
Ic
Intensidad de colector
Ie
Intensidad de emisor
R
f (Ib)
Ib  R  Ic
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Ie
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El símbolo eléctrico de un transistor es el que aparece en la siguiente figura,
dándonos bastantes pistas para entender su funcionamiento.
TRANSISTO R NPN
TRANSISTO R PNP
Ic
b
Ib
c
e
Ie
b
Ie
Ib
e
c
Ic
Figura 6.10. Representación de un símbolo de transistor
Como observará, las flechas de corriente ya tienen el sentido convencional,
queriendo decir que realmente los electrones circulan en sentido contrario con
respecto a lo que hemos estudiado hasta aquí. No se preocupe por eso y no
le dé vueltas, quédese con el esquema de la figura anterior aunque ya
sabemos que los electrones circulan en otro sentido.
Seguimos adelante. Si consideramos la corriente de base, o mejor aún, el
circuito de base como circuito de entrada y el de colector como de salida,
podemos definir una serie de parámetros muy importantes. Por otra parte,
cabe destacar que llevamos explicando todo el rato el funcionamiento del
transistor sobre un tipo de polarización, llamada de emisor común. Existen
otros tipos de polarizaciones que no vamos a ver, pues ésta es la más
utilizada. Es la respuesta a la típica pregunta: ¿cómo podemos conectar un
transistor para que funcione? La más práctica y usada es la de emisor común,
aunque debe saber que hay otras. Los parámetros de que hablamos son los
siguientes y son debidos a que una "pequeña" corriente de base comanda o
controla a otra "más grande" de colector:
a) Una pequeña tensión directa en la entrada origina una elevada tensión de
salida. A esto se le denominará ganancia de tensión.
b) Para una pequeña corriente de entrada, se obtiene una elevada corriente
a la salida. Se trata de la ganancia de corriente.
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CIRCUITO DE SALIDA
EN COLECTOR Vc
Vcc
A
Vee
CIRCUITO DE ENTRADA
Ve
Ic
Ib
A
V Vce
Vbe V
0,7V
Ie
A
CIRCUITO DE SALIDA
EN EMISOR Ve
Figura 6.11. Representación de los circuitos de entrada y salida de un transistor
Para que un transistor funcione correctamente, debe estar
polarizado.
¿Vemos algo en la figura anterior que no hemos comentado? Claro que sí.
Tenemos la tensión base-emisor (Vbe) sobre todo. Esta última corresponde
al potencial que se genera en esa parte del transistor cuando circula a
través de él una determinada corriente, de forma que depende más de los
circuitos externos de colector y emisor que del propio transistor.
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Lo verdaderamente importante es lo que se denomina ganancia de corriente,
producida gracias al efecto transistor. Ya sabemos que una determinada
corriente introducida en la base de un transistor correctamente polarizada
origina un valor de corriente por colector determinada y que es función de la
corriente de base.
Pero, ¿cómo funciona?, ¿si sube una baja la otra?, ¿cuánto sube la de
colector si sube la de base? Estas preguntas tienen respuesta si hablamos
del parámetro más importante del transistor: la ganancia de corriente, también
llamada  (beta) o hFE en algunos manuales. Este valor, característico de
cada componente y particular de cada uno, es el que relaciona las corrientes,
dando lugar a la ecuación fundamental que rige el efecto transistor en
montajes como los estudiados:
Ic =  · Ib
Donde Ic es la corriente de colector, Ib la de base y  es el famoso parámetro
relacionativo. En los transistores más comunes, la  oscila entre 50 y 150.
Seguramente podrá determinar la corriente de colector de un transistor de  =
100 si circula una corriente de base de 0,5 mA: 50mA. También habrá
adivinado que se cumple otra ecuación, tan importante o más:
Ie = Ib + Ic
Donde:
Ie
Corriente de emisor
Ib
Corriente de base
Ic
Corriente de colector
Todos estos parámetros resumen el funcionamiento del transistor, y los
fabricantes los resumen en unas curvas donde se advierten a primera vista
los valores. A continuación vamos a estudiar alguno de ellos.
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UD7..- El Transistor
1.1.4. CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UN TRANSISTOR EN
EMISOR COMÚN
Para estudiar el comportamiento de un transistor vamos a tomar el circuito de
polarización más común y práctico, el de emisor. Debemos realizar el montaje
de la figura siguiente, donde se encuentran reflejados y controlados todos los
parámetros posibles.
A3
A
P1
Rb
Vbb
A1
A
b
Ib
Vbe
Rc
P2
Vcc
Ic
c
Vce
e
V V2
Ie
V1 V
A2
A
Figura 6.12. Montaje para la obtención de las curvas características de un transistor.
Este circuito responde a una polarización completa y correcta con las
tensiones continuas Vbb y Vcc, y las resistencias limitadoras de intensidad Rb
y Rc.
Los potenciómetros P1 y P2 hacen posible variar los valores de corrientes a
voluntad, y así comprobar el funcionamiento. Debido a la cantidad de
parámetros que hay, se suele dejar fijo uno, variar otro y comprobar los
efectos en un tercero. Con estas situaciones alcanzamos a ver todas las
combinaciones de interés, que son cuatro y se colocan en cada uno de los
cuadrantes de un sistema de representación cartesiano:
Isalida
Cuadrante II
Cuadrante I
Ic = f(Ib) Vce = Cte.
Ic = f(Vce) Ib = Cte.
Ientrada
Vsalida
Vbe = f(Ib) Vce = Cte.
Vbe = f(Vce) Ib = Cte.
Cuadrante III
Cuadrante IV
Ventrada
Figura 6.13. Situación de las curvas de respuesta
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Dicho esto y efectuando las recomendaciones de cada cuadrante, se obtienen
las fórmulas de curvas de la figura siguiente:
CUADRANTE IIVce1
Ic(mA)
CUADRANTE I
Ibn > Ib(n-1)
...
...
...
...
Ib2 > Ib1
Vce2 > Vce1
Vce3 > Vce2
Ib1 = 0
Ib( A)
Iceo
Vce(V)
Ib1
Ib2 > Ib1
Ib3 > Ib2
Ib4 > Ib3
Ib5 > Ib4
Vce1
Vce2 > Vce1
CUADRANTE III
CUADRANTE IV
Vbe (V)
Figura 6.14. Curvas de un transistor en emisor común
Expliquémoslas por cuadrantes de forma breve:
Cuadrante I
Expresa la variación de la corriente de colector (Ic) en función de la tensión
colector-emisor (Vce) al mantener constante la corriente base. Como vemos,
a grandes aumentos del valor de la Vce, le corresponden pequeñas
variaciones de la Ic, para cada una de las corrientes de base indicadas.
Comprobamos que afecta muy poco la tensión colector-emisor a la corriente
de colector.
Cuadrante II
La genuina curva de corriente de colector en función de la de base a tensión
colector-emisor constante. Aumentos de Ic corresponden a aumentos de Ib y
viceversa.
Cuadrante III
Se trata de comprobar el valor de la tensión Vbe en función de Ib para Vce
constante. Se trata de la polarización de un diodo de forma directa, de tal
manera que este cuadrante carece de aplicación práctica.
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UD7..- El Transistor
Cuadrante IV
Estudiamos la tensión de base-emisor (Vbe) en función de la Vce, para Ib=
constante.
En resumen, tenemos como curvas más importantes la del cuadrante I y II,
que veremos más en profundidad a continuación.
1.1.5. RECTA DE CARGA DE UN TRANSISTOR
El circuito más común de montaje y polarización de un transistor es el
siguiente.
VRc
Ic
Rc
c
Rb
b
Ib Vbe
e
Vce
Vcc
Vbb
Figura 6.15. Polarización de un transistor
Una vez puesto en funcionamiento, en todo momento debe cumplirse la
ecuación siguiente, siguiendo la Ley de Ohm:
Vcc= VRc + Vce
Si VRc= Rc · Ic tenemos que:
Vcc = Rc · Ic + Vce
Así pues, como sabemos que la corriente de colector Ic depende de la de
base y también Vcc es constante, cuando aumente la Ib, lo hará Ic y por
consiguiente la tensión en Rc (VRc), en detrimento de la Vce, que disminuirá.
En caso contrario, bajará Ib, Ic, y VRc, aumentando Vce.
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UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
Si se tiene presente la curva del cuadrante I, pueden definirse
unas zonas de funcionamiento en el transistor que forman la
llamada recta de carga, la cual podemos ver en la figura
siguiente y cuyos puntos marcados como P1, P2 y P3 indican
tres puntos de trabajo, uno para corriente colector máxima (lo
que permita Rc para Vce = 0 a máxima corriente de base Ib),
otro para Ib = 0 y otro para Ib de valor intermedio.
Ic(mA)
Ib7>Ib6
Ib6>Ib5
P2
Icmax =
Vcc
Rc
Ib5>Ib4
Ib4>Ib3
P3
Vce = 0
Ib3>Ib2
Ib2>Ib1
Icmed =
Ib1>Ib0
Ib0
Vcc
2
Rc
Iceo
Vcmed =
P1
Vcc
2
Vce(V)
Vcemax =Vcc
Ic = 0
Figura 6.16. Recta de carga de un transistor
Como hemos hecho anteriormente con los cuadrantes, estudiaremos qué
ocurre en cada punto dichoso.
Punto P1
La corriente de base es cero, con lo que lógicamente la de colector también lo
será. Sin corriente por colector, la tensión colector-emisor alcanza su valor
máximo, es decir, Vcc, ya que:
Vcc = VRc · Ic + Vce
Si Ic = 0; Vcc = Vce.
Se dice que en este punto el transistor está en corte.
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UD7..- El Transistor
Punto P2
La corriente de base alcanza un valor máximo, por lo que tenemos una
corriente de colector bastante elevada. En este caso, al contrario del anterior,
es la tensión en Rc la que se eleva hasta valores cercanos a Vcc, cumpliendo
la ecuación:
Vcc= VRcIc + Vce
Si Ic es muy grande, VRcIc  Vcc por lo que Vce  0
En estas condiciones el transistor alcanza un estado llamado de saturación.
Punto P3
La corriente de colector alcanza su valor medio entre el máximo y el mínimo,
por lo que la tensión Vcc se reparte a partes iguales entre el colector y el
emisor del transistor:
Vce =
Ib =
Vcc
2
= VRc
Ic

1.1.6. PUNTO DE REPOSO DE UN TRANSISTOR
Se llama punto de reposo de un transistor o punto de trabajo a aquél de la
recta de carga en el que se encuentra el transistor para unos determinados
valores de Vce e Ic, determinados por los elementos del circuito de
polarización.
Generalmente se encontrará con montajes y problemas donde le pidan
realizar o hallar el punto de reposo de un transistor. Lo único que deberá
hacer (sin buscar el sitio donde duerme el transistor, claro) es calcular la
corriente de colector y la tensión de colector-emisor.
Al punto de reposo viene unido el concepto de potencia disipada por el
transistor. Si bien sabemos que en una resistencia es el producto de la
tensión en sus bornes por la corriente que la recorre, ¿cuál será el cálculo en
el caso de un transistor? ¿Qué corrientes podemos emplear?
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UD7.- El transistor
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Pues dado que la corriente de emisor es aproximadamente igual a la de
colector, se puede despreciar la de base y calcular la potencia como el
producto de la tensión colector emisor por la corriente de colector:
W = Vce · Ic
Donde:
W
Potencia en Vatios
Vce
Tensión colector-emisor en voltios
Ic
Corriente de colector en amperios
No se asuste por el hecho de haber despreciado la corriente de base. Se
encontrará muchas aplicaciones donde lo hacen y usted mismo, en la
práctica, podrá hacerlo.
Si se fija en la ecuación:
Ie = Ic + Ib
Estamos sumando valores que son 100 ó 150 veces más pequeños (Ib =
Ic

),
pudiendo despreciar el más pequeño:
Ie = Ic
No lo tome como un mandamiento divino. Puede seguir realizando los
cálculos como siempre y cuando tenga la suficiente experiencia, desprecie Ib.
1.1.7. ZONAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSISTOR
Esta pregunta puede considerarse como un resumen al tema del transistor.
Vamos a describir las zonas en las que el transistor puede ofrecernos sus
favores de una manera u otra, con características y valores distintos.
21
UD7..- El Transistor
Si recuerda lo anteriormente descrito y mira la figura siguiente se pueden
observar tres zonas de funcionamiento:
Zona de saturación
Zona de corte o bloqueo
Zona de trabajo o activa
Ic(mA)
Zona de
saturación
Linea de saturación
Zona activa
Vcc
Rc
Zona de bloqueo
Iceo Vce(V)
Vcc
Figura 6.17. Zonas de funcionamiento de un transistor
Zona de saturación
En esta región las tensiones de colector-emisor son muy pequeñas,
prácticamente cero. Sin embargo, las corrientes de base y colector son las
máximas permitidas para el correcto funcionamiento.
En estas condiciones tenemos el transistor comportándose como un circuito o
interruptor cerrado.
+Vcc
Ic
Ic = máxima.
Ib = máxima.
colector
base
Vce
0
Ib
Ie
emisor
Figura 6.18. Símil de un transistor en saturación
22
UD7.- El transistor
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Zona de bloqueo o corte
La zona correspondiente a este estado implica que el transistor trabaja por
debajo de la curva de Vcc para Ib  0. En estas condiciones, sin intensidad de
base, la tensión de colector alcanza su valor máximo, es decir, el de Vcc,
comportándose como un interruptor abierto.
+Vcc
Ic 0
base
Vce
Vcc
Ib = 0
Ie
0
Figura 6.19. Símil de un transistor en corte
Zona activa
La zona activa es la más grande de las tres, y en ella coloca el transistor su
punto de reposo para cualquier combinación de corriente de colector y tensión
de colector-emisor.
Los dos estados extremos de funcionamiento de un transistor
son el de corte y saturación.
Como hemos estudiado, en esta zona se cumple la relación de tensiones
(reparto de Vcc) entre la resistencia de colector y el colector-emisor del
transistor. En esta zona el transistor se encuentra trabajando en modo
amplificación, mientras que cuando se encuentra en corte-saturación, se dice
que trabaja en conmutación.
23
UD7..- El Transistor
1.1.8. PRESENTACIÓN DEL TRANSISTOR
Hemos visto las maravillas que nos ofrece el transistor al aplicarle una
polarización adecuada, cómo funciona en corte y saturación, cómo podemos
controlar una corriente grande con una pequeña, etc. Pero nada de esto tiene
valor si no convertimos el cristal semiconductor, NPN o PNP, en un
componente electrónico. Debido a la extrema pequeñez de los cristales, es
necesario recubrirlos de una protección, llamada cápsula, y, sobre todo,
conectarles una serie de conductores, llamados pines o patillas, para
comunicarlos con los demás componentes electrónicos y formar los circuitos.
La siguiente figura le sacará de dudas.
PARTE METÁLICA
SÍMBOLO DEL
TRANSISTOR NPN
CÁPSULA PLÁSTICA
c
CRISTAL
SEMICONDUCTOR
b
N
PATILLAS O "PINES"
P
e
N
AGUJERO PARA
ATORNILLAR EL
RADIADOR
e
b
c
Figura 6.20. Representación del transistor
Salta a la vista la importancia de saber qué pin corresponde a cada terminal
del cristal, es decir, colector, base o emisor. Los catálogos de componentes,
como veremos, tratan el tema muy en serio, lógicamente, por lo que cuando
tomemos un transistor de cualquier tipo, lo primero que debemos hacer es
identificar sus terminales y por supuesto, si es NPN o PNP. Ahora veremos
esto con más precisión.
La forma de la cápsula es muy importante también a la hora de identificar el
componente dentro de un circuito. Además, sobre ella está serigrafiado o
escrito el tipo de transistor, a modo de matricula de coche o DNI, y en formato
alfanumérico. Este código de letras y números determina con precisión qué
tipo de transistor es. Por ejemplo, el BC 547 es un transistor de tipo NPN de
baja potencia y ese código está escrito en la cápsula:
24
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
BC547
b
c
e
c
b
e
Figura 6.21. BC547. Cápsula y símbolo
Existe en el mercado multitud de cápsulas distintas en su forma y
características. No se preocupe porque las que más se utilizan están
perfectamente normalizadas y son pocas.
Sus características y naturaleza dependen sobre todo de la potencia que va a
disipar el componente en funcionamiento. Así, por ejemplo, los transistores,
utilizados en señales de bajo nivel suelen tener la cápsula de plástico,
mientras que los de potencia son metálicos, para evacuar más fácilmente el
calor generado en su interior por el paso de electricidad. Vamos a dar un
repaso a los tipos de cápsulas más utilizadas actualmente.
Cápsula TO92
Se llama así a la de la siguiente figura. El transistor que más la utiliza es el
BC547 en NPN.
Figura 6.22. Transistor BC547 en cápsula TO92
25
UD7..- El Transistor
Cápsula TO18
Ésta es también muy utilizada por transistores de baja potencia, siendo
metálica. Dispone de un saliente que determina la colocación de las patillas
de una determinada manera para identificar el colector, base y emisor.
b2
1 e
3 c
Saliente
Cápsula TO18
Figura 6.23. Transistor PNP 2N2218 en cápsula TO18
Un usuario común de la TO18 es el transistor PNP 2N2218 de baja señal. No
se preocupe demasiado por las palabras en inglés. Las hemos colocado para
que se vaya acostumbrando a ellas ya que la mayoría de los catálogos no se
encuentran escritos en cristiano. Aparte de "inches" (pulgadas), "within"
(entre), las demás creemos que puede entenderlas intuitivamente.
Cápsula T03
Es el tipo de cápsula más utilizada por los transistores de potencia. Es de tipo
metálico y su forma difiere claramente de las demás anteriormente
estudiadas, como aparece en la siguiente figura. Observe la forma de
identificar la base y emisor con la nota (D>d). El colector es la propia cápsula
metálica.
1
cápsula 1.- Base.
2.- Emisor.
2
Cápsula = Colector.
Cápsula TO3
Figura 6.24. Transistor NPN 2N3055 en cápsula TO3
Habrá observado que en este modelo sólo existen dos patillas o pines,
correspondiendo a la base y al emisor. ¿Dónde tenemos el colector? Pues
tratándose de transistores de cierta potencia, donde la corriente de colector
puede ser de varios amperios, el terminal de colector se toma de la propia
cápsula, conectándolo internamente.
26
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
Por ello, cuando necesitamos disponer de él se suele colocar un conector
exterior con un tornillo sujeto a los agujeros que al efecto aparecen en la
cápsula T03. Estudie la siguiente figura y verá qué sencillo.
Tornillo
Tornillo
Aro
metálico
Cable
Cápsula
Cable
2N3055
Colector
Emisor
Ficha o aro
metálico
Soldadura
Patillas
Tuerca
Base
Figura 6.25. Conexión de un transistor de cápsula TO3
Si miramos en la tabla de la figura anterior observamos que el diámetro del
agujero marcado como P es de 4 mm, por lo que quedan determinados los
grosores de los tornillos, por ejemplo uno de métrica 3,5 sería ideal.
Cápsula TO126
Por último tenemos este tipo, menos utilizado que los anteriores. Por ejemplo,
el SC4137 lo emplea y puede verse en al figura siguiente.
Figura 6.26. Cápsula TO126
Con la información planteada quedarán pocos transistores que no pueda
identificar, por lo menos en lo que a cápsula se refiere. Si se fija encontrará
por alguna parte una cifra que pronto le será familiar. Leerá 2N2894, 2N3055,
BC547, 2N222, etc. Cada una de estas claves coincide con un tipo de
transistor de unas determinadas características, las cuales se suelen mirar y
comparar en los "handbooks" o manuales que los fabricantes distribuyen y
facilitan en cualquier comercio de electrónica, o ellos mismos directamente.
27
UD7..- El Transistor
Por ejemplo si usted consigue un catálogo del transistor 2N3055, verá en
primer lugar la cápsula (T03) y el componente que contiene. Además,
aparecen una serie de valores eléctricos máximos que soporta en condiciones
extremas, y otros más de funcionamiento normal, pero eso sí, en perfecto
inglés:
Símbolo
Parámetros
Valor
Unidad
VCBO
Voltaje Colector-Base (IE = 0)
100
V
VCER
Voltaje Colector-Emisor (RBE = 100 )
70
V
VCEO
Voltaje Colector-Emisor (IE= 0)
60
V
VEBO
Voltaje Emisor-Base (IC = 0)
7
V
IC
Corriente de Colector
15
A
IB
Corriente de Base
7
A
115
W
65 a 200
ºC
200
ºC
Ptot
Potencia total a TC  25ºC
Tstg
Temperatura de almacenaje
Tj
Máxima temperatura de la operación
de unión
Intuitivamente podemos adivinar qué significa cada cosa. Veremos que Ic,
intensidad de colector es de 15A y la Ptot, potencia total para temperatura de
cápsula (Tc)  25°, es de 115 W, valores nada despreciables. Por algo
estamos hablando de un transistor de potencia. Las dos últimas líneas
corresponden a las máximas temperaturas admitidas por la cápsula y la
propia unión interna NPN para un óptimo funcionamiento.
Puede encontrarse otros valores que poco a poco irá conociendo. Con la
experiencia adquirirá cada vez más información de los componentes
electrónicos, base fundamental para crear sus propios diseños.
Los transistores suelen presentarse en varios tipos de
cápsulas. Las más importantes son la TO92 y la TO3.
1.1.9. VARIOS CIRCUITOS DE POLARIZACIÓN
El funcionamiento correcto del transistor implica una colocación o conexión
con respecto a los demás componentes del circuito, y más especialmente con
28
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
la alimentación. Recuerde la pregunta de la polarización de la unión y el
efecto transistor, donde se explicaba que las corrientes de base, emisor y
colector se generan si los polos de las baterías están colocados
correctamente.
En los transistores NPN (por diferenciarlos de los PNP) la corriente siempre
debe introducirse por el colector (hablamos de corrientes en sentido
convencional) y sale por el emisor, por lo que el colector debe ser más
positivo que el emisor. De igual manera, la corriente de base debe provenir de
una fuente más positiva que el emisor. Para suavizar el problema, vamos a
comentar a continuación la existencia de unos circuitos de polarización
pensados para mantener el transistor en funcionamiento y en el punto de
reposo deseado. Estos circuitos se vienen usando desde siempre y los
encontrará en numerosas aplicaciones.
Polarización por resistencia de base
Este tipo de polarización corresponde al siguiente circuito:
Ic
Rb
Vbb
Ib
Vbe
Rc
VRc
T
Vce
Vcc
Ic
Figura 6.27. Polarización por resistencia de base con dos fuentes
El sentido convencional de la corriente indica una circulación del polo más
positivo al más negativo de la alimentación.
Fíjese, en el circuito, cómo la Ic debe entrar por el colector y salir por el
emisor (flecha indicativa del componente). Asimismo, la Ib debe entrar por el
terminal base, sumarse a la Ic y salir también por el emisor. Comprobamos
que las polarizaciones de las baterías se encuentran colocadas
correctamente:
29
UD7..- El Transistor
 Colector más positivo que emisor.
 Base más positiva que emisor.
¿Para qué queremos las resistencias?
Pues aparte de limitar la corriente y evitar destrozos en el componente, con
ellas podemos, gracias a los distintos valores que pueden tomar, ajustar el
punto de reposo del transistor a voluntad.
En la práctica las fuentes de tensión de la anterior figura suelen reducirse a
una sola, quedando el circuito como sigue:
+Vcc
Rb
Ic
Rc
VRc
Vce
Ib
Vbe
Figura 6.28. Montaje práctico de una polarización para resistencia de base
Compruebe cómo las condiciones de polarización siguen manteniéndose.
¿Cuáles son los valores que podemos ajustar con este montaje? Ya sabe: el
punto de reposo, la tensión colector-emisor y la intensidad de colector, según
las ecuaciones siguientes:
Vcc = VRc + Vce  Ecuación de colector
Vcc = VRb + Vbe  Ecuación de base
30
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
Desarrollándolas tenemos:
Vcc = Rc · Ic + Vce
Vcc = Rb · Ib + Vbe
Las cuales junto a las siguientes permiten el control de la situación
paramétrica del transistor.
Ic = Ib · 
Ie = Ic + Ib
Pongamos un ejemplo: en un transistor montado en polarización por
resistencia de base se desea que exista una tensión colector-emisor de 5V, y
una corriente de colector de 50mA. ¿Qué resistencias debemos colocar si
tenemos  = 100 y la tensión de alimentación es de 12V? Vbe = 0,7V.
Vcc = VRc + Vce
VRc = Vcc - Vce = 12 - 5 = 7V
VRc = Rc · Ic  Rc =
7V
VRc

Ic
50mA
= 140 
Vcc = Rb · Ib + Vbe
Ib =
Ic
Rb =


50mA
100
= 0,5 mA
Vcc  Vbe 12  0,7

Ib
0,5mA
= 22600   22 K6 
Observe que el valor de la resistencia de base es más elevado, pues para
igual alimentación debe suministrarse 100 veces menos corriente. Se
encontrará este efecto muy a menudo.
Le adelantamos que este circuito no es el mejor para polarizar el transistor.
Es así por el problema de la , parámetro que no es constante en la práctica,
pues depende de procesos de fabricación, calidades de los cristales dopados,
etc. Así, puede verse en los manuales que los fabricantes indican una 
máxima y otra mínima. Por ejemplo el BC547 NPN tiene una mínima de 100 y
una máxima de 300.
31
UD7..- El Transistor
Para cálculos teóricos se suelen tomar valores intermedios para circuitos en
amplificación y mínimos para funcionamiento de corte y saturación. Vamos a
cambiar el transistor del ejemplo anterior, de  = 100, por otro de 40 con las
mismas resistencias. Los cálculos quedarán:
Rc = 140 
Vcc = Vce + VRc
Vcc = Vbe + Rb · Ib Rb = 22 K6 
TRANSISTOR
IC
VCE
 = 100
50 mA
5V
 = 40
20 mA
9,2 V
12 = 0,7 + 22 K6 ·
Ic
40
Ic = 20 mA
Vce = Vcc - Rc · Ic = 12 V - 140 · 20mA = 9,2V
Salta a la vista el cambio de valores por el mero hecho de cambiar un
transistor por otro. Por ello es muy útil utilizar otros circuitos de polarización,
que veremos a continuación, capaces de mantener constantes los parámetros
independientemente del valor de la .
32
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
Polarización por divisor de tensión de base
Corresponde al siguiente circuito, donde la polarización de base se consigue
gracias al divisor de tensión formado por Rb1 y Rb2. El circuito de colector se
consigue polarizar con Rc
+Vcc
IRb1
Ic
Rc VRc
Rb1
Ib
B
Rb2
Vce
IRb2
Vbe
Figura 6.29. Polarización por divisor de tensión de base
La tensión que consigue introducir corriente es la del punto B, y es:
VB = Rb2 · IRb 2
La experiencia dice que es correcto fijar como IRb2 nueve veces la Ib y para
IRb1, diez veces Ib:
IRb2 = 9·Ib
IRb1 = 10 · Ib
IRb1 = IRb2 + Ib
La particularidad de este montaje es que la tensión de base-emisor se
mantiene en un determinado valor por estar en paralelo con la tensión en el
punto B, que también es constante por estar inmerso en un divisor de tensión
(Rb1 y Rb2). Así, la corriente de colector también debe mantenerse
constante.
Las resistencias de base se calculan de la siguiente manera:
Rb1 =
Vcc  Vbe
;
10 • Ib
Rb2 =
Vbe
9 • Ib
33
UD7..- El Transistor
Si colocamos una resistencia en emisor, obtenemos el circuito de la siguiente
figura:
+Vcc
10Ib
Rb1
Rc
Ib
B
VRc
Vce
Vbe
9Ib
Rb2
Re
VRe
Figura 6.30. Polarización por divisor de tensión de base con resistencia de emisor
La estabilización del punto de trabajo todavía es mayor en este circuito.
Empecemos a estudiarlo:
VB = Vbe + VRe
Despejando:
VRe = VB - Vbe
Tenemos la ecuación de colector un poco más complicada:
Vcc = VRc + Vce + VRe
Pongamos un ejemplo para aclararnos. Sea un transistor de  = 100 que
queremos situar en un punto de reposo con Vce = 5V e Ic = 50 mA.
Deberemos colocar los siguientes valores de resistencia:
Ib =
Ic


50mA
100
= 0,5 mA
Ie = Ib + Ic = 0,5 mA + 50 mA = 50,5 mA
Vcc = VRc + Vce + VRe;
12 = VRc + 5V + VRe
Si VRe = 1 V fijada, VRc = 12V-5V-1V = 6V
34
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
Rc =
VRc
Ic
Re =
1V
VRe
=
Ie
50,5mA
=
6V
50mA
= 120 
= 19,8 
VRb2 = VRe + Vbe = 1V + 0,7V = 1,7V
1,7V
9 • 0,5mA
Rb2 =
VRb2
9 • Ib
Rb1 =
VRb1 Vcc  VRb2
=
10Ib
10 • Ib
=
=
1,7V
4,5mA
=
= 377 
12  1,7V
10 • 0,5mA
=
10,3V
=2060   2 K
5mA
No se preocupe si a la primera pasada no ha entendido absolutamente nada
de este lío de fórmulas. Tómese su tiempo y asimílelas poco a poco. Cuando
las entienda, una parte muy importante de la teoría de transistores estará
automáticamente comprendida.
Los circuitos de polarización para transistores son unos
montajes destinados a establecer y definir un punto de trabajo
(ya sabe, llamado de reposo) para el transistor.
35
UD7..- El Transistor
1.2. EL TRANSISTOR EN CONMUTACIÓN
Ya hemos dicho que el transistor es un elemento de estado sólido que puede
trabajar como amplificador de señales de bajo nivel o bien como conmutador;
actúa como una llave de paso que deja o no pasar la corriente fijada
previamente, pero nunca permite estados intermedios de conducción.
1.2.1. ZONAS DE TRABAJO DEL TRANSISTOR EN CONMUTACIÓN
Basándonos en el circuito de la figura siguiente y de acuerdo con las curvas
de salida del transistor, tenemos que un transistor como este (en
conmutación) trabaja siempre en zonas de corte o saturación, pero nunca
estará trabajando en la zona intermedia de amplificación.
Ic
ZONA DE SATURACIÓN
+Vcc
Ic
Rc
S1
Rb
Vce
Ib
Vbe
Ib = 0
ZONA DE AMPLIFICACIÓN
ZONA DE CORTE
Figura 6.31. Zonas de saturación y corte
Saturación
Vcc = Vce + Rc · Ic
Vce  0V
Vcc = Rc · Ic
Ic =
36
Vcc
Rc
UD7.- El transistor
Vce
Electrónica Analógica
Corte
Vcc = Vce + Rc · Ic
Ic = 0 mA
Rc · Ic = 0
Vcc = Vce
Haciendo referencia de nuevo al circuito de la figura anterior, si el interruptor
S1 está abierto, la corriente de base Ib = 0, luego Ic = 0, y, por tanto, el
transistor se encuentra en zona de corte donde Vce = Vcc.
Si cerramos el interruptor S1, Ib  0, luego Ic  0, y el transistor estará en
zona de saturación.
Ic =
Vcc
;
Rc
Ib =
Ic

; Vce  0
6.1.3. TIeMPOS DE CONMUTACIÓN
En el apartado anterior hemos visto que el transistor tiene dos estados
estables en los cuales se puede encontrar por tiempo indefinido, éstos son el
estado de corte y el de saturación. Ahora bien, para cambiar de uno a otro
emplea unos tiempos denominados tiempos de conmutación. A estos tiempos
se les llama Ton y Toff.
Ton
El tiempo que tarda en pasar de corte a saturación
Toff
El tiempo que tarda en pasar de saturación a corte
Estos tiempos son de gran ayuda si deseamos trabajar a altas frecuencias,
existiendo transistores especiales que pasan de corte a saturación en tiempos
muy pequeños.
37
UD7..- El Transistor
1.2.2. POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR EN CONMUTACIÓN PARA
NPN Y PNP
Repase el circuito y los cálculos de los dos montajes típicos de transistores en
conmutación. Compruebe que efectivamente se cumplen todas las
ecuaciones siguientes.
+Vcc
Rc
Ic
Rb
Ib
S
Vbb
Figura 6.32. Transistor en conmutación
Ecuación de Colector
Ib =
Ic
min
Vcc = Rc · Ic + Vce Sat
Rc =
Vcc  VceSat
IcSat
Ecuación de Base
Vbb = Rb · Ib + Vbe
Rb =
38
Vbb  Vbe
Ib
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
Si Vce Sat es muy pequeño, puede despreciarse en las fórmulas, ya que Vce
Sat es aproximadamente 0V (Vce de saturación). Se pone min con el fin de
calcular las resistencias necesarias para saturar cualquier transistor de este
modelo, aunque la  sea la mínima (el peor de los casos).
+Vcc
Ib
Ic
Rb
S
Rc
Figura 6.33. Transistor en conmutación
Ecuación de Colector
Vcc = Vcc Sat + Rc · Ic
Rc =
Vcc  VceSat
IcSat
Ecuación de Base
Vcc = Vbe + Rb . Ib
Ib =
Rb =
Ic
min
Vcc  Vbe
Ib
39
UD7..- El Transistor
1.2.3. MONTAJE EN DARLINGTON
En conmutación es muy normal emplear el transistor para maniobrar "cargas"
en colector. Como "carga" se entiende una bombilla, un relé, etc. que
podemos encender, apagar, etc. desde una pequeña corriente de base.
CIRCUITO DE POTENC
+Vcc
12V
Ic
S1
Rb
Vbb
2,5V
Ib
LAMPARA
12V
100mA
Vce
0V
Vbe
CIRCUITO DE MANDO
Figura 6.34. Circuito de mando y potencia en un montaje con transistores.
Imaginemos una lámpara que luce cuando la corriente a su través es de
100mA. Si el transistor de la anterior figura tiene una  de 100 como valor
mínimo, la corriente de base sólo debe ser de 100 mA/100 = 1mA. Puede
comprobar cómo con una corriente de solamente 1mA podemos hacer pasar,
otra de 100 mA por la lámpara. El poder de un transistor se pone de
manifiesto en casos como éste, y más en aplicaciones de conmutación.
En caso de usar un relé ocurre exactamente lo mismo. Si para activar uno de
estos sistemas debemos hacer pasar 100 mA a su través, encontraremos la
misma facilidad de maniobra que si empleamos el mismo transistor de la
lámpara.
Empleando tecnicismos se denomina "aumentar la sensibilidad de un relé",
por ejemplo, a lo comentado anteriormente, es decir, activar o desactivar el
relé con una corriente de valor más bajo a su nominal.
No obstante, puede surgirnos la siguiente duda al respecto: ¿qué pasa si la
corriente que atraviesa la carga es tan grande que no puede ser maniobrada
por la base? Esto toma todavía más cuerpo si comentamos el hecho de que
existen ciertos circuitos de control incapaces de suministrar más corriente de
salida que unos pocos miliamperios.
40
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
¿Qué debemos hacer? La respuesta es muy simple, de igual forma que para
tirar de un carro pesado ponemos dos caballos en vez de uno, poner dos
transistores formando un "tiro" electrónico llamado "montaje en Darlington",
que puede ver en la figura siguiente.
+Vcc
Ic
Rele
C
S1
Vbb
Rb
B
T1
Ib
CIRCUITO DE MANDO
T2
Montaje en Darlington
Figura 6.35. Montaje en Darlington
Como resultado de la conexión de los transistores T1 y T2, de la forma
anterior conseguimos una beta total, nada más y nada menos que el producto
de las dos, es decir:
T
 del montaje Darlington
T1
 del transistor T1
T2
 del transistor T2
T
T1 · T2
Ic1  β1Ib1
Ie1  (1  β1 )Ib β1Ib1
Ic 2  β2Ib2  β1β2Ib1
Ie1  Ib2
Calcule los alcances de este producto. Si tenemos un T1 con T1 de 40 y otro
T2 con T2 de 100, tendremos como resultado de T = 4000, es decir, para
maniobrar una intensidad de 1 A (ya respetable) necesitamos una corriente
de base de:
Ib =
Ic
T
=
1A
4000
= 0,25 mA
Claro que T2, como habrá observado, deberá ser un transistor de potencia
para soportar ese amperio por colector ¿Serviría un 2N3055? Vuelva atrás y
compruébelo en la tabla de características máximas.
Un montaje en Darlington consigue betas de valores muy
elevados, ideales para manejar cargas de bastante potencia.
41
UD7..- El Transistor
1.3. MONTAJES CON TRANSISTORES
Ya sabemos que un relé es un sistema electromecánico que abre o cierra
unos contactos si por una bobina hacemos pasar una determinada corriente.
Estos contactos a su vez pueden comandar otras cargas.
Para un determinado relé pueden decirnos directamente la corriente
necesaria en miliamperios, o la tensión e impedancia que tiene. Por ejemplo,
un relé comercial de 12V de corriente continua y 270 de impedancia de la
bobina consumirá
12V
270
 45 mA, corriente a comandar desde nuestro
circuito con transistores.
Pasemos a ver algunos ejemplos, prácticas reales realizadas y comprobadas.
Por ello existen unos cuadros de medidas en "campo". Usted también puede
comprobarlos.
1.3.1. RELÉ EN COLECTOR
Vcc
12V
Relé
12V
270
D1=1N4007
S1
Rb = 82K
T1
 =325
Cálculos
Ib =
Ic
Rb =
42

=
44,5mA
325
Vcc  Vbe
Ib
=
= 136 A
12V  0,7
136 A
=83.088   82 K
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
Medidas
Ic
Ib
Vce
Vrelé
V. Calculados
44,5 mA
136 A
1V
11V
V. Medidas
44 mA
130 A
1V
11V
Memoria
Funcionamiento
Al originar una Ib, se origina por tanto una Ic que atraviesa el relé, al ser la Ic
la corriente de Relé, éste tiene 11V y 44,5 mA, suficientes para cerrar los
contactos del relé.
Observaciones
Este circuito aumenta la sensibilidad del relé: con un voltaje y corrientes
pequeñas conseguimos controlar una corriente mucho más grande que
accione el relé.
El diodo sirve para, una vez desactivado el circuito, liberar la
fuerza contraelectromotriz creada en la bobina del relé.
43
UD7..- El Transistor
1.3.2. MONTAJE EN DARLINGTON
Circuito (1)
+Vcc
+Vcc
12V
Rele
Rb
2M
S1
T1 =BC147B
D1
1N4007
 1 = 200
T2 = MC140
T1
 2 = 40
T2
Cálculos (1)
En la anterior práctica hemos sido incapaces de bajar la tensión de colectoremisor por debajo de 1V por lo que a partir de aquí contamos con ella, y por
ello V Relé = 11 V (12 V - 1 V).
Ic = Irelé =
VRele
Rele
=
11V
270
= 40,7 mA
T = 1 · 2 = 200 · 40 = 8000;
Rb =
Vcc  Vbe1  Vbe2
Ib
Ib =
Ic

=
40,7mA
8000
= 5A
12V  1,4V
5A
= 2M1  2M
Vce2
Ic  relé
Ib1
Ib2
V relé
Calculados
1V
40,7 mA
5 A
1,01 mA
11 V
Medidos
1V
41 mA
5A
1 mA
11 V
=
Medidas (1)
S1 cerrado
44
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
S2 abierto
VceT2 = 12V
Memoria (1)
Este montaje se llama Darlington. Con él conseguimos que la  del conjunto
de transistores sea el producto de sus respectivas , con lo que conseguimos
que con una pequeñísima Ib (Ib =
Ic

   = Ib ) controlemos una Ic
bastante grande, que utilizamos para el control del relé.
Los números detrás de las indicaciones corresponden al
número de transistor. Por ejemplo, Vbe1 significa “tensión
base-emisor del transistor 1”, Vce2 es “tensión colector-emisor
del transistor 2”, 2 es “beta del transistor 2”, etc.
Circuito (2)
+Vcc
+Vcc
S1
Rb
120k
T1 = BC147
 = 200
T1
T2 = MC140
 = 40
T2
D1
1N4007
Relé
Cálculos (2)
T = 1 · 2 = 200 · 40 = 8000
Ib1 =
Ic

Ic = I Relé =
VRele
RRele
=
10V
270
= 37 mA
Dejamos 2V en VceT2 para no apurar la saturación del Darlington.
45
UD7..- El Transistor
Ib1 =
Rb =
Ic

=
37mA
8000
= 4,6 A
Vcc  Vbe1 Vbe2  VRele
Ib
=
12  1,4  10
4,6 A
= 130 K  120 K
Ic1 =  · Ib1 = 200 · 4,6 mA = 920 mA = 920 mA
Ib2 = Ib1 + Ic1 = 4,6 mA + 920 mA = 9,24 mA
Ic2 = 2 · Ib2 = 40 · 924 mA = 37 mA
Medidas (2)
S1 Cerrado
Vce2
I relé
Ib1
Ib2
V relé
Calculados
2V
40,7 mA
4,6 A
924 A
10 V
Medidos
2V
41 mA
5A
1 mA
10 V
S1 Abierto medida única: Vce2 = 12 V
Memoria (2)
En este circuito ocurre como en el anterior, sólo que el relé está en el emisor
y también la T es el producto de las betas. Como la total es muy grande, la
corriente de base del conjunto es pequeña y se pueden controlar corrientes
grandes de colector con poca señal.
46
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
1.3.3. MANDO RELÉ CON DOS TRANSISTORES NPN
Circuito (1)
Relé
R2
1K
S1
R1
2M
R3
10K
T1
BC147
D1
1N4007
T2
MC140
+Vcc
12V
Vcc = 12V
T1 =  C147
 = 200
T2 = MC140
 = 40
Cálculos (1)
Supondremos que la tensión Vce en saturación será 1V, de esta forma
podemos calcular la corriente en el relé cuanto T2 esté en saturación.
Conociendo el valor de β2 podemos calcular la corriente que necesitaremos
en base para llegar a saturación.(corriente como mínimo)
El transistor T2 entrará en saturación cuanto T1 esté bloqueo y por lo tanto
podemos establecer la ecuación de corriente de base Ib como sigue
Determinamos R2=1K (puede ser válido cualquier otra combinación) por lo
tanto R3=10K.
47
UD7..- El Transistor
Bajo esta situación podemos calcular el valor de R1 para que entre en
saturación T1 al activar el pulsador S1. Podemos calcular la corriente Ic1
cuando T1 esté en saturación.(Consideramos que Vce=1V)
Ahora calculamos el valor de Ib2 (mínimo):
Por otro lado podemos establecer la ecuación de la corriente de base como:
Como resumen los valores de resistencias deberán ser las siguientes:
 R1=200K
 R2=1K
 R3=10K
Es interesante observar que existen varias soluciones al mismo problema, por
ejemplo podríamos haber propuesto:
Si debemos cumplir la condición que:
R3=0Ω y hacer R2=10K.
podemos tomar que
Es ese caso se puede comprobar repitiendo los pasos anteriores que el valor
de R1 debe ser de 2M.
48
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
1.3.4. CIRCUITO CON DOBLE MANDO
Circuito
Relé
R3
R4
A
R1
T1
BC147
R2
+Vcc
D1 12V
1N4007
T3
MC140
T2
BC147
B
Vcc=12V
 T1 y T2=110
 T3=40
Cálculos
Ic3 =
Vrele 11V

Rrele 270
Ib1 =
Ic1 20 mA ( fijada )
=
 118  A
1
110
R1 
Vcc  Vbe1 12  0,7

 95K  100K
Ib1
118 A
Ib2 =
Ic2
2
R2 
Vcc  Vbe2 12  0,7

 95  100K
Ib2
118 A
Ib3 =
Ic3
3
=
=
20 mA
110
40 mA
40
= 40 mA
A
 118
 1 mA
49
UD7..- El Transistor
R4=
Vcc  VR3(satT1)  Vbe3 12V  11V  0,7V

Ib3
1mA
R3 =
Vcc  VceT1 12  1V

Ic1
20mA
= 300  330
= 550  560
Medidas
A
B
Estado relé
VceT1 VceT2 VceT3
Ic1
A y B a masa
0
0
Activado
11 V
12 V
1V
40mA
A a Vcc amasa
1
0
Desactivado
0,3 V
0,3 V
12 V
20mA
A a masa y B a Vcc
0
1
Desactivado
0,5 V
0,5 V
12 V
20mA
A y B a Vcc
1
1
Desactivado
0,5 V
0,5 V
12 V
20mA
Ic2
Ic3
40mA 11V
20mA
Memoria
Posiciones:
 0-0 (A y B a masa). T1 y T2 se cortan, por lo que en T3 hay tensión de
polarización y el relé funciona, al saturarse T3.
 1-0 (A a Vcc y B a masa). Como T1 y T2 están en paralelo, han de tener
la misma posición o estado. En este caso están saturados y T3 no tiene
suficiente tensión y está cortado. El relé no funciona.
 0-1 (A a masa y B a Vcc). Pasa como con el caso anterior: los
transistores están saturados, menos T3, y el relé no funciona.
 1-1 (A a masa y B a Vcc). Los dos transistores T1 y T2, están saturados.
Por tener tensión directa de polarización T3 está cortado y el relé
desactivado.
50
UD7.- El transistor
Vrelé
0
0
Electrónica Analógica
1.3.5. TEMPORIZACIÓN AL CIERRE DE UN RELÉ
Circuito
Ic1
30mA
R1
100K
T1
C1
10 F
Ic2
37mA
+Vcc
12V
T2
R2
330 Rele
D1
1N4007
T1 = T2 = BC147B
 1 =  2 = 200
Datos
VcT1 = 11,5 V
IcT2 = 37 mA.
Relé = 270 /10V
Vcc = 12V
T = 5 segundos de temporización.
Cálculos
Con C1 cargado:
T = R1×C1; C1 = 10f (fijado)
IcT1 = 30mA fijada
Si R1 = 100 K y
C1 = 10 F, t = 5 · R1 · C1 = 5 · 100K · 10 F = 5 seg.
VC1 = Vbe1+R2 · Ic1 Ic1  Ie1
51
UD7..- El Transistor
R2 =
VC1  Vbe
Ic1
Ib2 =
Ic2 37mA
=
 185 A
 2 200
Ib1 =
Ic1 30mA
=
 150 A
 1 200
=
11  0,7
 360
30mA
Medidas
Con C1 cargado
Vce1
Vce2
Ic1
Ic2
Ib1
 1V
 1V
 30mA
 38mA
Ib2
 150A  175A
relé activado
Con C1 descargado
Vce1
Vce2
Ib1
Ib2
 12 V
 12 V
0
0
relé desactivado
Memoria
Es necesario ajustar algún valor de resistencia para conseguir el tiempo de 5
seg. El funcionamiento es el siguiente: en el instante inicial, C1 está
descargado (0V) con lo que T1 está en corte y el relé desactivado. Sólo se
activará cuando la tensión en C1 consiga saturar a T1, eso sí, tras 5
segundos.
52
UD7.- El transistor
Electrónica Analógica
 RESUMEN
 El transistor utiliza tres cristales semiconductores para su funcionamiento,
conectándolos uno al lado de otro, dando lugar a los tipos NPN y PNP.
 El efecto transistor consiste en poder manejar o controlar una determinada
corriente gracias a la variación de otra más pequeña. La corriente a
controlar suele circular por el colector, mientras que la de control es la de
base.
 Existen determinadas formas de polarizar a transistor. Éstas son distintas
y ofrecen unas ventajas e inconvenientes. La más usada es la de emisor
común.
 El punto de reposo de un transistor es el punto exacto donde se encuentra
trabajando, definido por una corriente de colector y una tensión de
colector-emisor.
 El montaje en Darlington es una aplicación especial de los transistores,
mediante la que se consigue aumentar en gran forma la corriente
susceptible de ser controlada.
53
UD7..- El Transistor